六足爬蟲(chóng)機(jī)器人設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、六足爬蟲(chóng)機(jī)器人設(shè)計(jì)前言3（一）、機(jī)器人的大月窗3（二）、機(jī)器人的眼睛耳朵4（三）、機(jī)器人的腿一一驅(qū)動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)輪4（四）、機(jī)器人的手臂一一機(jī)械傳動(dòng)專制5（五）、機(jī)器人的心月電池5一、AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介6（一）、AT89S51主要功能列舉如下：6（二）、AT89S51各引腳功能介紹：6二、控制系統(tǒng)電路圖9三、微型伺服馬達(dá)原理與控制10（一）、微型伺服馬達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)10（二）、微行伺服馬達(dá)的工作原理10（三）、伺服馬達(dá)的控制11（四）、選用的伺服馬達(dá)11四、紅外遙控12（一）、紅外遙控系統(tǒng)12（二）、遙控發(fā)射器及其編碼12（三）、紅外接收模塊13（四）、紅外解碼程序設(shè)計(jì)13五、控制程序14六、六

2、足爬蟲(chóng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖21刖百今年年初，學(xué)校為參加中央電視臺(tái)舉辦的第三屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)器人電視大賽，組建了機(jī)器人制作小組。我積極參加，有幸成為了其中的一員。因?yàn)槲覀円郧皼](méi)有參加過(guò)類似的比賽，也沒(méi)有制作機(jī)器人的經(jīng)驗(yàn)?？梢哉f(shuō)我們什么都是從零開(kāi)始，邊學(xué)習(xí)邊制作。通過(guò)這半年多的制作過(guò)程，我從中學(xué)到了很多書(shū)本上學(xué)不到的東西，也得到了很好的學(xué)習(xí)與鍛煉的機(jī)會(huì)。最初，我們組建了機(jī)器人制作實(shí)驗(yàn)室。到五金機(jī)電市場(chǎng)購(gòu)買了必要的工具和一些制作材料。然后開(kāi)始制作實(shí)驗(yàn)機(jī)器人的身體一一框架。實(shí)驗(yàn)機(jī)器人的框架我們是使用輕型萬(wàn)能角鋼制作的，這種角鋼的兩側(cè)都有問(wèn)隔均勻的孔槽，可以很方便的用螺栓進(jìn)行連接。用不同長(zhǎng)度的角鋼組合后，就可

3、以得到不同大小的立方體和長(zhǎng)方體及多邊形。機(jī)器人身體的框架就搭建好了。在它的上面將裝上：機(jī)器人的大腦一一可編程控制器、機(jī)器人的眼睛耳朵一一傳感器、機(jī)器人的腿一一驅(qū)動(dòng)輪、機(jī)器人的手臂一一機(jī)械傳動(dòng)專制、機(jī)器人的心臟一電池之所以使用輕型萬(wàn)能角鋼，主要是因?yàn)槭窃谥谱髟囼?yàn)機(jī)型，而輕型萬(wàn)能角鋼安裝拆卸方便和便于修改長(zhǎng)度，調(diào)整設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)機(jī)器人定型后，就照其尺寸用不銹鋼方管焊接制作機(jī)器人的身體。再在上面進(jìn)行打孔等工作，后就可以將機(jī)器人的其它部分安裝上去。這樣一個(gè)機(jī)器人就制作好了。下面我介紹一下機(jī)器人的基本組成部分：（一）、機(jī)器人的大腦它可以有很多叫法，可以叫做：可編程控制器、微控制器，微處理器，處理器或者計(jì)算器

4、等，不過(guò)這都不要緊，通常微處理器是指一塊芯片，而其它的是一整套控制器，包括微處理器和一些別的元件。任何一個(gè)機(jī)器人大腦就必須要有這塊芯片，不然就稱不上機(jī)器人了。在選擇微控制器的時(shí)候，主要要考慮：處理器的速度，要實(shí)現(xiàn)的功能，RO防口RAM勺大小，I/O端口類型和數(shù)量，編程語(yǔ)言以及功耗等。其主要類型有：?jiǎn)纹瑱C(jī)、PLG工控機(jī)、PCM等。單有這些硬件是不夠的，機(jī)器人的大腦還無(wú)法運(yùn)行。只有在程序的控制下，它才能按我們的要求去工作?？梢哉f(shuō)程序就是機(jī)器人的靈魂了。而程序是由編程語(yǔ)言所編寫的。編程語(yǔ)言是一個(gè)控制器能夠接受的語(yǔ)言類型，一般有C語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言或者basic語(yǔ)言等，這些通常能被高級(jí)一點(diǎn)的控制器直接執(zhí)行

