【正文】 板原理圖。 程序下載電路：該電路以74HC244實(shí)現(xiàn)，同一般單片機(jī)下載電路，在此不再詳述。這樣，在給61板5V的工作電壓下，音量可達(dá)到較好效果，并且在運(yùn)放前端加上了1K的精密可調(diào)電阻可調(diào)節(jié)音量的大小。在61板上，已集成有麥克風(fēng)錄入電路，揚(yáng)聲器放音電路等完成語音功能所需的標(biāo)準(zhǔn)模塊，并且將程序下載、在線仿真、鍵喚醒等功能的電路也集成在了一塊板子上，由于61板的設(shè) 61單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖計(jì)合理，性能穩(wěn)定，單獨(dú)引出的IO口引腳方便開發(fā)，所以，本次設(shè)計(jì)直接采用了凌陽61板作為語音功能和控制功能部分的模塊電路使用，這樣，大大節(jié)省了硬件電路的開發(fā)時(shí)間，能將精力主要集中于實(shí)現(xiàn)語音功能的軟件開發(fā)上，也能有更充分的時(shí)間深入了解軟硬件在現(xiàn)代相關(guān)音頻處理技術(shù)方面的一些基本原理和問題。61單片機(jī)能非常容易、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)，其16位μ’nSP? ，I/，具備14個(gè)中斷源、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和串行接口設(shè)備，內(nèi)置了2K的SRAM和32K的FLASH，并具有2個(gè)10位DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換)輸出通道、7通道10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道還內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能，并且相對(duì)于其它同類型單片機(jī)相比較，還具有一系列特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：(1) 內(nèi)部集成了D/A和A/D電路，但價(jià)格低廉，耗電量小，運(yùn)算效率高，速度快(2) 對(duì)IO口操作方便，可以對(duì)32個(gè)IO口單獨(dú)進(jìn)行設(shè)置(3) 利用凌陽公司開發(fā)的IDE編譯環(huán)境，可使用標(biāo)準(zhǔn)C語言和匯編語言進(jìn)行編程，同時(shí)可將C語言和匯編語言相互嵌入編程，并且IDE具有在線仿真和脫機(jī)仿真模式，在仿真時(shí)可對(duì)IO口、中斷系統(tǒng)、各寄存器等數(shù)值方便的監(jiān)視(4) 在語音處理方面有成熟的技術(shù)和強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，凌陽公司不但提供有系統(tǒng)的語音開發(fā)API，并配套提供了齊全的說明資料供開發(fā)者使用61單片機(jī)的封裝有PLCC84和LQFP80兩種封裝，其中。（5）電路原理圖如下39。應(yīng)用如圖二 o8_9L2n, Sv4o=ED 其方法是： %D( p]++ （4）級(jí)聯(lián)的應(yīng)用 [IOm\ 同時(shí)移入數(shù)據(jù)。 即可輸出數(shù)據(jù)的 k|CDqO
說明： 從上可分析：（移入數(shù)據(jù)） amp。 L mi? EW 第三步：目的：并行輸出數(shù)據(jù)。 }imA$
D ]WL? A6J /IlhWa。 第一步：目的：將要準(zhǔn)備輸入的位數(shù)據(jù)移入74HC595數(shù)據(jù)輸入端上。r%F_J(u0 {rv) (5n0 ^ 1。 14腳：。（2）主要引腳 Nl?vF R MsPWa87 } LED數(shù)碼管顯示“0”。 注意：只有數(shù)據(jù)鎖存后，3FH才出現(xiàn)在595的Q1Q7上， ,Yi%iG/[ Dd~39。 但輸出必須先將3FH逐位移入 2$:]Tm 1. 并口輸出： 共用P1八個(gè)口，輸出用一條指令MOV P1,3FH即可。 以點(diǎn)亮LED數(shù)碼管顯示“0”為例！ =7?wVT `8 iQIZYMa（1）應(yīng)用原理 |\1z 由于占用MCU的I/o口線少，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此應(yīng)用廣泛。74HC595具有一個(gè)8位串行輸入并行輸出的移位寄存器和一個(gè)8位輸出鎖存器。實(shí)際中，光耦兩側(cè)使用了兩組不同的電源。此外，因其輸入電阻?。s10Ω），對(duì)高內(nèi)阻源的噪聲相當(dāng)于被短接。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容?。?pf左右）耐壓高()，故共模抑制比很高。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器光敏三極管接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出，這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換。