機(jī)電系統(tǒng)控制與機(jī)器人控制試驗(yàn)講解

1、輪式機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用分析1、引言隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展， 機(jī)器人技術(shù)的研究和發(fā)展受到了越 來(lái)越多的關(guān)注。 機(jī)器人是當(dāng)代自動(dòng)化技術(shù)和人工智能技術(shù)發(fā)展的典型體現(xiàn)， 是高 新技術(shù)的代表，它融合了精密機(jī)械、電子信息、傳感器、計(jì)算機(jī)、人工智能、自 動(dòng)控制等許多學(xué)科的知識(shí)， 涉及到當(dāng)今許多科技前沿領(lǐng)域的技術(shù)， 可應(yīng)用到宇宙 探測(cè)、海洋開(kāi)發(fā)、工廠(chǎng)自動(dòng)化、建筑、采礦、軍事、農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。2、輪式機(jī)器人機(jī)器人就驅(qū)動(dòng)方式而言， 可以分為輪式機(jī)器人、 履帶式移動(dòng)機(jī)器人、 腿式移 動(dòng)機(jī)器人等。本文中主要介紹的是輪式機(jī)器人。輪式機(jī)器人 ( Wheeled Mobile Robot )是移動(dòng)機(jī)器人的一

2、個(gè)重要分支，其應(yīng)用 領(lǐng)域廣泛，應(yīng)用前景十分可觀(guān)。 輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式機(jī)構(gòu)具有自重輕、 承載大、 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、行走速度快、工作效率高、驅(qū)動(dòng)和控制相對(duì)方便、機(jī)動(dòng)靈活等眾多優(yōu) 點(diǎn)。輪式機(jī)器人按照車(chē)輪數(shù)目的同步又有不同的分類(lèi)， 本文主要講和實(shí)驗(yàn)相同的 四輪機(jī)器人。當(dāng)在平整地面上行走時(shí)，這種機(jī)器人是最合適的選擇。3、輪式機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)3.1 輪式機(jī)器人系統(tǒng)概述輪式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)主要包括：機(jī)械結(jié)構(gòu)、電器結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)等。 輪式機(jī)器人車(chē)體由車(chē)架、電池組、直流電機(jī)、車(chē)輪和傳感器等組成，是整個(gè) 機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，車(chē)體機(jī)構(gòu)如下圖所示。3.1.1 機(jī)械系統(tǒng)其機(jī)械部分包括傳動(dòng)系統(tǒng)、 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、 行駛系統(tǒng)和傳感器支架等

3、。 智能車(chē)機(jī) 械系統(tǒng)，對(duì)智能車(chē)是至關(guān)重要的一部分， 機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)揮空間很大。 機(jī)械系統(tǒng)主 要包括轉(zhuǎn)向舵機(jī)、 傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)、 車(chē)輛懸架系統(tǒng)等。 其中涉及的工作包括轉(zhuǎn)向 舵機(jī)改裝、車(chē)模剛度調(diào)校、 差速器調(diào)整等。 車(chē)模舵機(jī)原始支架不符合汽車(chē)轉(zhuǎn)向關(guān) 系，需要對(duì)其進(jìn)行改裝使其符合汽車(chē)轉(zhuǎn)向關(guān)系。 傳感器支架需要吸收車(chē)模震動(dòng)對(duì) 傳感器的干擾， 也需要減少車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 傳感器會(huì)改變車(chē)模重心， 讓車(chē)模重心 遠(yuǎn)離地面或車(chē)中心， 這樣會(huì)影響到車(chē)模輪胎附著力分配， 影響車(chē)模加速和轉(zhuǎn)向性 能。車(chē)模懸架系統(tǒng)調(diào)?？梢允管?chē)模遠(yuǎn)離共振， 有更好的地面附著性能。 車(chē)模整體 剛度調(diào)整讓車(chē)模轉(zhuǎn)向靈敏也不超調(diào)。試驗(yàn)中舵機(jī)安裝如下：