5、，因?yàn)樵诟呒?jí)控制器里面內(nèi)置了編譯器能夠直接把一些高級(jí)語(yǔ)言翻譯成機(jī)器碼。微處理器將執(zhí)行這些機(jī)器碼，并對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。（二）、機(jī)器人的眼睛耳朵傳感器，是機(jī)器人的感覺(jué)器官，是機(jī)器人和現(xiàn)實(shí)世界之間的紐帶，使機(jī)器人能感知周圍的環(huán)境情況。其主要有：光電傳感器、紅外傳感器、力傳感器、超聲波傳感器、位置和姿態(tài)傳感器等等。下面我將就幾種常用傳感器進(jìn)行介紹：1、光電傳感器：光電傳感器的原理是光電效應(yīng)。其主要用途是顏色識(shí)別（機(jī)器人就可以沿著地上的線條行進(jìn)了）和光電編碼等。2、紅外傳感器：紅外傳感器是用來(lái)測(cè)量距離和感知周圍情況的。因?yàn)榘l(fā)射出去的紅外信號(hào)在一定距離內(nèi)遇到物體就會(huì)反射回來(lái)。通過(guò)發(fā)送紅外線信號(hào)，并接收反射

6、回來(lái)的信號(hào)，機(jī)器人就可以感知前方或身體周圍的情況，做出相應(yīng)的調(diào)整（如：倒退或繞行等）。3、力傳感器：力傳感器是用來(lái)檢測(cè)碰撞或者接觸信號(hào)的，比如機(jī)械手的應(yīng)用，當(dāng)你放一個(gè)東西到機(jī)械手的時(shí)候，機(jī)械手自動(dòng)抓住它，它就需要力傳感器檢測(cè)東西抓的緊不緊。典型的力傳感器是微動(dòng)開(kāi)關(guān)和壓敏傳感器。微動(dòng)開(kāi)關(guān)其實(shí)就是一個(gè)小開(kāi)關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)上的杠桿長(zhǎng)短，能夠調(diào)節(jié)觸動(dòng)開(kāi)關(guān)的力的大小。用來(lái)做碰撞檢測(cè)這是最好不過(guò)了。但是這種傳感器必須事先確定好力的閥值，也就是說(shuō)只能實(shí)現(xiàn)硬件控制（開(kāi)還控制）。而壓敏傳感器是能根據(jù)受力大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓或者電流，從而可以實(shí)現(xiàn)軟件控制（閉環(huán)控制）。4、超聲波傳感器：超聲波傳感器是從蝙蝠那里學(xué)

7、來(lái)的，通過(guò)把發(fā)射出的信號(hào)與接收到的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，就可以測(cè)定周圍是否有障礙物，及障礙物的距離，也屬于距離探測(cè)傳感器，能提供交遠(yuǎn)的探測(cè)范圍，而且還能提供在一個(gè)范圍內(nèi)的探測(cè)而不是一條線的探測(cè)。5、位置和姿態(tài)傳感器：機(jī)器人在移動(dòng)或者動(dòng)作的時(shí)候必須時(shí)時(shí)刻刻知道自己的姿態(tài)動(dòng)作，否則就會(huì)產(chǎn)生控制中的一個(gè)開(kāi)環(huán)問(wèn)題，沒(méi)有反饋，無(wú)法獲知運(yùn)動(dòng)是否正確。位置傳感器和姿態(tài)傳感器就是用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題的。常用的有光電編碼器，由于機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，可以得出電機(jī)帶動(dòng)部件的大致位置，編碼器就是這樣一種傳感器，它一般和電機(jī)軸或者轉(zhuǎn)動(dòng)部件直接連接，電機(jī)或者轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)了多少圈或者角度能夠通過(guò)編碼器讀