信號(hào)隔離最重要的一點(diǎn)就是將數(shù)字與模擬或強(qiáng)電與弱電部分在供電上要完全隔開，否則就不能達(dá)到真正意義上的隔離。常見的信號(hào)隔離方法有光電耦合和變壓器隔離等，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用光電耦合方式對(duì)電機(jī)控制信號(hào)進(jìn)行隔離，以消除模擬信號(hào)對(duì)數(shù)字信號(hào)的干擾。整個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)框圖如下：P1 P0AT89S51P3 P2電機(jī)1電機(jī)2電機(jī)3…電機(jī)電機(jī)時(shí)鐘、復(fù)位、中斷部分電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分 單片機(jī)控制系統(tǒng)框圖 信號(hào)隔離模塊在實(shí)際的電子電路系統(tǒng)中，不可避免地存在各種各樣的干擾信號(hào)，若電路的抗干擾能力差將導(dǎo)致測(cè)量、控制準(zhǔn)確性的降低。時(shí)鐘電路給單片機(jī)系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)采用12MHz晶振。單片機(jī)及其外圍接口電路包括單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、外部接口擴(kuò)展電路等。當(dāng)P0口作為一般的I/O口用時(shí)我們要接上一個(gè)排阻作為上拉電阻。P3口的另外一些都用來接行程開關(guān)。P2作為動(dòng)作電機(jī)的控制端口。接觸開關(guān)則用于檢測(cè)是否觸碰，檢測(cè)的對(duì)象有場(chǎng)地的道具，環(huán)境界限等，一般微動(dòng)開關(guān)即可。按鈕開關(guān)在機(jī)器調(diào)試階段可以方便地提供人工輸入。根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)，可以知道與碼盤固接的旋轉(zhuǎn)軸的角位移。在帶有明暗方格的碼盤兩側(cè)分別安置發(fā)光元件和光敏元件，隨著碼盤旋轉(zhuǎn)，光敏元件接收的光通量與方格的間隔同步變化。最近內(nèi)藏整形電路直接以矩形波輸出的編碼器已問世，可以直接接入計(jì)算機(jī)。若電機(jī)電流大，但編碼器無輸出，說明機(jī)器人撞到對(duì)方而無退讓，己方機(jī)器人就須要調(diào)整戰(zhàn)術(shù)。所以，在連續(xù)的兩個(gè)數(shù)碼中，若發(fā)現(xiàn)數(shù)碼的變化超過一位．就認(rèn)為是非法的讀數(shù)，從而具有一定的糾錯(cuò)能力，可提高可靠性。它是一種非標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制碼。光學(xué)編碼器的基本構(gòu)成如圖3 .14所示。為了減小聲的影響，在光路中要加入透鏡和談縫裝置。為了提高輸出邏輯電壓，還需要加接各種電壓放大器，而且每個(gè)軌道對(duì)應(yīng)的光電敏感元件要接一個(gè)電壓放大器。光源的工作溫度范圍要寬。光源是光學(xué)編碼器中最容易發(fā)生故障的元件。光學(xué)編碼器通常采用照相技術(shù)和光刻技術(shù)制作。光學(xué)編碼器的碼盤是在一個(gè)基體上形成透明和不透明碼區(qū)，代表了二進(jìn)制碼0和1。這種編碼器由光源、碼盤和光電敏感元件組成。角度數(shù)字編碼器有增量式碼器和絕對(duì)式編碼器兩種基本類型。 角度數(shù)字編碼器由敏感元件和碼盤組成。根據(jù)編碼器檢測(cè)原理和檢測(cè)對(duì)象的不同，可以把編碼器分為兩種類型。 直流電機(jī)的簡(jiǎn)單雙向控制及繼電器圖電路原理圖如下： 編碼器是一種員簡(jiǎn)單的數(shù)字式位移電感器，它能夠把角位移或線位移經(jīng)過簡(jiǎn)單的變換變成效字量。兩開關(guān)同時(shí)斷開，電機(jī)停轉(zhuǎn)。它采用兩個(gè)繼電器作為控制弱電到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的強(qiáng)電之間的轉(zhuǎn)換器。在直流電機(jī)電樞上加上一定幅度的直流電壓，電機(jī)便開始旋轉(zhuǎn)；改變電壓方向，電機(jī)轉(zhuǎn)向也隨之改變。固態(tài)繼電器有壽命長(zhǎng)、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、電磁兼容性好、 快速轉(zhuǎn)換、電磁干擾小的優(yōu)點(diǎn)。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能。 固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。（4）機(jī)器人的材料我們以鋁材為主，4 硬件電路設(shè)計(jì)繼電器是本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本系統(tǒng)選用D4810型固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器(SSR)與機(jī)電繼電器相比，是一種沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。 