4、舵機(jī)安裝舵機(jī)是智能車(chē)的轉(zhuǎn)向執(zhí)行部分， 對(duì)車(chē)模來(lái)說(shuō)， 轉(zhuǎn)矩越大越好， 原裝舵機(jī)的支 撐方面不能發(fā)揮出舵機(jī)轉(zhuǎn)矩的極限，可以改裝舵機(jī)使車(chē)模的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更加靈敏。 目前舵機(jī)主要有三種安裝方法：臥式（可前置、后置）、扣式和立式。三種方式 各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際安裝視具體情況而定。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、 電機(jī)齒、 差速器和半軸。 動(dòng)力傳送系統(tǒng)在智能車(chē)運(yùn)行 中可以實(shí)現(xiàn)倒車(chē)功能，減速增扭，還具有差速作用，在必要時(shí)還可以中斷動(dòng)力， 使汽車(chē)停下來(lái)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如下圖所示，包括舵機(jī)、舵機(jī)支架、舵機(jī)圓盤(pán)、舵機(jī)連片、拉桿、 車(chē)輪、車(chē)輪支撐臂。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是比較復(fù)雜的一個(gè)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)調(diào)校的好，小車(chē) 的行駛會(huì)特別順暢和輕盈。 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系分

5、為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類(lèi)。 機(jī) 械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向能源， 傳力件都是機(jī)械的； 而動(dòng)力轉(zhuǎn)向系以發(fā) 動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力作為主要轉(zhuǎn)向能源， 轉(zhuǎn)向輕松省力。 主要有液壓助力轉(zhuǎn)向和 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向兩種類(lèi)型。 智能車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為機(jī)械轉(zhuǎn)向系， 結(jié)構(gòu)上與汽車(chē)的轉(zhuǎn)向結(jié) 構(gòu)類(lèi)似。汽車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因前懸掛不同分為非獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和獨(dú)立式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)， 智能車(chē)前懸架為獨(dú)立式懸架，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是參考汽車(chē)獨(dú)立懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 汽車(chē)行駛系統(tǒng)包括：車(chē)架、車(chē)輪、懸架和車(chē)橋。車(chē)架主要是接受傳動(dòng)系統(tǒng)的 動(dòng)力，通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪與路面的作用產(chǎn)生牽引力， 使汽車(chē)正常行駛， 要求具有足夠的 強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠燃纯伞?車(chē)輪則通過(guò)和汽車(chē)

6、懸架共同緩沖減振， 從而保證汽車(chē)具 有良好的乘坐舒適性和行駛平順性， 使用中保證車(chē)輪具有良好的附著性， 與路面 相互作用產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力、 制動(dòng)力和側(cè)向力， 以提高汽車(chē)的牽引性、 制動(dòng)性和通過(guò)性， 車(chē)輪同時(shí)還承受汽車(chē)重力， 并傳遞其他方向的力和力矩， 降低滾動(dòng)阻力， 提高汽 車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性。 汽車(chē)前懸架最重要的是前輪定位， 前輪定位參數(shù)是轉(zhuǎn)向輪、 主 銷(xiāo)和路面之間的相互位置關(guān)系。 具有自動(dòng)回正作用， 保證汽車(chē)直線(xiàn)行駛的穩(wěn)定的 作用。電機(jī)是車(chē)模前進(jìn)的動(dòng)力裝置， 車(chē)模加減速特性、 行駛過(guò)程中的速度響應(yīng)都由 電機(jī)特性決定。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電機(jī)、 主減速器、差速器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、 速度傳感器及其支架。 該系統(tǒng)中電

7、機(jī)是車(chē)模行駛快慢和反應(yīng)響應(yīng)的關(guān)鍵， 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中車(chē)速傳感器是速度 閉環(huán)控制的關(guān)鍵，對(duì)車(chē)速傳感器的要求是車(chē)輛在行駛過(guò)程中，速度記錄丟失在 5%以?xún)?nèi)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流滿(mǎn)足電機(jī)最大過(guò)載電流， 通態(tài)電阻越小越好。 車(chē)輪差速器 是車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)的輪速差實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)，需要經(jīng)常維護(hù)。電機(jī) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳感器固定支架在智能車(chē)中不可缺少， 設(shè)計(jì)傳感器支架需要在結(jié)構(gòu)、 自由度 以及材料上下功夫。 結(jié)構(gòu)方面在滿(mǎn)足功能的情況下， 盡量將支架設(shè)計(jì)的更小、 更 巧妙。這樣不僅可以降低整車(chē)重量還可以有效避免支架與周邊的干涉風(fēng)險(xiǎn)。 自由 度方面主要考慮需要幾個(gè)可調(diào)節(jié)的量、 幾個(gè)自由度， 比如攝像頭在做智能車(chē)的前 期階段是不能確定高度和仰角的。