8、出，控制軟件再根據(jù)讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行位置估計(jì)計(jì)算。還有一種是陀螺儀，這是利用陀螺原理制作的傳感器，主要可以測(cè)得移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)加速度，轉(zhuǎn)過(guò)的角度等信息。（三）、機(jī)器人的腿一一驅(qū)動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)器就是驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)的部件。最常用的是電機(jī)了。當(dāng)然還有液壓，氣動(dòng)等別的驅(qū)動(dòng)方式。一個(gè)機(jī)器人最主要的控制量就是控制機(jī)器人的移動(dòng)，無(wú)論是自身的移動(dòng)還是手臂等關(guān)節(jié)的移動(dòng)，所以機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器中最根本和本質(zhì)的問(wèn)題就是控制電機(jī)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，就可以控制機(jī)器人移動(dòng)的距離和方向，機(jī)械手臂的彎曲的程度或者移動(dòng)的距離等。所以，第一個(gè)要解決的問(wèn)題就是如何讓電機(jī)能根據(jù)自己的意圖轉(zhuǎn)動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，有專門的控制卡和控制芯片來(lái)進(jìn)行控制的。有

9、了這些控制卡和芯片，我們所要做的就是把微控制器和這些連接起來(lái)，然后就可以用程序來(lái)控制電機(jī)了。第二個(gè)問(wèn)題是控制電機(jī)的速度，在機(jī)器人上的實(shí)際表現(xiàn)就是機(jī)器人或者手臂的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度了，機(jī)器人走的快慢全靠電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣，我們就要求控制卡對(duì)電機(jī)有速度控制。電機(jī)目前常用的有兩種，步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)。下面我將就這兩種電機(jī)進(jìn)行介紹：1、直流電機(jī)：這是最最普通的電機(jī)了。直流電機(jī)最大的問(wèn)題是你沒(méi)法精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，也就前面所說(shuō)的位置控制。你必須加上一個(gè)編碼盤，來(lái)進(jìn)行反饋，來(lái)獲得實(shí)際轉(zhuǎn)的圈數(shù)。但是直流電機(jī)的速度控制相對(duì)就比較簡(jiǎn)單，用一種叫pwM脈寬調(diào)速）的調(diào)速方法可以很輕松的調(diào)節(jié)電機(jī)速度。現(xiàn)在也有很多控制芯片帶

10、調(diào)速功能的。選購(gòu)時(shí)要考慮的參數(shù)是電機(jī)的輸出力矩，電機(jī)的功率，電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。2、步進(jìn)電機(jī)：看名字就知道了，它是一步一步前進(jìn)的。也就是說(shuō)，它可以一個(gè)角度一個(gè)角度旋轉(zhuǎn)，不象直流電機(jī)，你可以很輕松的調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角位置，如果你發(fā)一個(gè)轉(zhuǎn)10圈的指令，步進(jìn)電機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)11圈，但是如果是直流電機(jī)，由于慣性作用，它可能轉(zhuǎn)11圈半。步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速是通過(guò)控制電機(jī)的頻率來(lái)獲得的。一般控制信號(hào)頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)的越快，頻率越低，轉(zhuǎn)的越慢。選購(gòu)時(shí)要考慮的參數(shù)是電機(jī)的輸出力矩，電機(jī)的功率，每個(gè)脈沖電機(jī)的最小轉(zhuǎn)角。還有就是關(guān)于輸出的動(dòng)力，要說(shuō)明一下：一般情況下，電機(jī)都沒(méi)法直接帶動(dòng)輪子或者手臂，因?yàn)樗俣冗^(guò)高力矩不夠大，所以

11、我們需要加上一個(gè)減速箱來(lái)增加電機(jī)的輸出力矩，但是代價(jià)是電機(jī)速度的減小，比如一個(gè)1：250的齒輪箱，會(huì)讓你電機(jī)的輸出力矩增大250倍，但是速度只有原來(lái)的1/250了。首先計(jì)算出機(jī)器人所需要的速度與力矩大小，然后根據(jù)速度與力矩去選擇電機(jī)與減速器。（四）、機(jī)器人的手臂一一機(jī)械傳動(dòng)專制機(jī)械傳動(dòng)專制就是，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一些桿件和機(jī)構(gòu)（如：凸輪機(jī)構(gòu)、螺桿機(jī)構(gòu)等），用以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的上升、下降、伸縮、彎曲等動(dòng)作。通常運(yùn)用的機(jī)構(gòu)有四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺桿機(jī)構(gòu)、搖臂等。（五）-機(jī)器人的心臟一一電池電池為機(jī)器人的控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能源供應(yīng)。主要有：電瓶及可充電電池、電池。前面介紹了機(jī)器人的一些基本知識(shí)，但這是遠(yuǎn)

