【正文】 優(yōu)點。直流電機是機械能和直流電能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機械裝置。本次選用 20W 的直流電機作為電動機用。極心上放置勵磁繞組，極掌的作用是使電機空氣隙中磁感應強度的分布最為合適，并用來擋住勵磁繞組。直流電機的電樞是旋轉(zhuǎn)的。（3）換向器(整流子) 換向器是直流電機中的一種特殊裝置，它是由楔形銅片組成，銅片間用云母墊片(或某種塑料墊片)絕緣。電流方向應該是這樣：N 極下的有效邊中的電流總是一個方向，而 s 極下的有效邊中的電流總是另一個方向。因此，當線圈的有效邊從 N(s)極下轉(zhuǎn)到 s(N)極下時，其中電流的方向必須同時改變，以使電磁力的方向不變。 直流電機電樞繞組中的電流(電樞電流 I)與磁通 Φ 相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，它使電樞轉(zhuǎn)動。當軸上的機械負載發(fā)生變化時，則電動機的轉(zhuǎn)速、電動勢、電流及電磁轉(zhuǎn)矩將自動進行調(diào)整，以適應負載的變化，保持新的平衡。隨著轉(zhuǎn)速的下降，當磁通量不變時，反電動勢 E 必將減小，而電樞電流將增加，于是電磁轉(zhuǎn)矩也隨著增加。這時的電樞電流已大干原先的，也就是說從電源輸入的功率增加了。14M U+R s tR fI fEI aA圖 并勵電動機接線圖直流電動機有以下三種狀態(tài)：起動、制動、反轉(zhuǎn)。在這過程中電動機的運行特性和穩(wěn)定運行時是不同的。 在電動機起動的初始瞬間，轉(zhuǎn)速 n＝0，所以 E＝KΦn=0。它會產(chǎn)生機械沖擊，使傳動機構(gòu)(例如齒輪)受損壞。這時電樞中起動電流初始值一般規(guī)定不應超過額定電流的 ～ 倍。 如果要改變直流電動機的轉(zhuǎn)動方向，必須改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。 繼電器的選擇15表 2 控制繼電器按負荷大小的分類受控電路負荷大小交流容量（VA） 直流功率（W）類別大于 小于 大于 小于微功率繼電器15 5小功率繼電器15 120 5 50中功率繼電器120 500 50 150大功率繼電器500 150由于直流電機的功率 20W,故選用小功率繼電器即可滿足要求。 用繼電器控制直流電機 從單片機出來的信號同樣也要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換器件與原理和輸入部分相同。單片機系統(tǒng)必須具有將輸出的低電壓、小電流信號轉(zhuǎn)換成高電壓、大電流信號的裝置，被稱為功率接口。74 系列功率集成電路是單片結(jié)構(gòu)的集電極開路高壓輸出緩沖器/驅(qū)動器。當 為低電平時，繼電器吸合； 為高電平時，繼電器釋放。繼電器由普通晶體管 9013 驅(qū)動，可以提供 300mA 的驅(qū)動電流，適用于繼電器線圈工作電流小于 300mA 的使用場合。光電耦合器使用TLP521，其電流傳輸比不低于 50%。當繼電器線圈工作電流為 300mA 時，光電耦合器需要輸出大于 的電流。輸入光電耦合器的電流必須大于 ，才能保證向繼電器提供 300mA 的電流。二極管 IN4001 的作用是保護晶體管 9013，防止 9013 關(guān)斷時繼電器線圈產(chǎn)生的感應電勢所造成的損壞。在這里用它來控制電動機的正反轉(zhuǎn)。在繼電器主體的塑料骨架上安裝了線圈，固定了外罩，此骨架又是靜觸點簧片的支撐座。在沒有激勵狀態(tài)下，薄片式彈簧給銜鐵提供17復原力，形成一對常閉點。 硬件系統(tǒng)的抗干擾措施在電平轉(zhuǎn)換過程中提到的光電耦合器，是常用的一種硬件抗干擾措施，也是本設(shè)計所采取的主要硬件抗干擾措施。隔離的實質(zhì)是把引進的干擾通道切斷，從而達到隔離現(xiàn)場干擾的目的。在電源變壓器的進線端加入電源濾波器，消弱瞬變噪聲的干擾。在抗干擾技術(shù)中，使用最多的是低通濾波器，其主要元件是電容和電感。 