基于單片機的履帶式移動機器人(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 晶振。外接晶振采用 32768Hz。 2個 20pF電容用 于整形振蕩脈沖。時鐘電路如圖 33[4]。 2）復位電路 μ’ nSP?的復位 SPCE061A的復位是在； RESET端加上一個低電平，使單片 機內的各寄存器的值變為初始值，復位結束開始工作時程序將由內部 FLASH存 儲器 8000H地址單元取指執行程序。復位電路根據需要有不同的結構和特性， 在實際需要中，主要有上電自動復位和人工手動復位兩 種要求。圖 34所示為通 用阻容式復位電路，該電路具有手動和上電復位兩種功能。 [4] 3)存儲器的擴展 SPCE061A是凌陽公司研發生產的一款高性能的 16位單片機 [2] [3],目前在實 8 時控制等領域得到了廣泛的應用。但是由于 SPCE061A 片內只有 32K FLASH和 2K字的 SRAM，很難滿足大容量存儲的需求。為了解決 SPCE061A片內存儲容 圖 33主單片機的時鐘電路圖 Fig33 The click circuit of the main SCM 圖 34主單片機的復位電路圖 Fig34 The diaplasis circuit of the main SCM 量的問題 , 為保證數據存儲的快速性 ,本系統使用總線存儲器接口。連接電路如圖 36所示[6]。 4)主單片機和從單片機之間的串行通訊 串行數據通信是指數據以位為單位按先后順序傳送。由于每一瞬間只傳送一位數據，需要的傳送線路少，成本低，是各種數據設備之間特別是遠距離數據傳輸的主要方式。實現串行數據傳輸的方式主要有三種，移位寄存器方式、異步串行方 9 式和同步串行方式。在單片機中，主要使用的是移位寄存器方式和異步串行方式。移位寄存器方式是發送單片機使用并入串出移位寄存器的方式，將數據一位一位地移出到傳輸線上，接收端再使用串入并出移位寄存器的方式將數據一位一位地 圖 35 SPR4096的管腳圖 Fig 35 The pin of SPR 4096 圖 36存儲器擴展電路圖 Fig36 The circuit of the memory expansion 由傳輸線移進來。異步串 行方式是以字符為單位，一個字符一個字符地傳送，并且每一個字符是要用起始位和停止位作為字符開始和結束的標志。根據控制系統 10 的要求，主從單片機之間采用異步串行通信。 構成 SPCE061A的 UART的構成與其他單片機的異步串行口基本相同，也是由發送、接收寄存器，控制單元，狀態標志等組成，實現每次一個字節的異步串行通信。 UART 數據格式 SPCE061A 的 UART 數據幀的格式同 MCS51 的串行方式 3及多數的異步串行通信一樣，采用每幀 11 位 (1位起始位、 8位數據、 l 圖 37主從單片機串行 通信結構圖 Fig 37 The frame of the serial munication between main SCM and subsidiary SCM 圖 38主單片機控制結構圖 Fig 38 The controlling circuit of main SCM 位奇偶校驗位、 1位停止位 )的方式； SPCE061A的 UART編程設置 SPCE061A的 UART也是可編程控制的接口，通過編程控制設置通信方式、校驗方式、波 11 特率等 [7]。 在主單片機 SPCE061A中 IOB7和 IOBl0必須分別被設置為輸入和輸出管腳來作為 RxD和 TxD管腳。根據實際需要在程序中對兩個控制單元的各控制位進行置位或復位，可以實現對異步串行口工作方式、中斷等的設置；通過對狀態的讀取，可以調整和控制通信。主單片機需要使用串行口對各個從單片機進行指揮、交換數據等，就需要實現多機通信。其網絡連接如圖 37所示。 根據主單片機各部分電路可以獲得主單片機各接口連接即主單片機控制系統總體結構，系統結構如圖 38。 從單片機的選擇及 其控制系統設計 1）從單片機的選擇 從單片機的主要功能是實現都步進電機的控制、與主單片機的通訊及完成行程開關信號的條理。從系統的經濟性考慮，如果從單片機仍選用 16 位單片機，那么系統浪費是很大的。