【正文】 器人是具有自適應(yīng)性、自主性和自然性的高級(jí)機(jī)器人，預(yù)計(jì)不久的將來可在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)， 并開始應(yīng)用自動(dòng)化的需要推動(dòng)了機(jī)器人進(jìn)步，而機(jī)器人的發(fā)展提高了自動(dòng)化水平。其中包括知識(shí)庫和專家系統(tǒng)。目前應(yīng)用研究主要集中在精密裝配機(jī)器人、水下機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人等方面。8O 年代初期，美國(guó) Unimation 公司的經(jīng)理 J．Engelberger~對(duì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展作過預(yù)測(cè)， 認(rèn)為今后機(jī)器人技術(shù)最需要解決的問題是：觸覺、視覺， 移動(dòng)、聲音通信和安全。2O 世紀(jì)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明， 使人類的腦力勞動(dòng)自動(dòng)化成為可能，60 年代智能機(jī)器人的出現(xiàn)開辟了智能生產(chǎn)自動(dòng)化的新紀(jì)元。智能機(jī)器人作為新一代的生產(chǎn)工具，在制造領(lǐng)域中應(yīng)用， 能排腺人為的不可控因素， 實(shí)現(xiàn)高節(jié)奏、高效和高質(zhì)量生產(chǎn)， 并是未來智能生產(chǎn)系統(tǒng)(如 CIMS)的重要組成部分。 本課題的主要內(nèi)容及組織遙控機(jī)器人智能控制方法進(jìn)行研究；（2）利用紅外傳感器進(jìn)行機(jī)器遙控操作，通過單片機(jī)控制輪式機(jī)器人啟動(dòng)、停止、速度調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)向，由超聲波傳感器進(jìn)行障礙檢測(cè)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音并能演奏簡(jiǎn)單音樂，字符型液晶顯示模塊顯示遙控信息和報(bào)警。Intel 公司是第一家出產(chǎn) 8031 單片機(jī)的廠商，其他公司都是依照 Intel 的8051 為基本構(gòu)架，再加上自己的一些額外功能以顯示自己的特色，讓用戶能依照電路所需，選擇最適合的 8031 單片機(jī)去做控制。8031 的特點(diǎn)： 8031 片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器 ROM，使用時(shí)用戶需外接程序存儲(chǔ)器和一片邏輯電路 373，外接的程序存儲(chǔ)器多為 EPROM 的 2764 系列。寫入到外接程序存儲(chǔ)器的程序代碼沒有什么保密性可言。167。系統(tǒng)組成如下圖所示：9系統(tǒng)組成圖167。直流電動(dòng)機(jī)具有體積小，價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)，常用于各種機(jī)械玩具。線性驅(qū)動(dòng)的電流結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，成本低，加速功能強(qiáng)，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)，通過電阻 R 的電阻大。(2) 方案二：繼電器速度控制采用繼電器對(duì)電機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。(3) 方案三：脈沖寬度調(diào)制速度控制通過脈沖寬度調(diào)制（PWM，Pulse Width Modulation）的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的速度控制。PWM 是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率（實(shí)質(zhì)是改變加載在電機(jī)上的脈沖寬度） ，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法，PWM 可以應(yīng)用在許多方面，如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。通過改變直流電機(jī)電樞上的電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的速度。如圖 所示，在脈沖的作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加；當(dāng)電機(jī)斷電時(shí)，速度逐漸減小。由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá) 1：10000 左右。基于以上 PWM 調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，以及 PWM 可以較方便采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，因此本系統(tǒng)采用 PWM 脈寬調(diào)制的方法控制直流電機(jī)。 轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng) 對(duì)轉(zhuǎn)向控制常采用的有兩種方案：（1）方案一：普通電機(jī)轉(zhuǎn)向控制采用普通電機(jī)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，雖然此種電機(jī)的控制簡(jiǎn)單，但是使用它不能實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)向。 步進(jìn)電動(dòng)車是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)車，它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?，即給一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)一個(gè)角度，因此非常適合單片機(jī)的控制，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只有周期性的無累積誤差，精度高。