綜上所述，電氣方案選擇最佳電氣方案（2） 通過以上各個(gè)機(jī)械方案的提出并描述了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，比較得出所要設(shè)計(jì)的機(jī)器人的結(jié)論為：（1）移動(dòng)方式以方案（1）的四輪移動(dòng)為最佳選擇，其速度要比履帶式移動(dòng)快，且其能量耗損相對(duì)較少；（2）機(jī)械手的設(shè)計(jì)模型已和人的手臂很相似，不會(huì)有很大的改動(dòng)。（3）單片機(jī)控制系統(tǒng)采用單機(jī)形式。用于行走的電機(jī)采用此種方法驅(qū)動(dòng)的力度不夠大，對(duì)完成動(dòng)作的電機(jī)可以采用由兩個(gè)繼電器實(shí)現(xiàn)其正反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)停止。電機(jī)的選取以方案（1）的普通直流電機(jī)為最佳選擇，其控制比較簡(jiǎn)單，功率相對(duì)機(jī)器人比賽是夠的；而步進(jìn)電機(jī)功率不夠，伺服電機(jī)太貴了；在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的選擇上我認(rèn)為用繼電器構(gòu)成開關(guān)控制，因?yàn)閷?duì)電機(jī)的控制要求不一樣所以對(duì)不同的電機(jī)采用不同的控制方法?？梢姽馓筋^用于檢測(cè)白色引導(dǎo)線，光電編碼器，微動(dòng)開關(guān)和方案一的功能類似。繼電器就有其自身的優(yōu)勝，他相當(dāng)于短接沒有壓降，能承受的電流也可以很大,可以把電機(jī)電樞短路，即相當(dāng)于剎車。如果安裝不到位就無法觸碰就檢測(cè)不到電信號(hào)，又因?yàn)闄C(jī)器人經(jīng)常運(yùn)動(dòng)如果安裝不牢固開關(guān)就容易松動(dòng)。機(jī)械開關(guān)的可靠性就更高了，他簡(jiǎn)單實(shí)用。光電編碼器提高可靠性主要取決于光電編碼器的加工精度，光源和接收管。讓單片機(jī)發(fā)出相宜的控制信號(hào)。行程開關(guān)用于位置的檢測(cè)，主要用在機(jī)器人，或機(jī)械手臂上。使用光電編碼器判斷角位移和行程位移。機(jī)器人通過傳感器收集外界信息，通過電路把這種信息轉(zhuǎn)變成CPU能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再通過軟件算法對(duì)所收集的信息進(jìn)行處理后，形成相應(yīng)的控制信號(hào)，通過端口去控制相關(guān)的電機(jī)動(dòng)作。以確保單片機(jī)正常運(yùn)行，進(jìn)而以保證整個(gè)系統(tǒng)正常工作。提高電路的可靠性。（1）方案1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用繼電器構(gòu)成橋式換向電路，繼電器和主控制電路間用光電隔離器。而常見的機(jī)器人聯(lián)接結(jié)構(gòu)有扣接零件、膠接、膠帶、鉚接、焊接等，下面通過表格逐一比較各種結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用，從而確定最后方案。綜上所述，機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為空心矩形截面，由鋁材加工而成。因此無論從何角度來衡量，空心矩形截面都比空心圓截面的剛性優(yōu)越。 若比較條件改為空心矩形截面和空心圓截面型材的截面相等，且D0＝a，設(shè)空心圓截面壁厚tD＝，可以計(jì)算出正方形空心截面的壁厚為tF＝。若空心矩形截面是邊長(zhǎng)為a，壁厚為t的正方形，空心圓截面的外圓直徑也為a，壁厚也為t，且令t＝，通過計(jì)算可以得出，在相同壁厚的條件下，正方形空心截面比空心圓截面的慣性矩高69％～84％，而質(zhì)量?jī)H增加27％。所以選用了密度較小的鋁制作，因?yàn)殇X易于加工，質(zhì)量又輕，不會(huì)增加機(jī)器人的承載負(fù)擔(dān)。伴舞機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成左右對(duì)稱，高度適當(dāng)，上下半身比例協(xié)調(diào)，確保結(jié)構(gòu)緊湊。機(jī)器人本體是被用來支承、連接、固定機(jī)器人的各部分，也包括機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)部分。因此在選擇材料時(shí)，一般是根據(jù)機(jī)器人以下原則進(jìn)行挑選：（1） 零部件的形狀、大小有何要求（2） 零部件需要多大的強(qiáng)度；（3） 要選擇多大重量的零部件下表列出機(jī)器人結(jié)構(gòu)中使用的材料，比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。在進(jìn)行機(jī)器人制作時(shí)，特別要確定它自身的大小、輕重等，這就需要選擇合適的材料來滿足要求。： 同時(shí)，為了防止手臂旋轉(zhuǎn)過度使動(dòng)作錯(cuò)亂，同左右轉(zhuǎn)腰的機(jī)構(gòu)一樣，可在機(jī)器人手臂轉(zhuǎn)動(dòng)限定角度內(nèi)裝上限位開關(guān)，以達(dá)到動(dòng)作的一致性。