8、 此時(shí)需要設(shè)計(jì)可上下調(diào)節(jié)高度， 同時(shí)可以調(diào)節(jié) 俯仰角的支架。 材料方面需考慮加工方便、 價(jià)格便宜且質(zhì)量小， 所以首選鋁質(zhì)材 料。對(duì)于不需要折邊的支架可以選用 PCB加工。3.1.2 電器系統(tǒng)電器部分包括核心板、電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。我們用到的是 5225 核心板， 5225 是目前客戶(hù)使用比較少的芯片，中文資料 比少，使用的用戶(hù)不是特別多，主頻一般是 80M。其外形如下圖所示。核心板必 須使用下載器， 不同的核心板需要不同的下載器。 下載器是系統(tǒng)板必需的調(diào)試工 具，在使用下載器時(shí)，需要查看系統(tǒng)板的 BDM腳和下載器定義的 BDM下載腳。5225 核心板電源模塊把電池電壓穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)各個(gè)部件需

9、要的電壓。 該電源模塊把7.2V 電壓轉(zhuǎn)化到 3.3V、5V、6V、12V 電壓。電源模塊進(jìn)行穩(wěn)壓時(shí)，特別是對(duì)傳 感器進(jìn)行供電的電壓， 隨著電池電壓變化的幅度越小越好。 而轉(zhuǎn)接模塊是核心板 與傳感器、驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊連接的橋梁，具有很好的通用性。轉(zhuǎn)接模塊如下右圖所示電源模塊 轉(zhuǎn)接模塊傳感器是車(chē)模識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵， 不同類(lèi)別的傳感器其識(shí)別原理不一樣。 有光 感傳感器和磁感傳感器。 主要目的是能夠識(shí)別路徑， 盡量少丟線(xiàn)。 在智能車(chē)的制 作過(guò)程中， 傳感器的圖像識(shí)別需要做大量的工作。 光感傳感器在識(shí)別路徑時(shí)， 外 部光線(xiàn)變化和車(chē)模振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致圖像識(shí)別誤差。 傳感器支架需要能夠減少車(chē)模振動(dòng) 對(duì)傳感器的影

10、響，同時(shí)也是越輕越好。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是連接單片機(jī)、 電池和電機(jī)的模塊， 能夠由單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電 機(jī)的輸出電流，來(lái)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)力。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊能夠滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)、 能耗制動(dòng)功能要求。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊能夠提供的電流必須大于電機(jī)的最大電流， 這樣才能發(fā)揮電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。一般小車(chē)的驅(qū)動(dòng)模塊是BTN7970H橋或者是 33886 組成的 H 橋成的 H 橋。BTN7970H 橋338864、輪式機(jī)器人的模糊控制避障模塊研究智能輪式機(jī)器人在行走過(guò)程中， 會(huì)面臨復(fù)雜變化環(huán)境， 精確的數(shù)學(xué)模型較為 難以建立，因此模糊控制方法非常適用于智能輪式機(jī)器人建立環(huán)境模型。4.1 智能輪式機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能輪式機(jī)器

11、人系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。 硬件系統(tǒng)主要由電源模塊、 超聲波測(cè)距模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊成。 該輪式機(jī)器 人有 2 個(gè)直流電機(jī)，分別驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)車(chē)輪。直流電機(jī)得到正反相電壓，分別 產(chǎn)生正反轉(zhuǎn)。 運(yùn)用左右輪的不同正反轉(zhuǎn)組合， 驅(qū)動(dòng)智能輪式機(jī)器人前后移動(dòng)以及 左右轉(zhuǎn)向。同時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò) PWM 脈寬對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。4.1.1 硬件結(jié)構(gòu) 電源模塊采用嵌入式主控系統(tǒng)和非主控系統(tǒng)分別進(jìn)行供電的方式。使用 2 塊 15V 的電池，每塊電池分別使用 LM 2678 芯片將電源電壓降至 5V，輸出端 分別接入嵌入式主控系統(tǒng)和非主控系統(tǒng)。超聲波驅(qū)動(dòng)部分以嵌入式控制器為核心， 包括超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)和超聲