12、遠(yuǎn)不夠的。機(jī)器人學(xué)科，是在多學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的綜合性技術(shù)。機(jī)器人技術(shù)涉及機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、語(yǔ)言學(xué)和人工智能等許多學(xué)科?，F(xiàn)在機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在人類社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮著越來(lái)越重要的影響。我利用暑假的時(shí)間設(shè)計(jì)了一個(gè)六足爬蟲(chóng)機(jī)器人，用日立（HITACHI的錄像機(jī)遙控器來(lái)對(duì)它進(jìn)行控制?；驹硎牵哼b控器發(fā)出紅外學(xué)號(hào)，機(jī)器人通過(guò)紅外接收器接收倒紅外信號(hào)后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，并以存儲(chǔ)的代碼進(jìn)行比較，確定指令的含義，后可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)及發(fā)聲等功能。控制系統(tǒng)我使用的是AT89S51單片機(jī)，編程語(yǔ)言使用的是匯編語(yǔ)言，動(dòng)力系統(tǒng)使用的是微型伺服馬達(dá)，能源系統(tǒng)使用的是9V電池。下面我將就具體設(shè)計(jì)進(jìn)行

13、介紹。一、AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89S51為ATMEL所生產(chǎn)的可電氣燒錄清洗的8051相容單芯片，其內(nèi)部程序代碼容量為4KB（一）、AT89S51主要功能列舉如下：1、為一般控制應(yīng)用的8位單芯片2、晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MH03、內(nèi)部程式存儲(chǔ)器（ROM為4KB4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM為128B5、外部程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至64KB6、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至64KB7、32條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做I/O的控制8、5個(gè)中斷向量源9、2組獨(dú)立的16位定時(shí)器10、1個(gè)全多工串行通信端口11、8751及8752單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能12、單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令

14、(T2)P1Q匚口VCC140(T2EX)P1.1匚239PO.OiADOP1.2E33&P0.1(AD1P13匚437P0.2(AD2)P1H匚536P0.3(AD3)P15E635P0.4(A04)P1.6匚734P0.5(ADS)F17匚833PO.e(AD6)RSTC932P0.7CAD7)(RXDiP3.0匚1031EAVPP_(TXD)pad匚1130ALBPROG(INTO)P3.2匚1229PSENUNT1)P43匚1328口P2.7(A1£)(TO)P3.4匚1427口F261Al中(TDRMIZ1526P2.SCA13)(WRjP3.6匚162Sp24ml

15、-RDF&7匚1724P2.3(A11)XTAL2C1923口P2.2iA10iXTAL1匚1922P2.1(A9)GND匚2021P2.D(A8)（二）、AT89S51各弓I腳功能介紹:AT89S51VCCAT89S51電源正端輸入，接+5VVSS電源地端。XTAL，單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。XTAL2系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一20PF的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RESETAT89S51的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提

16、升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開(kāi)始讀入程序代碼而執(zhí)行程序oEA/Vpp："EA"為英文"ExternalAccess"的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也就是說(shuō)當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼（存于外部EPROMP）來(lái)執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用8751內(nèi)部程序空間時(shí)，此引腳要接成高電平。止匕外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROIW,可以

17、利用此引腳來(lái)輸入21V的燒錄高壓（Vpp）0ALE/PROGALE是英文"AddressLatchEnable"的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號(hào)。AT89S51可以利用這支引腳來(lái)觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373）,將端口0的地址總線（A0A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)锳T89S51是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6,因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來(lái)使用。PSEN此為“ProgramStoreEnable"的縮寫，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng)805

18、1被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（EA=。，會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接至|JEPROIMJOE腳。AT89S51可以禾I用PSENRRD弓I腳分另啟用存在外部的RAMtEPROM使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。PORT0（P0.0P0.7）:端口0是一個(gè)8位寬的開(kāi)路汲極（OpenDrain）雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0,P0.1表示位1,依此類推。其他三個(gè)I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)

19、存儲(chǔ)器），P0就以多工方式提供地址總線（A0A7）及數(shù)據(jù)總線（D0D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0A7,再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲(chǔ)器空問(wèn)。PORT2（P2.0P2.7）:端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在AT89S51擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié)A8A15,這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)做I/O來(lái)使用了。PORT1（P1.0P1.7）:端口1也是

20、具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當(dāng)做定時(shí)器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。PORT3（P3.0P3.7）:端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋Ｆ湟_分配如下：P3.0:RXD串行通信輸入。P3.1:TXD串行通信輸出。P3.2:INT0,外部中斷

