【正文】 用。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)就是高度的穩(wěn)定和用戶可應(yīng)用的恒定的 推力，其可達(dá)到的最大推力不如液動(dòng)執(zhí)行器，但液動(dòng)執(zhí)行器造價(jià)要比電動(dòng)高很多。如果配用伺服放大器， 可以很容易地實(shí)現(xiàn)正反作用的互換，也可以輕松設(shè)定斷信號(hào)閥位狀態(tài)（保持 /全開(kāi) /全關(guān)），而故障時(shí)，一定停留在原位，這是氣動(dòng)執(zhí)行器所作不到，氣動(dòng)執(zhí)行器必須借助于一套組合保護(hù)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)保位。 控制方案 （ 1） 控制方案初步設(shè)想，經(jīng)過(guò)初步考慮可采用有線式或無(wú)線式的方案。但線纜的連接在輻照環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生二 次污染繼而增加成本。這樣會(huì)影響電磁波的接收與發(fā)送可能得不到想要的結(jié)果。加入無(wú)線中繼工作中繼站并在移動(dòng)平臺(tái)上搭載計(jì)算機(jī)。 （ 2） 可以采用紅外遙控、藍(lán)牙技術(shù)等。發(fā)射機(jī)一般由指令鍵 (或操作桿 )、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、 驅(qū)動(dòng)電路 、發(fā)射電路等幾部分組成。接收電路一般由接收電路、放大電路、調(diào)制電路、指令譯碼電路、驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行電路 (機(jī)構(gòu) )等幾部分組成。指令譯碼器將編碼指令信號(hào)進(jìn)行譯碼，最后由驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路實(shí)現(xiàn)各種指令的操作控制（機(jī)構(gòu)）。 （ 3） 在電腦上可以設(shè)計(jì)一款上位機(jī)用來(lái)輔助控制，通過(guò)串口方式可以有效地提高控制距離，增加穩(wěn)定性降低影響還可 以將收集到的資料更好的返還回來(lái)保存在計(jì)算機(jī)中。為后續(xù)的工作打下良好的基礎(chǔ)。并將出現(xiàn)的問(wèn)題記錄下來(lái)調(diào)試。直到本課題的研究成功。獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后進(jìn)行 3D建模，導(dǎo)入可視化管理系統(tǒng)。通過(guò)遙控機(jī)器人把設(shè)備室操作平臺(tái)架設(shè)在設(shè)備室上方，控制垂直升降臂下降到適合位置，可回轉(zhuǎn)水平伸縮臂及末端工作臺(tái)帶動(dòng)掃描裝置在不同位置進(jìn)行掃描，用以獲取不同視角的設(shè)備室內(nèi)部點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如圖 所示： 基于52 單片機(jī)的多功能控制系 統(tǒng) 方 案 單片機(jī) 單片機(jī)型號(hào)： 89C52 編程語(yǔ)言： C 語(yǔ)言 執(zhí)行器 直流電機(jī) 控制方案 紅外線遠(yuǎn)程遙控 上位機(jī)控制界面 模擬實(shí)驗(yàn) 電路 程序 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 第 7 頁(yè) 共 60 頁(yè) 1行走移動(dòng)平臺(tái) 2設(shè)備室機(jī)械臂平臺(tái) 3設(shè)備室 4垂直升 降臂 5水平伸縮臂 6末端工作臺(tái) 7掃描裝置 圖 設(shè)備室掃描方案示意圖 通過(guò)遠(yuǎn)程控制程序達(dá)到控制 4的垂直運(yùn)動(dòng)和 5的水平運(yùn)動(dòng)并且整個(gè)機(jī)械機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn) 360 度的旋轉(zhuǎn)來(lái)滿足三維掃描裝置可以完成對(duì)設(shè)備室的掃描，繼而完成任務(wù)。 具體方法是首先通過(guò)機(jī)器人將工作中繼站帶入工程內(nèi)部指定位置，然后通過(guò)非接觸方式充電技術(shù)對(duì)機(jī)器人攜帶的 電池進(jìn)行充電。電能傳送部分放在電纜終端處。第一個(gè)微處理器通過(guò)檢測(cè)諧振電流大小來(lái)判斷是否有移動(dòng)機(jī)器人過(guò)來(lái)充電。 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 第 8 頁(yè) 共 60 頁(yè) 3 硬件設(shè)計(jì) 基本系統(tǒng) 下面先介紹下 本課題所用單片機(jī)的一些基本系統(tǒng)： 時(shí)鐘電路 在設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路之前，讓我們先了解下 51 單片機(jī)上的時(shí)鐘管腳： XTAL1（ 19 腳） ：芯片內(nèi)部振蕩電路輸入端。 XTAL1 和 XTAL2 是獨(dú)立的輸入和輸出反相放大器，它們可以被配置為使用石英晶振的片內(nèi) 振蕩器 ，或者是器件直接由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)晶振可以在 ～ 12MHz 之間任選，甚至可以達(dá)到 24MHz 或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。和晶振并聯(lián)的兩個(gè)電容的大小對(duì)振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調(diào)作用。通常選取 33pF 的陶瓷電容就可以了。檢測(cè)晶振是否起振的方法可以用示波器可以觀察到 XTAL2 輸出的十分漂亮的正弦波，也可以使用萬(wàn)用表測(cè)量（ 把擋位打到直流擋，這個(gè)時(shí)候測(cè)得的是有效值） XTAL2 和地之間的電壓時(shí)，可以看到 2V 左右一點(diǎn)的電壓 復(fù)位電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，復(fù)位電路是非常關(guān)鍵的，當(dāng)程序跑飛（運(yùn)行不正 常）或死機(jī)（停止運(yùn)行）時(shí)，就需要進(jìn)行復(fù)位。