12、波接收 中斷驅(qū)動(dòng)。在超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)部分，嵌入式控制器產(chǎn)生 40kHz 的方波信號(hào)，通 過(guò) 74HC14M 芯片的調(diào)制，由超聲波發(fā)射換能器發(fā)射超聲波。由于超聲波在傳輸過(guò)程中， 會(huì)產(chǎn)生能量衰減， 因此需要在接收超聲波回波后 進(jìn)行放大操作。 在超聲波接收驅(qū)動(dòng)電路中， 由接收換能器接收回波， 進(jìn)行兩級(jí)放 大電路。前級(jí)使用 NE5532 電路進(jìn)行放大和濾波，將信號(hào)放大 10000 倍。后級(jí) 使用 LM 311 比較器，獲得超聲波信號(hào)觸發(fā)嵌入式控制器中斷， 最后由 74HC14 進(jìn)行調(diào)制，嵌入式控制器獲得信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)處理。智能輪式機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用左右輪驅(qū)動(dòng)。 左右輪前后轉(zhuǎn)動(dòng)組合以及 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方

13、向關(guān)系為：1）左輪正轉(zhuǎn)，右輪正轉(zhuǎn)，機(jī)器人前進(jìn)；2）左輪反轉(zhuǎn)，右輪反轉(zhuǎn)，機(jī)器人后退；3）左輪正轉(zhuǎn)，右輪反轉(zhuǎn)，機(jī)器人右轉(zhuǎn)；4）左輪反轉(zhuǎn)，右輪正轉(zhuǎn)，機(jī)器人左轉(zhuǎn)。左右輪各由一個(gè) 24W 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇 ST 公司的 L298N 芯片，該芯片包含 2 個(gè)并聯(lián)的 H 橋，進(jìn)行電流閉環(huán)控制以提高控制效 率。嵌入式控制器控制 PWM 脈寬，經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器 74HC14 進(jìn)行調(diào)制，對(duì) 電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。4.1.2 避障模糊控制器1）采集障礙物信息。智能輪式機(jī)器人通過(guò)傳感器采集障礙物的方向、 距離 等信息。控制器根據(jù)采集到的障礙物信息和自身運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整電機(jī)運(yùn)行動(dòng)作， 完成避障功能。 2）建立模

14、糊控制規(guī)則。智能輪式機(jī)器人的轉(zhuǎn)向和速度分別與障 礙物的分布、距離相關(guān)。因此建立模糊控制規(guī)則為速度變量 v 和轉(zhuǎn)角變量。 不同方位的障礙物信息，改變轉(zhuǎn)角變量 ，障礙物的距離改變速度變量 v。3）去 模糊化處理。為了獲得確定控制信息，需要將模糊量轉(zhuǎn)換為精確量，因此將模糊 變量進(jìn)行去模糊化處理。本文使用加權(quán)平均算法得到轉(zhuǎn)角變量 的最終輸出量。 對(duì)于速度變量 v 可做同樣處理。4.1.3 軟件系統(tǒng)首先，嵌入式控制器對(duì) GPIO 進(jìn)行初始化。嵌入式控制器輸出 40kHz 的信 號(hào)后，打開(kāi)中斷，同時(shí)，定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。如果定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出，說(shuō)明在預(yù)定的 距離內(nèi)沒(méi)有障礙物，智能輪式機(jī)器人不需要進(jìn)行避障行為。如果