21、0輸入。P3.3:INT1,外部中斷1輸入。P3.4:T0,計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。P3.5:T1,計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。P3.6:WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。P3.7:RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。、控制系統(tǒng)電路圖780J聚光二里富:叫了1110FNAX2322-'l|3+123.5f781£融1期金P0J)P13P01Pls+PONH1利3Pl.£P0.+Pl.7P)JRM同7JUHh辭&EMVp面、P31KLHO5&畫迅PSJ面T、P33Z0»%K711KJP2.i版P5.(P2JED-KJK.+於3K2P2J阻F32繇口G-JTDIM”+0

22、239+38537一一tJj：g科d103$C0H12算311113口30TTF£髓1Jli4H2£2JW15料231?22n0阿騰陽(yáng)CU1T8COtlli1rI，控制系統(tǒng)電路圖三、微型伺服馬達(dá)原理與控制（一）、微型伺服馬達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)一個(gè)微型伺服馬達(dá)內(nèi)部包括了一個(gè)小型直流馬達(dá)；一組變速齒輪組；一個(gè)反饋可調(diào)電位器；及一塊電子控制板。其中，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的直流馬達(dá)提供了原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，使之產(chǎn)生高扭力的輸出，齒輪組的變速比愈大，伺服馬達(dá)的輸出扭力也愈大，也就是說(shuō)越能承受更大的重量，但轉(zhuǎn)動(dòng)的速度也愈低。小型直流馬達(dá)變速齒輪組可調(diào)電位器電子控制板微型伺服馬達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（二）

23、、微行伺服馬達(dá)的工作原理一個(gè)微型伺服馬達(dá)是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，其原理可由下圖表示:比例電.至微行伺服馬達(dá)工作原理圖減速齒輪組由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，其終端（輸出端）帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器作位置檢測(cè)，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號(hào)比較，產(chǎn)生糾正脈沖，并驅(qū)動(dòng)馬達(dá)正向或反向地轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖趨于為0,從而達(dá)到使伺服馬達(dá)精確定位的目的。（三）、伺服馬達(dá)的控制標(biāo)準(zhǔn)的微型伺服馬達(dá)有三條控制線，分別為：電源、地及控制。電源線與地線用于提供內(nèi)部的直流馬達(dá)及控制線路所需的能源，電壓通常介于4尸6V之間,該電源應(yīng)盡可能與處理系統(tǒng)的電源

24、隔離（因?yàn)樗欧R達(dá)會(huì)產(chǎn)生噪音）。甚至小伺服馬達(dá)在重負(fù)載時(shí)也會(huì)拉低放大器的電壓，所以整個(gè)系統(tǒng)的電源供應(yīng)的比例必須合理。輸入一個(gè)周期性的正向脈沖信號(hào)，這個(gè)周期性脈沖信號(hào)的高電平時(shí)間通常在1ms-2ms之間，而低電平時(shí)間應(yīng)在5ms到20ms之間，并不很嚴(yán)格，下表表示出一個(gè)典型的20ms周期性脈沖的正脈沖寬度與微型伺服馬達(dá)的輸出臂位置的關(guān)（四）、選用的伺服馬達(dá)我選用的伺服馬達(dá)為TowPro的，型號(hào)為SG303其主要技術(shù)參數(shù)如下:轉(zhuǎn)速：0.23秒/60度。力矩：3.2kg-cm,尺寸：40.4mnrK19.8mnrK36mm重量：37.2go5V電源供電?？刂浦芷诿}沖寬度為20ms送出不同的正脈沖寬度是

25、，就可以得到不同的控制效果?？刂普}沖寬度如下：正脈沖寬度為0.3ms時(shí)，伺服馬達(dá)反轉(zhuǎn)。正脈沖寬度為2.5ms時(shí)，伺服馬達(dá)正轉(zhuǎn)。正脈沖寬度為1.4ms時(shí)，伺服馬達(dá)回到中點(diǎn)。四、紅外遙控家中許多的電器產(chǎn)品都有遙控的功能，例如電視機(jī)、錄像機(jī)、VCD空調(diào)等家電產(chǎn)品，它們都是以紅外遙控的方式進(jìn)行遙控。（一）、紅外遙控系統(tǒng)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(lái)進(jìn)行控制操作，如圖1所示。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。（二）、遙控發(fā)射器及其編碼遙控發(fā)射器專用芯片很多，根據(jù)編碼格式可以分成兩大類，這里我們以運(yùn)用