在門電路的電源線端與地線端加接電容 C1 和 C2，稱為去耦電容，可以消除大部分高頻干擾 屏蔽技術(shù)與雙絞線傳輸 屏蔽技術(shù)與雙絞線傳輸方式都可以起到抑制外部電磁感應干擾的作用。屏蔽信號線的選取，一般的原則是：抑制靜電感應干擾采用金屬網(wǎng)的屏蔽線，抑制電磁感應干擾應該用雙絞線。194 控制系統(tǒng)的軟件編程 在單片機應用開發(fā)中，軟件編寫與調(diào)試工作量一般占整個開發(fā)工作的70%—90%。與硬件互相配合，協(xié)調(diào)一致的工作?？刂栖浖?AT89S51 單片機的匯編語言編寫。 工作流程圖該機器人可實現(xiàn)以下幾種功能：巡線功能、越障功能和沿電力線行走功能。根據(jù)題目或任務的要求，使用匯編語言編寫源程序,進行匯編語言程序設(shè)計。 （1）擬訂設(shè)計任務書 （2）建立數(shù)學模型 （3）確定算法（4）繪制程序流程圖 （5）編寫匯編語言源程序（6）匯編（7）上機調(diào)試下面是機器人巡線越障過程的工作流程圖：20圖啟 動 檢測 張 開檢測 有 無動 作 ， 大 臂 下降 檢測、 行 走檢測動 作 ， 小 臂上 升 無無檢測 動 作 ，大 臂 上 升無有有閉 合檢測 無有有 檢測 檢測張 開 張 開有有 無檢測 閉 合有有 檢測 無無動 作 ， 大 臂上 升 檢測、 行 走檢測動 作 ， 大 臂 下降 無檢測 有有 無檢測 閉 合有有 無 動 作 ，大 臂 上 升檢測無動 作 ， 小 臂上 升 、 行 走檢測動 作 ， 大 臂 下降 無檢測、 、 行走無 無 無有 有有 有 有無 工作流程圖21 主程序 下面為該巡線機器人遇障完成一只臂動作的部分主程序：ORG 0000HAJMP STARTORG 0050HSETB START: MOV P3,0FFH CLR CLR CLR ；驅(qū)動行走電機全啟動 MOV R6,14H LCALL DELAY ；延時1s NOP NOPLCALL LED MOV P0,0FFHMOV P2,0FFHJB ,LOOP2 ；LOOP2為傳感器K2繼續(xù)檢測的循環(huán)程序LCALL LED ；檢測到障礙，顯示燈提示行走行走電機停止SETB ；控制行走電機停下SETB SETB LOOP1: MOV P0,0FEH ；小臂A2張開MOV R6,14H LCALL DELAY ；延時1sJB ,LOOP1LCALL LED ；檢測到小臂到位，提示小臂動作完成L1: MOV P0,7FH ；大臂A3動作下降 LCALL DELAY JB ,L1 SETB LCALL LED ；檢測到大臂到位，提示大臂動作完成L2: CLR 22 CLR ；驅(qū)動行走電機B1C1，機器人行走 MOV R6,28H ；延時稍長 LCALL DELAY JB ,L2 ；紅外傳感器 K2檢測 LCALL LED SETB SETB ；檢測到障礙物，行走電機停止 MOV P1,07FH ；小臂A4上升巡線 MOV R6,7CH LCALL DELAYS1: LCALL DELAY ；延時稍長 JB ,L3 LCALL LED AJMP L4L3: MOV P1,0BFH ；大臂A3 上升尋線 MOV R6,14H AJMP S1L4: MOV P1,0FFH MOV P0,0FDH ；A2閉合 MOV R6,7CH LCALL DELAY JB ,L4 ；k7檢測 LCALL LED AJMP S3 ……機器人的一只臂越障成功后，后面的手臂利用傳感器繼續(xù)檢測，并由單片機發(fā)出信號，控制驅(qū)動電機按預定的路線動作，完成越障過程。 延時子程序的應用 除上面介紹的 RC 電路去除觸點開關(guān)的抖動問題外，應用軟件也可以去抖動。 圖 所示為開關(guān)輸入控制的例子。 口在讀入 S1 的狀態(tài)時要采取軟件延時方法，以克服按鈕抖動。燈滅 LOOP1: JB ,START 。軟件延時 LOOP2: MOV R7,0FAH LOOP3: DJNZ R7,LOOP3 。外循環(huán) 100 次 JB ,LOOP1 SETB 。