15、外部中斷產(chǎn)生， 說(shuō)明預(yù)定距離內(nèi)有障礙物，此時(shí)關(guān)閉中斷。從定時(shí)器獲得時(shí)間T。時(shí)間 T 就是超聲波的傳播時(shí)間。根據(jù)測(cè)距公式計(jì)算出智能輪式機(jī)器人和障礙物之間距離。 超 聲波在空氣中的傳播速度需要考慮溫度的影響。速度v=331.5+t/273 （m/s），其中，t 為空氣溫度。在室溫下，取超聲波速度約為 343.2m/s。智能輪式機(jī)器人通過(guò) 5 路超聲波傳感器 （前側(cè)、左前側(cè)、右前側(cè)、左側(cè)、 右側(cè)）探測(cè)到的障礙物信息，根據(jù)障礙物距離與即時(shí)速度，經(jīng)過(guò)通過(guò)模糊控制 算法計(jì)算后，控制直流電機(jī)執(zhí)行自主避障動(dòng)作。根據(jù)不同的方向的障礙物，驅(qū)動(dòng) 智能輪式機(jī)器人進(jìn)行左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)動(dòng)作。經(jīng)過(guò)恒速試驗(yàn)，智能輪式機(jī)器人避障動(dòng)作

16、正確，可以完成避障效果。5、收獲心得通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，讓我對(duì)輪式機(jī)器人有了略微詳細(xì)的了解， 對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的流 程有了比較清晰的認(rèn)識(shí)。通過(guò)自己動(dòng)手組裝，對(duì)具體的機(jī)械部件和各個(gè)控制模塊 有了更深的了解。我總結(jié)的是：控制系統(tǒng)宏觀(guān)構(gòu)想硬件開(kāi)發(fā)軟件調(diào)試系 統(tǒng)聯(lián)調(diào)。如果把輪式機(jī)器人比作有思想的活機(jī)器的話(huà)， 那么軟件的調(diào)試和硬件電 路板的開(kāi)發(fā)就是它的靈魂， 系統(tǒng)模塊化的設(shè)計(jì)構(gòu)建就是它的基礎(chǔ)。 但是在幾周實(shí) 驗(yàn)課程上，在軟件的調(diào)試上我還只是停留在通過(guò)設(shè)置來(lái)使用系統(tǒng)自動(dòng)生成的程 序，要自己來(lái)編譯程序還是有很大的困難， 語(yǔ)言的學(xué)習(xí)還是有待加強(qiáng)。 值得一提 的是，在學(xué)習(xí)新東西的過(guò)程中， 難免會(huì)遇到一些難題， 但是現(xiàn)在都

17、能夠自己耐心 尋找解決方法，循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)也是繼續(xù)科研的必備技能之一。輪式機(jī)器人的開(kāi)發(fā)是一門(mén)很深?yuàn)W的學(xué)科， 僅僅這幾周的學(xué)習(xí)肯定是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 的，但是在這段時(shí)間的學(xué)習(xí)中也收獲了很多， 不僅僅對(duì)智能車(chē)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)， 更學(xué)會(huì)了思考問(wèn)題，培養(yǎng)了自己對(duì)輪式機(jī)器人的興趣。參考文獻(xiàn)：1 趙冬斌 , 易建強(qiáng) .全方位移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)論 . 北京：科學(xué)出版社， 2010.2 張毅, 羅元，鄭太雄 .移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用 .北京：電子工業(yè)出版社， 2007.3 李磊，葉濤 .移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與未來(lái) J. 機(jī)器人 ,2002,24(5):475-480.4 常勇等 . 輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法 J. 機(jī)械

18、工程學(xué)報(bào) ,2010,46(5) ：30-36.5 蔡自興 .智能控制及移動(dòng)機(jī)器人研究進(jìn)展 . 中南南大學(xué)學(xué)報(bào) ,2005,36(5) ：721-726.6 孫煒等 . 模糊小波基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人軌跡跟蹤控制 J. 控制理論與應(yīng)用 ,2003,20(1) ： 49-53.機(jī)器人控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆?XS128 單片機(jī)普通 I/O 口輸出功能的使用。二、實(shí)驗(yàn)原理MCU 的很多引腳和片上功能模塊復(fù)用。當(dāng)引腳的復(fù)用功能未使用到時(shí)，那 么引腳作為普通 I/O 口使用。關(guān)于 I/O 口的設(shè)置主要注意以下幾點(diǎn)：2.1功能設(shè)置每個(gè) I/O 子系統(tǒng)都有一個(gè)功能設(shè)置寄存器， 其中的幾個(gè)位用于部分或者全部