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。圖 2 中所示的復(fù)位電路就包括了這兩種復(fù)位方式。隨之 +5V 電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于 0，芯片正常工作。一般來(lái)說(shuō)，只要 RST 管腳上保持 10ms 以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。 其它引腳 EA/VPP（ 31 腳）的功能和接法 52單片機(jī)的 EA/VPP（ 31 腳） 是內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器的選擇管腳。 對(duì)于現(xiàn)今的絕大部分單片機(jī)來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器（一般為 flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存儲(chǔ)器， 而是直接使用內(nèi)部的存儲(chǔ)器。這一點(diǎn)一定要注意，很多初學(xué)者常常將 EA 管腳懸空，從而導(dǎo)致程序執(zhí)行不正常。所以在當(dāng)做普通 I/O 輸出數(shù)據(jù)時(shí)，由于 V2 截止，輸出級(jí)是漏極開(kāi)路電路，要使“ 1”信號(hào)（即高電平）正常輸出，必須外接上拉電阻。在這里簡(jiǎn)要的說(shuō)下其原因：在輸入狀態(tài)下，從鎖存器和從 引腳 上讀來(lái)的信號(hào)一般是一致的，但也有例外。此時(shí)無(wú)論端口線上外接的信號(hào)是低電平還是高電平，從引腳讀入單片機(jī)的信號(hào)都是低電平，因而不能正確地讀入端口引腳上的信號(hào)。如外接引腳信號(hào)為低電平， 從引腳上讀入的信號(hào)就與從鎖存器讀入的信號(hào)不同。 各系統(tǒng)如下圖所示： 圖 52單片機(jī)及最小系統(tǒng)及各引腳 設(shè)計(jì)系統(tǒng) 由于直流電機(jī)需要 9V電壓而單片機(jī)需要使用 5V電壓則在電路中需要使用電壓轉(zhuǎn)換模塊，本課題擬先采 用 9V 電壓在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換模塊變換為 5V 電壓。 口負(fù)責(zé)控制 P10 電機(jī)，南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 第 11 頁(yè) 共 60 頁(yè) 口上電 Q6 NPN 工作 P10 正常工作。 S4為總控開(kāi)關(guān)。 D1~D4為四個(gè)發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng)機(jī)械臂兩個(gè)方向的四種運(yùn)動(dòng)。它的樣子象是普通的三極管， TO 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝， 也有 9013 樣子的 TO92 封裝。 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 第 12 頁(yè) 共 60 頁(yè) 圖 電壓轉(zhuǎn)換模塊 圖 L298N電路圖 對(duì)于以上電路圖有以下幾點(diǎn)說(shuō)明： 1）電路圖中有兩個(gè)電流，一路為 L298 工作需要的 5V電源 VSS，一路為驅(qū)動(dòng)電機(jī)用的電池電源 VS。 4） 6 腳和 11腳為兩路電機(jī)通道的使能開(kāi)關(guān)，高電平使能所以可以直接接高電平，也可以交由單片機(jī)控制。 L298N 是 ST公司生產(chǎn)的一種高電壓，大電流的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V，輸出電流大，瞬間峰值可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流為 2A；額定功率為 25W。使用 L298N 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)和四相步進(jìn)電機(jī)，也可以兩臺(tái)直流電機(jī)。帶四路解碼輸出（同時(shí)也可改為六路點(diǎn)動(dòng)或互鎖輸出），使用方便；頻點(diǎn)調(diào)試容易；產(chǎn)品質(zhì)量一致性好，性價(jià)比高。 10MHz，出廠時(shí)一般調(diào)在 315MHz 或 （如有特殊要求可調(diào)整頻率，頻率的調(diào)整范圍為266MHz ~ 433MHz。接收模塊一般采用 DC5V 供電，如有特殊要求可調(diào)整電壓范圍。 本課題總體思路為在外接 9V 電源的供電下直接供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和通過(guò)轉(zhuǎn)換為 5V 供給單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)整體電路的正常工作。通過(guò)了 解了硬件電路的結(jié)構(gòu)及芯片引腳的物理定義下面開(kāi)始進(jìn)行本次課題軟件的設(shè)計(jì)。編寫(xiě)相應(yīng)的軟件程序能夠使產(chǎn)品的功能更加符合人們的使用需求，協(xié)調(diào)系統(tǒng)的整體功能，因此編寫(xiě)的程序應(yīng)該具有嚴(yán)密性、科學(xué)性、可行性、高效性。 C 語(yǔ)言具有許多其他編程語(yǔ)言不具備的優(yōu)點(diǎn)，在此簡(jiǎn)要說(shuō)明其主要優(yōu)點(diǎn)： (1)該語(yǔ)言符合人類語(yǔ)言規(guī)則，編寫(xiě)、使用方便，具有良好的可讀性； (2)該語(yǔ)言體系完整、語(yǔ)句精練、語(yǔ)句類型豐富，功能強(qiáng)大； (3)用該語(yǔ)言編寫(xiě)的代碼語(yǔ)句結(jié)構(gòu)緊湊、語(yǔ)法上自由度較大，計(jì)算機(jī)執(zhí)行語(yǔ)句速度快。 