于是我們選擇 ATMEL[8]公司 AT89 系列中經濟低價的AT89C2051 產品，它與 MCS51 結構基本一致，區別是減少了 P0 和 P2 端口，增加了一個模擬比較器。它執行速度快，有良好的性能價格比，因而得到越來越廣泛的應用。 AT89C2051的機構引腳圖如圖 39。其主要特點如下 : 圖 39 AT89C2051引腳 圖 Fig39 The pin of AT892051 兼容 MCS51指令系統 。 2k可反復編程 FLASH存儲器（ 10000次）； 15個雙向 I/0口 。 6 個中斷源 。 兩個 16位可編程定時 /計數器 。 。 12 時鐘頻率 024Hz 。 內部 RAM。 兩個外部中斷源 。 低功耗睡眠功能 。 兩個串行中斷 。 從單片機 AT89C2051 控制系統的復位電路、時鐘電路與主單片機控制系統的復位電路、時鐘電路不同。其復位 電路與時鐘電路如圖 310,311 所示。 圖 310從單片機時鐘電路圖 Fig310 The interior surge circuit of subsidiary SCM 圖 311 從單片機的復位電路圖 Fig311 The diaplasis circuit of the subsidiary SCM 2）履帶式移動機器人的驅動系統設計 步進電機是一種將電脈沖信號轉換成角位移 (或線位移 )的機電元件。對這種電機施加一個電脈沖后，其轉軸 就轉過一個角度，稱為一步 。脈沖數增加，角位移 (或線位移 )就隨之增加，脈沖頻率高，則步進電機旋轉速度就高，反之就低 。分配脈沖的相序改變后，步進電機的轉向則隨之而變。步進電機的運動狀態和通常勻速旋轉的電動機有一定的差別，它是步進形式的運動，故也稱其為步進電動 13 機。步進電機有其獨特的優點，歸納起來主要有 : (1)步距值不受各種干擾因素的影響。簡而一言之，轉子運動的速度主要取決于脈沖信號的頻率，而轉子運動的總位移量取決于總的脈沖個數。 (2)位移與輸入脈沖信號相對應，步距誤差不長期積累。因此可 以組成結構較為簡單而又具有一定精度的開環控制系統，也可以在要求更高精度時組成閉環控制系統。 (3)可以用數字信號直接進行開環控制，整個結構簡單廉價。 (4)無刷，電動機本體部件少，可靠性高。 (5)控制性能好。起動、停車、反轉及其他運行方式的改變，都在少數脈沖內完成，在一定的頻率范圍內運行時，任何運行方式都不會丟步。 (6)停止時有自鎖能力。 (7)步距角選擇范圍大，可在幾角分至 大范圍內選擇。在小步距情況下，通常可以在超低速下高轉矩穩定的運行。 履帶式移動機器人的兩條履帶都用步進電機進行 驅動，在此選用的是北京四通公司的兩臺 130BYG550ESAKRNI 0801型五相混合式步進電機。步進電機的主要參數及性能指標有 : 相數 m:電器上獨立成系統而存在的回路個數即是相數。步進電機的相數可以為任意數，通常 m為 2, 3, 4, 5, 6。 步距角：在不帶任何減速裝置的情況下，輸入一個脈沖信號，步進電機所轉過的機械角位移即步距角。 表 31步進電機的參數表 Table31 The parameter of step motor 相數 5 步距角 /176。 矩角特性 :步進電機靜轉矩和失調角的關系稱為矩角特性。靜轉矩是指步進電機轉子靜止時，控制繞組通以直流電，由失調角 (定轉子齒中心線間夾角 )的存在而引起的電磁轉矩。當繞組內電流不變時，靜轉矩隨失調角在一個齒距角范圍內變化一個周期，在近似分析中視矩角特性為正弦曲線。 最大靜轉矩 T：即矩角特性上最大電磁轉矩值。它的值取決于繞組內電流的 14 值及通電相數。 履帶式移動機器人的兩條履帶的兩臺 130BYG550ESAKRNI 0801型五 相混合式步進電機的參數如 31表所示。 兩履帶在步進電機的驅動下，當兩步進電機由相同脈沖驅動時，履帶車直線前進或后退，改變脈沖頻率改變行進速度。當用不同脈沖頻率驅動時，履帶車轉彎一前進或后退，當以相同頻率但相序相反的脈沖驅動時，兩履帶向相反方向運動，履帶車在原地旋轉。 機械手臂由五自由度機械臂與夾鉗式手爪構成，具體如 22圖。機械臂有三個典型關節，肩關節 肘關節 5 及腕關節 8，在肩關節與肘關節之間為大臂 3，肘關節與腕關節之間為小臂 7，與肩關節下端相連的是一使