19、 引腳的功能設(shè)定，設(shè)定為專(zhuān)用功能后，方向設(shè)置功能可能自然禁止，但上拉、下 拉及降功率驅(qū)動(dòng)功能一般仍然有效， 具體取決于 I/O 子系統(tǒng)的要求。 通常復(fù)位后， 各引腳默認(rèn)為通用 I/O 輸入功能，具體取決于 MCU 的工作模式。2.2方向設(shè)置當(dāng)引腳設(shè)定為通用 I/O 后，通過(guò)方向寄存器指定引腳的輸入 /輸出，一般復(fù) 位后默認(rèn)為輸入。 設(shè)定為輸出后，上拉、下拉功能禁止， 但降功率驅(qū)動(dòng)功能允許， 而設(shè)定為輸入后，降功率驅(qū)動(dòng)功能禁止，而上拉、下拉功能允許。2.3 上拉/下拉輸入引腳一般可以設(shè)定是否激活上拉 /下拉功能，激活后可以保證浮空引腳 的輸入值固定，對(duì)于非浮空引腳有時(shí)可以提高響應(yīng)速度，增強(qiáng)抗干擾

20、能力。2.4 驅(qū)動(dòng)能力 輸出引腳可以選擇是否降低驅(qū)動(dòng)功率，如果激活可以使驅(qū)動(dòng)能力降低至約 50%，這樣可以減小對(duì)其他部分的射頻輻射干擾，同時(shí)降低功率消耗，但可能少 量延長(zhǎng)過(guò)渡時(shí)間、 降低響應(yīng)速度， 因此必須根據(jù)引腳的外部負(fù)載情況確定是否采 用。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟該實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)板上的蜂鳴器進(jìn)行控制，對(duì)蜂鳴器進(jìn)行控制的管腳為PK5 ，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：（ 1）將 BDM 下載器連接到開(kāi)發(fā)板上，打開(kāi)開(kāi)發(fā)板電源； （2）打開(kāi)光盤(pán)文件中的 “演示代碼 蜂鳴器 蜂鳴器 .mcp”。（3）點(diǎn)擊 （Debug） 按鈕，將源代碼下載到單片機(jī)中，進(jìn)入調(diào)試窗口。（ 4）點(diǎn)擊調(diào)試窗口的 （Start）按鈕，程序開(kāi)始執(zhí)行

21、。（5）觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，蜂鳴器發(fā)出 “嘀嘀 ”的響聲。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果若蜂鳴器發(fā)出“嘀嘀”的響聲，說(shuō)明智能車(chē)安裝及軟件安裝實(shí)現(xiàn)沒(méi)有問(wèn)題， 可以繼續(xù)后續(xù)試驗(yàn)。9實(shí)驗(yàn)二 電機(jī)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私?H 橋電路的工作原理，掌握電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法。、實(shí)驗(yàn)原理H 橋電路是電機(jī)控制的重要電路， 可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和速度大小的連續(xù)調(diào) 節(jié)。下圖為一個(gè) H 橋電路的原理圖。H橋的主要部分是 4個(gè)MOS管?？刂茣r(shí)令 Q31和Q34導(dǎo)通， Q32和Q33關(guān)斷， 則電流由 VBAT經(jīng)由motor+流到motor-再回到 GND，電機(jī)正轉(zhuǎn)；令Q32和Q33導(dǎo)通， Q31和Q34關(guān)斷，則電流由 VBAT經(jīng)由motor-流到motor+

22、再回到 GND，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 用PWM波來(lái)控制MOS管，通過(guò)調(diào)節(jié) PWM波的占空比就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào) 節(jié)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中我們用本店在售的一路或兩路 BTS7970電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng) 智能車(chē)的電機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。單片機(jī)采用 P0P3口輸出PWM信號(hào)，對(duì) H橋進(jìn)行控制。 本店銷(xiāo)售的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊如下面兩圖所示。10BTS7970芯片是集成的半橋芯片，兩片 BTS7970芯片可以組成一個(gè)完整的 H 橋。有關(guān) H橋模塊的詳細(xì)說(shuō)明可以參考光盤(pán) “芯片資料 ”文件夾下的關(guān)于 BTS7970 模塊的說(shuō)明。注意：本實(shí)驗(yàn)的演示代碼是針對(duì)本店銷(xiāo)售的 BTS7970模塊的，如果使用其它 店鋪的模塊，演示代碼不一定能用。三、