26、比較廣泛，解碼比較容易的一類來(lái)加以說(shuō)明，現(xiàn)以日本NEC勺u(yù)PD6121G&成發(fā)射電路為例說(shuō)明編碼原理。當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征：采用脈寬調(diào)制的用行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1”，其波形如圖2所示。上述“0”和“1”組成的32位二進(jìn)制碼經(jīng)38kHz的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達(dá)到降低電源功耗的目的。然后再通過(guò)紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。遙控編碼是連續(xù)的32位二進(jìn)制碼組

27、，其中前16位為用戶識(shí)別碼，能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識(shí)別碼固定為十六進(jìn)制01H;后16位為8位操作碼（功能碼）及其反碼。UPD6121GR多額128種不同組合的編碼，如圖3所示。遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進(jìn)制碼，周期約為108ms一組碼本身的持續(xù)時(shí)間隨它包含的二進(jìn)制“0”和“1”的個(gè)數(shù)不同而不同，大約在4563ms之間，圖4為發(fā)射波形圖。叫號(hào)的jFL,j.戶/我”I斗力：產(chǎn)"嗎；坤作產(chǎn)£及學(xué)I卜箱小kgk*4k祠匹加卜永：3卜4/5廉周沖中邪帆網(wǎng)心扃"畏|口市;圉3遙控信號(hào)痛碼波然圖*竺蝴.冉、圖4遺疑伯目

28、的陶斯恃波影（三）、紅外接收模塊1GND2I;3一左圖為一常用的紅外接收模塊。其內(nèi)部含有高頻的濾波電路，專門用來(lái)濾除紅外線合成信號(hào)的載波信號(hào)（38KH,并送出接收到的信號(hào)。當(dāng)紅外線合成信號(hào)進(jìn)入紅外接收模塊，在其輸出端便可以得到原先發(fā)射器發(fā)出的數(shù)字編碼，只要經(jīng)過(guò)單片機(jī)解碼程序進(jìn)行解碼，便可以得知按下了哪一個(gè)按鍵，而做出相應(yīng)的控制處理，完成紅外遙控的動(dòng)作。紅外接收模塊（四）、紅外解碼程序設(shè)計(jì)紅外解碼程序主要工作為等待紅外線信號(hào)出現(xiàn)，并跳過(guò)引導(dǎo)信號(hào)，開(kāi)始收集連續(xù)32位的表面數(shù)據(jù)，存入內(nèi)存的連續(xù)空間。位信號(hào)解碼的原則是：以判斷各個(gè)位的波寬信號(hào)來(lái)決定高低信號(hào)。位解碼原理如下：解碼為0:低電平的寬度0.5

29、6ms+高電平白寬度0.56ms。解碼為1:低電平的寬度1.68ms+高電平白寬度0.56ms。程序中必須設(shè)計(jì)一精確的0.1ms延時(shí)時(shí)間作為基礎(chǔ)時(shí)間，以計(jì)數(shù)實(shí)際的波形寬度，若讀值為5表示波形寬度為0.5ms,若讀值為16表示波形寬度為1.6ms,以此類推。高電平的寬度1.12ms為固定，因此可以直接判斷低電平的寬度的計(jì)數(shù)值5或時(shí)16,來(lái)確定編碼為0或是1。程序中可以減法指令SUBBE完成判斷，指令"SUBBA,R2'中若R2為計(jì)數(shù)值，A寄存器設(shè)為8,就可如下：當(dāng)“8R2'有產(chǎn)生借位，借位標(biāo)志C=1,表示編碼為1。當(dāng)“8R2'無(wú)產(chǎn)生借位，借位標(biāo)志C=0,表示編碼

30、為00將借位標(biāo)志C經(jīng)過(guò)右移指令“RRCA”轉(zhuǎn)入A寄存器中，再經(jīng)由R0寄存器間接尋址存入內(nèi)存中。詳細(xì)解碼程序請(qǐng)參看“紅外遙控爬蟲(chóng)機(jī)器人ASM!序”中的“紅外解碼子程序”。五、控制程序HOMEEQU14BACKEQU3FOREQU25；;伺服馬達(dá)回到中點(diǎn)時(shí)間常數(shù);伺服馬達(dá)反轉(zhuǎn)時(shí)間常數(shù);伺服馬達(dá)正轉(zhuǎn)時(shí)間常數(shù);遙控器按鍵16比較碼CODE_K1EQU19H;機(jī)器人前進(jìn)比較碼CODE_K2EQU18H;機(jī)器人后退比較碼CODE_K3EQU0AH;機(jī)器人左轉(zhuǎn)比較碼CODE_K4EQU09H;機(jī)器人右轉(zhuǎn)比較碼CODE_K5EQU0BH;機(jī)器人回到中點(diǎn)比較碼CODE_K6EQU14H;機(jī)器人行走啟動(dòng)進(jìn)比較碼I