因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一圈后，沒有累積誤差，具有良好的跟隨性。● 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速?！?步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，不能直接使用交流電源和直流電源。步進(jìn)電機(jī)有兩種工作方式：整步方式和半步方式~~~~~~~（）~~~~~~~步進(jìn)電機(jī)在低頻工作時(shí)，會(huì)有振動(dòng)大、噪聲大的缺點(diǎn)。一般情況下，合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場(chǎng)矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小，步進(jìn)電機(jī)半步工作方式就蘊(yùn)含了細(xì)分的工作原理。為簡(jiǎn)化單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，此系統(tǒng)選用 TA8435 作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。● 輸出電流可達(dá) （平均）和 (峰值)?！?采用脈寬調(diào)試式斬波驅(qū)動(dòng)方式。● 具有復(fù)位和使能引腳。167。1. 障礙檢測(cè)方案（1） 方案一：紅外線障礙檢測(cè)利用紅外線進(jìn)行測(cè)距。 紅外障礙探測(cè)具有以下缺點(diǎn)：不能對(duì)障礙物的精確方位判斷，易受雨、霧等天氣的影響。它有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過程中有衰減。 超聲波傳感器的材料主要為壓電晶體，壓電材料組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波；同時(shí)它接收到超聲波時(shí)也能轉(zhuǎn)變成電能，故它分為發(fā)送器和接收器。 超聲波系統(tǒng)測(cè)量距離較遠(yuǎn)，且環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，因此選用超聲波傳感器作為障礙物檢測(cè)系統(tǒng)。超聲波換能器是超聲波傳感器的核心部件，換能器按工作介質(zhì)分為氣相、液相和固相換能器；按其發(fā)射波束寬度可分為寬波束和窄波束換能器；按其工作頻率分為 38KHZ，40KHZ 等不同等級(jí)。強(qiáng)度法是利用聲波在空氣中的傳輸損耗值來測(cè)量被測(cè)物的距離，被測(cè)物越遠(yuǎn)反射信號(hào)越弱，根據(jù)反射信號(hào)的強(qiáng)弱就可以知道被測(cè)物的遠(yuǎn)近，但在使用這種方法時(shí)由于換能器之間的直接耦合信號(hào)很難消除，在放大器增益較高時(shí)這一耦合信號(hào)就可使放大器飽和從而使整套系統(tǒng)失效。反射時(shí)間法師利用檢測(cè)聲波發(fā)出和接收到被測(cè)物反射回波德時(shí)間差來測(cè)量距離，對(duì)于距離較短和要求不高的場(chǎng)合可認(rèn)為空氣中的聲速為常數(shù)，通過測(cè)量回波時(shí)間 T，利用公式 S= 測(cè)量距離。這種方法不受聲波強(qiáng)度的影響，直接耦合信號(hào)的影響也可以通過設(shè)置時(shí)間門限加以克服，因此這種方法非常適合較遠(yuǎn)距離的測(cè)距。對(duì)比兩種方案，超聲波障礙檢測(cè)較紅外線障礙檢測(cè)有更強(qiáng)的抗干擾性能，因此我們選擇超聲波進(jìn)行障礙檢測(cè)。且由于小車避障時(shí)不須在很遠(yuǎn)處發(fā)現(xiàn)障礙物，且強(qiáng)度法較易實(shí)現(xiàn)，故選用超聲波強(qiáng)度法進(jìn)行避障。 語音系統(tǒng)這里的語音系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)報(bào)警等簡(jiǎn)單的發(fā)聲功能，因此采用蜂鳴器作為發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。有的壓電式蜂鳴器的外殼上還裝有發(fā)光二極管。當(dāng)接通電源后，多諧振蕩器起振，輸出 的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。蜂鳴器在電路中常用字母“H” 或“HA”表示。 顯示系統(tǒng)顯示系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)接收的遙控命令以及檢測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警信息進(jìn)行顯示。液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等諸多優(yōu)點(diǎn)。顯示系統(tǒng)采用的字符型液晶模塊是一種用 5x7 點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為 1 行 16 個(gè)字，2 行 16 個(gè)字，2 行 20 個(gè)字等，這里采用常用的 2 行 16 個(gè)字的 DM162 液晶模塊。下面簡(jiǎn)單介紹 DM162 液晶模塊內(nèi)部的控制器的 11 條控制指令（它牽涉到后面程序編制）,它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令程序來實(shí)現(xiàn)的?！?指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H?！?指令 4：顯示開光控制?！?指令 6：功能設(shè)置命令。● 指令 8：DDRAM 地址設(shè)置。● 指令 10：寫數(shù)據(jù)。液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，否則此指令失效。 遙控系統(tǒng)紅外遙控式目前使用最廣發(fā)的一種遙控手段。因此目前廣泛應(yīng)用于各種電器設(shè)備中。通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制操作。接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解碼、解調(diào)電路。