23、實(shí)驗(yàn)步驟3.1 一路電機(jī)實(shí)驗(yàn)（這個(gè)實(shí)驗(yàn)針對(duì)光電組，電磁組和攝像頭組可以不進(jìn)行此 實(shí)驗(yàn)）在第九屆智能車(chē)比賽上，光電組采用 B車(chē)模，車(chē)模上只有一個(gè)電機(jī)，因此采用一路的 BTS7970模塊對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制11（1）電機(jī)耗電量比較大，請(qǐng)用電池給開(kāi)發(fā)板供電，將電池的正負(fù)極分別接 到開(kāi)發(fā)板上的接口 J_S2的 BAT+和BAT-上。不要使用電源適配器給開(kāi)發(fā)板供電， 以免燒毀電源。將電池的正負(fù)極分別接到一路 BTS7970模塊的J1接口上的 BAT+ 和BAT-上。注意開(kāi)發(fā)板的 BAT-和BTS7970模塊的 BAT-必須連在一起，即二者要 共地。將電機(jī)兩端連接在模塊的 J2接口的OUT1和OUT2上。用跳線(xiàn)

24、帽將 BTS7970 模塊的J3接口上的（ EN-GND）、（INH-VCC ）插針短接。用杜邦線(xiàn)將開(kāi)發(fā)板上的 J_H與BTS7970模塊的 J3接口相連，連接關(guān)系為：5V與VCC相連，PWM1與PWM1 相連， PWM2與PWM2相連，GND與GND相連，其它不連。將 BDM 下載器連接 到開(kāi)發(fā)板上，打開(kāi)開(kāi)發(fā)板電源。（ 2）打開(kāi)光盤(pán)文件中的“演示代碼 一路電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 一路電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) .mcp”。（3）點(diǎn)擊 （Debug）按鈕，將源代碼下載到單片機(jī)中，進(jìn)入調(diào)試窗口。（4）點(diǎn)擊調(diào)試窗口的 （Start）按鈕，程序開(kāi)始執(zhí)行。（5）觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，電機(jī)先正轉(zhuǎn)逐漸加速，之后逐漸減速直到停下，再反 轉(zhuǎn)逐漸加速

25、，再逐漸減速直到停下，之后重新正轉(zhuǎn)，如此反復(fù)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中我們采用兩路 PWM信號(hào)來(lái)控制一個(gè) H橋， PWM信號(hào)的頻率為 10kHz。通過(guò)匹配 PWM1和PWM2 的占空比，可以控制電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，以及調(diào) 速。PWM2占空比為 0，控制PWM1的占空比，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正向調(diào)速， PWM1 的占空比為 0，控制 PWM2的占空比，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反向調(diào)速。3.2 按鍵控制一路電機(jī)實(shí)驗(yàn)（這個(gè)實(shí)驗(yàn)針對(duì)光電組，電磁組和攝像頭組可以 不進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)）（1）電機(jī)耗電量比較大，請(qǐng)用電池給開(kāi)發(fā)板供電，將電池的正負(fù)極分別接 到開(kāi)發(fā)板上的接口 J_S2的 BAT+和BAT-上。不要使用電源適配器給開(kāi)發(fā)板供電， 以免燒

26、毀電源。將電池的正負(fù)極分別接到一路 BTS7970模塊的J1接口上的 BAT+ 和BAT-上。注意開(kāi)發(fā)板的 BAT-和BTS7970模塊的 BAT-必須連在一起，即二者要 共地。將電機(jī)兩端連接在模塊的 J2接口的OUT1和OUT2上。用跳線(xiàn)帽將 BTS7970 模塊的J3接口上的（ EN-GND）、（INH-VCC ）插針短接。用杜邦線(xiàn)將開(kāi)發(fā)板上的 J_H與BTS7970模塊的 J3接口相連，連接關(guān)系為：5V與VCC相連，PWM1與PWM1 相連， PWM2與PWM2相連，GND與GND相連，其它不連。將 BDM 下載器連接 到開(kāi)發(fā)板上，打開(kāi)開(kāi)發(fā)板電源。（2）打開(kāi)光盤(pán)文件中的“演示代碼 按鍵控