軟件設(shè)計(jì)整體思路如下圖： 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 第 16 頁(yè) 共 60 頁(yè) 圖 軟件設(shè)計(jì)整體思路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序 本課題以 52單片機(jī)作為控制通過(guò) L298 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)來(lái)控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)最終目的。 電機(jī)的 360 度轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過(guò)給一個(gè)高電平來(lái)控制，在本課題中 口負(fù)責(zé)控制基座電機(jī)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，那么當(dāng) =0 時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) =1 時(shí)電 機(jī)停止。如下圖： 第一步： 計(jì)算機(jī)仿真與調(diào)試 用 protues 仿真調(diào)試程序 編寫(xiě)基于 51 單片機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序 用 VB 編寫(xiě)上位機(jī)控制界面 設(shè)置串口實(shí)現(xiàn)初步控制調(diào)試程序 第二步： 結(jié)合實(shí)物調(diào)試 將程序烤入單片機(jī)測(cè)試程序 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 第 17 頁(yè) 共 60 頁(yè) 圖 電機(jī)正轉(zhuǎn) 圖 電機(jī)反轉(zhuǎn) Q1~Q4 分別對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的 IN口，通過(guò)給 IN口不同的電平來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的垂直、水平運(yùn)動(dòng)。 if(flag1==1) motor1()。 if(flag3==1) motor3()。 if(flag5==1) motor5()。 } } 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 第 18 頁(yè) 共 60 頁(yè) void key() //按鍵子程序 { if(key1==0) //正轉(zhuǎn) { delay_ms(10)。 flag2=0。 } while(!key1)。 if(key2==0) { flag1=0。 flag3=0。 } if(key3==0)//停止 { delay_ms(10)。 flag2=0。 } while(!key3)。 if(key4==0) { flag4=1。 flag6=0。 } if(key5==0) //反轉(zhuǎn) { delay_ms(10)。 flag5=1。 } while(!key5)。 if(key6==0) { flag4=0。 flag6=1。 } } void motor1() //正轉(zhuǎn) { IN1=0。 } void motor2() //反轉(zhuǎn) { IN1=1。 } void motor3() //停止 { IN1=1。 } void motor4() //正轉(zhuǎn) { IN3=0。 } void motor5() //反轉(zhuǎn) { IN3=1。 } void motor6() //停止 { IN3=1。 } void delay_ms(uint z) //ms 延時(shí)子程序 { uint x, y。x0。y0。 } 在仿真中本 程序?qū)崿F(xiàn)了兩組各三個(gè)開(kāi)關(guān)控制下的電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)和停止。 motor1()。motor3()。motor2()。對(duì)應(yīng)著第二個(gè)電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)及停止。 protues 仿真圖如下： 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 第 22 頁(yè) 共 60 頁(yè) 圖 基于單片機(jī)的 protues仿真 上位機(jī)控制程序 Visual Basic 是一種由 Microsoft 公司開(kāi)發(fā)的結(jié)構(gòu)化的、模塊化的、 面向?qū)ο?的、包含協(xié)助 開(kāi)發(fā)環(huán)境 的 事件驅(qū)動(dòng) 為機(jī)制的可視化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它源自于 BASIC 編程 語(yǔ)言。 程序員 可以輕松的使用 VB 提供的組件快速建立一個(gè)應(yīng)用程序。簡(jiǎn)單程序如下： Private Sub Combo1_Click() = + 1 End Sub Private Sub Combo2_Click() strSettings = amp。 n amp。 8 amp。 1 = strSettings End Sub Private Sub Command1_Click(Index As Integer) 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 第 23 頁(yè) 共 60 頁(yè) = End Sub Private Sub Command2_Click() = True MsgBox 串口打開(kāi) End Sub Private Sub Command3_Click() = End Sub Private Sub Command4_Click() = End Sub Private Sub Form_Load() 19200 12800 11520 96