31、RCOMEQU30H;紅外線信號(hào)解碼數(shù)據(jù)放置變量起始地址COMEQU32H;比較第3字節(jié)變量IRINEQUP3.2;紅外線IR信號(hào)輸入位引腳定義WLEDEQUP3.7;發(fā)光二極管引腳定義SPKEQUP3.4;壓電喇叭引腳定義DJZEQUP1.0;中間伺服馬達(dá)引腳定義DJLEQUP1.1;左側(cè)伺服馬達(dá)引腳定義DJREQUP1.2;右側(cè)伺服馬達(dá)引腳定義ORG0H;程序代碼由地址0開(kāi)始執(zhí)行JMPBEGIN;進(jìn)入主程序BEGIN:CLRDJZ;關(guān)閉中間伺服馬達(dá)CLRDJL;關(guān)閉左側(cè)伺服馬達(dá)CLRDJR;關(guān)閉右側(cè)伺服馬達(dá)CLRSPK;關(guān)閉壓電喇叭CALLLED_BL;發(fā)光二極管閃爍，表示程序開(kāi)始執(zhí)行CA

32、LLBZ;壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲CALLGO_HOME;全部伺服馬達(dá)回到中點(diǎn)CALLLED_BL;發(fā)光二極管閃爍，表示機(jī)器人準(zhǔn)備完畢CALLBZ;壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲CALLQD;運(yùn)行行走啟動(dòng)子程序，擺好行走姿態(tài)SETBIRINLOOP:;紅外線信號(hào)IR輸入位設(shè)為高電平,MOVR0,#IRCOM;設(shè)置IR解碼起始地址CALLIR_IN;進(jìn)行IR解碼CALLOP;進(jìn)行解碼比較，并控制機(jī)器人動(dòng)作JMPLOOP;繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行DELAY:MOVR6,#50D1:MOVR7,#99;10ms延時(shí)子程序J準(zhǔn)備接收紅外信號(hào)；紅外遙控爬蟲(chóng)機(jī)器人ASM程序DJNZR7,$DJNZR6,D1DJNZR5,DELAY

33、RET；LED_BL:MOVR1,#4LE1:CPLWLEDMOVR5,#10CALLDELAYDJNZR1,LE1RET;發(fā)光二極管閃爍子程序;發(fā)光二極管反向;進(jìn)行100ms延時(shí)BZ:MOVR6,#0B1:SETBSPKDJNZR6,B1MOVR5,#5CALLDELAYCLRSPKRET;壓電喇叭發(fā)聲子程序;壓電喇叭得電，開(kāi)始發(fā)聲;進(jìn)行50ms延時(shí);關(guān)閉壓電喇叭DEL:;0.1ms延時(shí)子程序MOVR5,#1DELAY1:MOVR6,#2E1:MOVR7,#22E2:DJNZR7,E2DJNZR6,E1DJNZR5,DELAY1RET;IR_IN:;紅外解碼子程序I1:JNBIRIN,I2;

34、等待紅外IR信號(hào)出現(xiàn)JMPI1I2:MOVR4,#20;發(fā)現(xiàn)紅外IR信號(hào)，延時(shí)一下I20:CALLDELDJNZR4,I20JBIRIN,I1;確認(rèn)紅外IR信號(hào)出現(xiàn)I21:JBIRIN,I3CALLDELJMPI21;等待IR變?yōu)楦唠娖絀3:MOVR3,#0;8位數(shù)清0LL:JNBIRIN,I4CALLDELJMPLL;等待IR變?yōu)榈碗娖絀4:JBIRIN,I5CALLDELJMPI4;等待IR變?yōu)楦唠娖絀5:MOVR2,#0;0.1ms計(jì)數(shù)L1:CALLDELJBIRIN,N1;等待IR變?yōu)楦唠娖組OVA,#8;設(shè)置減數(shù)為8CLRC;清除借位標(biāo)志CSUBBA,R2;判斷高低位MOVA,R0;