27、制一路電機(jī) 按鍵控制一路電 機(jī).mcp”。（3）點(diǎn)擊 （Debug）按鈕，將源代碼下載到單片機(jī)中，進(jìn)入調(diào)試窗口。（4）點(diǎn)擊調(diào)試窗口的 （Start）按鈕，程序開(kāi)始執(zhí)行。12（5）觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，反復(fù)按下 KEY1 按鍵，電機(jī)正轉(zhuǎn)并 且速度逐漸增大；反復(fù)按下 KEY2 按鍵，電機(jī)速度降低，并最終變?yōu)榉崔D(zhuǎn)，之后 速度逐漸增大。3.3 兩路電機(jī)實(shí)驗(yàn)（這個(gè)實(shí)驗(yàn)針對(duì)電磁組和攝像頭組，光電組可以不進(jìn)行此 實(shí)驗(yàn)）在第九屆智能車(chē)比賽上，電磁組采用 C車(chē)模，攝像頭組采用 C、 D或E車(chē)模， 這些車(chē)模上都有兩個(gè)電機(jī)，因此采用兩路的 BTS7970模塊對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。（1）電機(jī)耗電量比較大，請(qǐng)用電池

28、給開(kāi)發(fā)板供電，將電池的正負(fù)極分別接 到開(kāi)發(fā)板上的接口 J_S2的 BAT+和BAT-上。不要使用電源適配器給開(kāi)發(fā)板供電， 以免燒毀電源。將電池的正負(fù)極分別接到兩路 BTS7970模塊的J1接口上的 BAT+ 和BAT-上。注意開(kāi)發(fā)板的 BAT-和BTS7970模塊的 BAT-必須連在一起，即二者要 共地。將電機(jī)1兩端連接在模塊的 J2接口的OUT1和OUT2上。將電機(jī) 2兩端連接在 模塊的 J3接口的OUT3和OUT4上。用杜邦線(xiàn)將開(kāi)發(fā)板上的 J_H與BTS7970模塊的 J4接口相連，連接關(guān)系為：5V與VCC相連，PWM1與PWM1相連，PWM2與PWM2 相連，PWM3與PWM3相連，PW

29、M4與PWM4相連，GND與GND相連，其它不連。 將BDM 下載器連接到開(kāi)發(fā)板上，打開(kāi)開(kāi)發(fā)板電源。（2）打開(kāi)光盤(pán)文件中的“演示代碼 兩路電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 兩路電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) .mcp”。（3）點(diǎn)擊 （Debug）按鈕，將源代碼下載到單片機(jī)中，進(jìn)入調(diào)試窗口。（4）點(diǎn)擊調(diào)試窗口的 （Start）按鈕，程序開(kāi)始執(zhí)行。（5）觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，兩個(gè)電機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)先正轉(zhuǎn)逐漸加速，之后逐漸 減速直到停下，再反轉(zhuǎn)逐漸加速，再逐漸減速直到停下，之后重新正轉(zhuǎn)，如此反 復(fù)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中我們采用四路 PWM信號(hào)來(lái)控制兩個(gè) H橋， PWM信號(hào)的頻率為 10kHz。通過(guò)匹配 PWM1，PWM2 ，PWM3和PWM4的占空比，可以分別控制兩 個(gè)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，以及調(diào)速。3.4 按鍵控制兩路電機(jī)實(shí)驗(yàn)（這個(gè)實(shí)驗(yàn)針對(duì)電磁組和攝像頭組，光電組可以 不進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)）（1）電機(jī)耗電量比較大，請(qǐng)用電池給開(kāi)發(fā)板供電，將電池的正負(fù)極分別接 到開(kāi)發(fā)板上的接口 J_S2的 BAT+和BAT-上。不要使用電源適配器給開(kāi)發(fā)板供電， 以免燒毀電源。將電池的正負(fù)極分別接到兩路 BTS7970模塊的J1接口上的 BAT+ 和BAT-上。注意開(kāi)發(fā)