遙控器將不同的按鍵編成不同的遙控編碼，當(dāng)發(fā)射器的按鍵按下后，發(fā)射器即發(fā)射一遙控碼，遙控碼所具有的特征有：采用脈寬調(diào)制的串行碼：以脈寬為 ,間隔 、周期為 的組合表示二進(jìn)制 0；以脈寬為 、隔 、周期為 的組合表示二進(jìn)制 1；其波形如圖 所示：圖 脈寬調(diào)制串行碼的 0/1 表示上述的 0，1 組成的 32 位二進(jìn)制碼（4 字節(jié)）經(jīng) 38kHZ 的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，然后通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。該芯片的用戶識(shí)別碼固定為 16 進(jìn)制 01H；后 16 位為 8 位操作碼（功能碼）及其反碼。一組碼本身的持續(xù)時(shí)間隨它包含的二進(jìn)制 0，1 的個(gè)數(shù)不同而不同，大約在 4563ms 之間。它將紅外接收器和放大電路集成在一體，具有體積小、密封性好、靈敏度高、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。只要給它接上電源即是一個(gè)完整的紅外接收放大器。經(jīng)過它的接收放大和解調(diào)會(huì)在輸出端直接輸出原始的信號(hào)，而且靈敏度和抗干擾性都非常好。.“看門狗”設(shè)計(jì)15PC 受到干擾而失控，引起程序亂飛，可能使程序陷入“死循環(huán)” 。如果操作者在場(chǎng)，就可以按下人工復(fù)位按鈕，強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位?！翱撮T狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)也可以由軟件實(shí)現(xiàn)，在這里用硬件來實(shí)現(xiàn)?！?采用 74LS123 單穩(wěn)態(tài)電路來實(shí)現(xiàn)“看門狗” 。本設(shè)計(jì)采用第 3 種方案實(shí)現(xiàn)“看門狗”電路。二是系統(tǒng)外設(shè)，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、A/D、D/A 轉(zhuǎn)換器以及各種驅(qū)動(dòng)電路等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。我們這里選用 AT24C02 的 EEPROM 芯片，可以存儲(chǔ) 2KB 的數(shù)據(jù)，其操作方式與通用的 12C 器件相同。這種模式在讀取數(shù)據(jù)時(shí)首先鎖定一個(gè)記憶行，然后迅速掃過各記憶列，與16此同時(shí)讀取列上的位元數(shù)據(jù)。SDRAM 比 EDO RAM 快 5%左右，已成為當(dāng)今臺(tái)式機(jī)內(nèi)存中應(yīng)用最廣的一種。 ADC0809 采用雙列直插式封裝,共有 28 條引腳，各管腳的功能分四組簡(jiǎn)述如下：模擬信號(hào)輸入 IN0～I(xiàn)N7： IN0IN7 為八路模擬電壓輸入線，加在模擬開關(guān)上，工作時(shí)采用時(shí)分割的方式，輪流進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。數(shù)字量輸出及控制線（11 條）：START 為“啟動(dòng)脈沖”輸入線，上升沿清零，下降沿啟動(dòng) ADC0809 工作。D0D7 為數(shù)字量輸出線，D7 為最高位。17電源線及其他（5 條）：CLOCK 為時(shí)鐘輸入線，用于為 ADC0809 提供逐次比較所需，一般為 640kHz 時(shí)鐘脈沖。+VREF 和VREF 為參考電壓輸入線，用于給電阻網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。ADC0809 芯片性能特點(diǎn): 是一個(gè)逐次逼近型的 A/D 轉(zhuǎn)換器,外部供給基準(zhǔn)電壓。有 8 個(gè)模擬量的輸入端,可引入 8 路待轉(zhuǎn)換的模擬量。查詢方式：查詢 EOC 引腳。ALE=START=WR+OE=RD+端口地址確定應(yīng)使 =A15=0，A0、AA2 給出被選擇的模擬通道地址。 DAC0832 邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖 所示：19圖 DAC0832 邏輯結(jié)構(gòu)圖 DAC0832 與 MCS51 的接口圖如圖 所示：圖 DAC0832 與 MCS51 的接口圖 直流電動(dòng)驅(qū)動(dòng)本系統(tǒng)采用軟件產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，圖 是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電路圖。三極管的功率視電機(jī)電流而定。TA8453 為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片，引腳 M1和 M2 決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方式：M1=M2=0 ，電機(jī)按半步方式運(yùn)轉(zhuǎn)；M1=0、M2=1,電機(jī)按 1/8 步細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn)。 CKCK2 時(shí)鐘輸入的最大頻率不能超過 5kHz，控制時(shí)鐘的頻率，即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速率。RR2 選用 、2W 的大功率電阻。你們21 檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)超聲波障礙檢測(cè)如圖 所示。圖 超聲波障礙檢測(cè)原理圖 語音系統(tǒng)22語音系統(tǒng)采用蜂鳴器作為發(fā)聲器件，其連接電路圖如圖 所示。DM162 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳接口，其中 VSS為地電源，VDD 接 5V 正電源， V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影” ，使用時(shí)可以通過一個(gè)10KB 的電位器調(diào)整對(duì)比度。RW 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 E 端為時(shí)能端，當(dāng) E 端由高電平跳變低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。23圖 顯示系統(tǒng)電路原理圖