35、取出內(nèi)存中原先數(shù)據(jù)RRCA;右移指令，將借位標(biāo)志C右移進(jìn)入A寄存器中;將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存中;處理完成一位，R3+1（R3計(jì)數(shù)）;循環(huán)處理8位;R3清0;處理完成1個(gè)字節(jié)，R0+1（R0計(jì)數(shù)）;循環(huán)收集到4個(gè)字節(jié);至完成返回;R2+1（R2計(jì)數(shù)）;0.1ms計(jì)數(shù)過(guò)長(zhǎng)，時(shí)間到自動(dòng)離開(kāi);完成返回MOVR0,AINCR3CJNER3,#8,LLMOVR3,#0INCR0CJNER0,#34H,LLJMPOKN1:INCR2CJNER2,#30,L1OK:RET；OP:MOVA,COMCJNEA,#CODE_K5,A1CALLLED_BLCALLBZCALLGO_HOMECALLLED_BLCALLBZRE

36、TA1:MOVA,COMCJNEA,#CODE_K1,A2CALLBZCALLGO_FOR執(zhí)行解碼動(dòng)作子程序;對(duì)解碼進(jìn)行比較，看是否是回到中點(diǎn)指令，否就轉(zhuǎn)至下一項(xiàng)比較;發(fā)光二極管閃爍;壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲;執(zhí)行回到中點(diǎn);發(fā)光二極管閃爍;壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲;對(duì)解碼進(jìn)行比較，看是否是前進(jìn)指令，否就轉(zhuǎn)至下一項(xiàng)比較;壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲;執(zhí)行前進(jìn)RETA2:MOVA,COMCJNEA,#CODE_K2,A3CALLBZCALLGO_BACK;對(duì)解碼進(jìn)行比較，看是否是后退指令，否就轉(zhuǎn)至下一項(xiàng)比較;壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲;執(zhí)行后退RETA3:;LMOVA,COMCJNEA,#CODE_K3,A4CALLB

37、ZCALLGO_L;對(duì)解碼進(jìn)行比較，看是否是左轉(zhuǎn)指令，否就轉(zhuǎn)至下一項(xiàng)比較;壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲;執(zhí)行左轉(zhuǎn)RETA4:;RMOVA,COMCJNEA,#CODE_K4,A5CALLBZCALLGO_R;對(duì)解碼進(jìn)行比較，看是否是右轉(zhuǎn)指令，否就轉(zhuǎn)至下一項(xiàng)比較;壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲;執(zhí)行右轉(zhuǎn)RETA5:MOVA,COMCJNEA,#CODE_K6,A6CALLLED_BLCALLBZCALLQDCALLLED_BLCALLBZRETA6:RET;對(duì)解碼進(jìn)行比較，看是否是行走啟動(dòng)指令，否就轉(zhuǎn)至下一項(xiàng);發(fā)光二極管閃爍;壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲;執(zhí)行行走啟動(dòng);發(fā)光二極管閃爍;壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲;返回;各伺服電

38、機(jī)回中點(diǎn)控制子程序HOME1:SETBDJZSETBDJLSETBDJRMOVR4,#HOMEG1:CALLDELDJNZR4,G1CLRDJZCLRDJLCLRDJRMOVR4,#(200-HOME)G2:CALLDELDJNZR4,G2RET;GO_HOME:MOVR3,#15H1:CALLHOME1DJNZR3,H1RET;機(jī)器人回中點(diǎn)子程序DJZ_FOR:SETBDJZMOVR4,#FORFZ1:CALLDELDJNZR4,FZ1CLRDJZMOVR4,#(200-FOR)FZ2:CALLDELDJNZR4,FZ2RET;中間電機(jī)正轉(zhuǎn)子程序DJL_FOR:SETBDJLMOVR4,#FORFL1:CALLDELDJNZR4,FL1CLRDJLMOVR4,#(200-FOR)FL2:CALLDELDJNZR4,FL2RET;左側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)子程序DJR_FOR:SETBDJRMOVR4,#FORFR1:CALLDELDJNZR4,FR1CLRDJRMOVR4,#(200-FOR)FR2:CALLDELDJNZR4,FR2RET;右側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)子程序DJZ_BACK:SETBDJZMOVR4,#BACKDJZBA1:CALLDELDJNZR4,DJZBA1CLRDJZMOVR4,#(200-BACK)D