手臂所具有的自由度越多，動(dòng)作時(shí)活動(dòng)的空間就越大，所做的動(dòng)作就越精細(xì)，完成的任務(wù)就越復(fù)雜。手臂機(jī)構(gòu)就是機(jī)器人的兩只手臂，在本次設(shè)計(jì)中將機(jī)器人的手部的兩個(gè)電機(jī)與帶動(dòng)機(jī)器人頭部轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)固定在了同一個(gè)機(jī)構(gòu)上，同時(shí)，將該手臂與前后彎腰的機(jī)構(gòu)相固定，構(gòu)成機(jī)器人的上半身機(jī)構(gòu)的一部分，然后該整體又與機(jī)器人的左右支架和腰部機(jī)構(gòu)相結(jié)合，一起構(gòu)成機(jī)器人的上半身機(jī)構(gòu)。 手臂機(jī)構(gòu)手臂機(jī)構(gòu)的是機(jī)器人整體比較重要的環(huán)節(jié)，手臂自由度較多，機(jī)器人的很多動(dòng)作都通過手臂體現(xiàn)出來。機(jī)器人的腰部機(jī)構(gòu)正是從這個(gè)特點(diǎn)出發(fā)制作的，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人腰部左右轉(zhuǎn)動(dòng)，就讓滾動(dòng)軸承內(nèi)部圓與可固定電機(jī)軸的傳動(dòng)零件固定，同時(shí)該零件與機(jī)器人下身機(jī)構(gòu)固定，滾動(dòng)軸承與機(jī)器人上身機(jī)構(gòu)固定，再將電機(jī)與傳動(dòng)零件固定后又與上身機(jī)構(gòu)固定，這樣，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，利用軸承的作用，機(jī)器人下身機(jī)構(gòu)不動(dòng)時(shí)，由于上身機(jī)構(gòu)與軸承外圓固定，電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了軸承外圓的旋轉(zhuǎn)，于是，機(jī)器人上身就繞著軸承中心作轉(zhuǎn)身運(yùn)動(dòng)。電機(jī)上腰部 轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)(2)電機(jī)做轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu) 機(jī)器人的腰部機(jī)構(gòu)機(jī)器人的腰部機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人左右轉(zhuǎn)身的動(dòng)作，主要部件包括一個(gè)滾動(dòng)軸承、一個(gè)自行加工的可固定滾動(dòng)軸承內(nèi)部圓的零件，以及必備的其它固定零件。(1)連桿原理實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和彎腰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理差不多，在此就不做多的比較論證了。并且考慮在這個(gè)機(jī)構(gòu)上，能夠與手臂機(jī)構(gòu)相固定。我們的舞蹈機(jī)器人就是采用這樣的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)彎腰的。但加工比較困難，且不利于固定，造價(jià)也很高。腰部的設(shè)計(jì)思路是，作為人形機(jī)器人的腰部，主要做要是承接了上部的重量，設(shè)計(jì)的時(shí)候腰部能做到水平的轉(zhuǎn)動(dòng)最好，如果不能將會(huì)極大地影響整個(gè)機(jī)器人的平衡；所以盡量減少可變的環(huán)節(jié)，故在腰部轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)中不采用電機(jī)再經(jīng)傳動(dòng)其他機(jī)構(gòu)最后帶動(dòng)腰部的轉(zhuǎn)動(dòng)方式，而是直接使用電機(jī)實(shí)現(xiàn)彎腰。機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造及裝配；能在原地旋轉(zhuǎn)以獲得不同的方向。但由于前后啟動(dòng)慣性不一樣，導(dǎo)致機(jī)器人的不平衡，特別是重心高的機(jī)器人。特別是能通過將輪向正交速度方向?qū)崿F(xiàn)急停。（2）移動(dòng)方式為履帶式簡(jiǎn)圖如下 履帶 驅(qū)動(dòng)輪 從動(dòng)輪 導(dǎo)向輪 履帶式移動(dòng)方式的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，適合爬坡度比較大的地方，這是輪式所做不的。（1）行走式簡(jiǎn)圖如下 行走式，能夠在平地上、凹凸不平的地上步行，能上下臺(tái)階，其粗糙路面性能較好，好的關(guān)節(jié)，穩(wěn)定好的牽引力?？傮w設(shè)計(jì)機(jī)械，電氣，軟件機(jī)械總體設(shè)計(jì)軟件整體設(shè)計(jì)電氣總體設(shè)計(jì)各方案確定材料制作零件加工機(jī)構(gòu)組裝各方案確定原理圖制作PCB制作各模塊整合了解各芯片操作子程