指令 MOV R6,64H 執(zhí)行 1 個機器周期；指令 MOV R7,0FAH 執(zhí)行一次為 1 個機器周期，共執(zhí)行 100 次；DJNZ R7,LOOP3 執(zhí)行一次為 2 個機器周期，內(nèi)循環(huán)為 250 次，外循環(huán) 100 次；DJNZ R6,LOOP2 執(zhí)行一次為 2 個機器周期，共執(zhí)行 100 次。延時子程序配合主程序，完成了系統(tǒng)需要的越障功能。采用硬件抗干擾措施，只能抑制某個頻率段的干擾，仍有一些干擾會侵入系統(tǒng)。常用的軟件抗干擾措施為：①數(shù)字濾波方法；②輸入口信號重復檢測方法；③輸出端口數(shù)據(jù)刷新方法；④軟件攔截技術(shù)（指令冗余、軟件陷阱） ；⑤“看門狗”技術(shù)等。一旦 PC 因干擾出現(xiàn)錯誤，程序便脫離正常運行軌道，出現(xiàn)“亂飛” ，出現(xiàn)操作數(shù)數(shù)值改變以及將操作數(shù)當作操作碼的錯誤。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個字節(jié)以上的NOP。 攔截技術(shù) 所謂攔截，是指將亂飛的程序引向指定位置，再進行出錯處理。因此先要合理設(shè)計陷阱，其次要將陷阱安排在適當?shù)奈恢谩Ｍㄟ^軟件陷阱，攔截亂飛程序，將其引向指定位置，再進行出錯處理。通常在 EPROM 中非程序區(qū)填入以下指令作為軟件陷阱： NOP NOP LJMP 0000H 其機器碼為 0000020210。最后一條應填入 020210，當亂飛程序落到此區(qū)，即可自動入軌。當使用的中斷因干擾而開放時，在對應的中斷服務程序中設(shè)置軟件陷阱，能及時捕獲錯誤的中斷。如果故障診斷程序與系統(tǒng)自恢復程序的設(shè)計可靠、 完善，用“LJMP 0000H”作返回指令可直接進入故障診斷程序，盡早地處理故障并恢復程序的運行。通過不斷檢測程序循環(huán)運行時間，若發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時間超過最大循環(huán)運行時間，則認為系統(tǒng)陷入“死循環(huán)”，需進行出錯處理。 在工業(yè)應用中，嚴重的干擾有時會破壞中斷方式控制字，關(guān)閉中斷。而軟件看門狗可有效地解決這類問題。用定時器 T0 監(jiān)視定時器T1，用定時器 T1 監(jiān)視主程序，主程序監(jiān)視定時器 T0。對于軟件抗干擾的一些其它常用方法如數(shù)字濾波、系統(tǒng)故障處理、自恢復程序的設(shè)計、非正常復位的識別、非正常復位后系統(tǒng)自恢復運行的程序設(shè)計、RAM 數(shù)據(jù)保護與糾錯等，限于篇幅，本文不再做討論。從根本上來說，硬件抗干擾是主動的，而軟件是抗干擾是被動的。軟件編程在該機器人系統(tǒng)中占有非常重要的地位，也是大量科研結(jié)構(gòu)投入大量的人力物力進行研究的方向。也就是說，AT89 系列單片機采用的也是 MCS51 指令系統(tǒng)。并在實驗室條件下，焊接電路板，完成了硬件電路的調(diào)試。265 結(jié)束本研究課題是在山東科技大學機電學院實驗室提供的實驗機器人的基礎(chǔ)上，完成了硬件電路設(shè)計和軟件編程，實現(xiàn)了巡線移動機器人的計算機控制。由于本人知識、經(jīng)驗和實驗條件的限制，以及對科學研究手段和方法認識不足，對實驗機器人的研制還處于探索階段，有待于進一步的學習。此次，由于本人在編程方面的水平較低，使單片機在機器人的控制過程中實現(xiàn)的功能較簡單，并未深入。通過安裝各種傳感器，使巡線機器人具有自動定位，循環(huán)掃描在任何時刻都能判斷發(fā)生的隨機狀況，從而提高機器人的定位精度和自適應性。[2]秦曾煌 主編，電工學（下冊）電子技術(shù)（第五版） ，高等教育出版社，1964。[4]胡漢才編著，單片機原理及其接口技術(shù)，清華大學出版社，1996。[6]趙曉安 主編， MCS51 單片機原理及應用，天津大學出版社，2021。[8]胡鑒清 主編，電機工程手冊（第二版） ，第 4 篇 直流電機，主編單位 哈爾濱大電機研究所。蘇州大學學報，2021。et