西安交通大學agv設(shè)計自動循跡代步輪椅設(shè)計使用說明

1、自動循跡代步輪椅設(shè)計說明書<r機自16班機械部分 王劍虹2110101145軟件部分 羅運運2110101141電路部分 侶昶 211030201911 _ hk T目錄1、 概述11.1總體概述21.2市場背景21.3適用人群32、 機械部分42.1設(shè)計要求42.2具體機構(gòu)設(shè)計和標準件選擇 42.2.1車架設(shè)計42.2.1.1前車架設(shè)計 52.2.1.2后車架設(shè)計62.2.2 電機選擇62.2.3后輪選擇72.2.4前輪選擇82.3可靠性分析83、 控制電路部分 9.3.1主芯片選擇93.2位置檢查模塊 12.3.3電機驅(qū)動模塊選擇1.34 .系統(tǒng)軟件的設(shè)計 1.84.1應(yīng)用軟件的設(shè)計

2、 18.4.2軟件測試1.8.4.3電機選擇 20.4.4輪椅轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計 264.5具體程序代碼 28.參考文獻37.1、概述1.1總體概述自動循跡代步輪椅是一款輔助老人、殘疾人士出行的自動循跡電動輪椅。其整體外觀如圖1.1所示。其設(shè)計思想是使用光電循跡原理，結(jié)合軟件編程，機械控制等方法，達到自動 循跡的效果。此產(chǎn)品設(shè)計過程中綜合了機電一體化設(shè)計思想，將機械和電子有機結(jié)合起來， 用電子輔助機械，使在功能不變的前提下結(jié)構(gòu)盡量簡單，運作可靠。產(chǎn)品的設(shè)計從用戶角度出發(fā)，將產(chǎn)品設(shè)計得人性化。本產(chǎn)品使用電瓶作為動力，能源清潔，獲取方便。車架選用鋼 材結(jié)構(gòu)，保證強度的前提下，使結(jié)構(gòu)緊湊可靠。輪胎使用實

3、心橡膠輪胎，減震性能良好，避 免用戶充氣的麻煩。圖1.1自動循跡輪椅整體外觀1.2背景市場隨著能源短缺和環(huán)保需要，電動車所占的比重越來越大。 相對傳統(tǒng)機車，電動車擁有結(jié) 構(gòu)簡單，能源清潔，重量輕，運行可靠，維修方便，價格低廉等優(yōu)點。設(shè)計過程中采用了機電一體化設(shè)計思路，使機械與電子部分充分結(jié)合起來，機電一體化設(shè)計模式見圖1.2。圖1.2機電一體化設(shè)計模式簡介近幾年，電動輪椅也逐步發(fā)展起來，并且逐年改進，功能越來越完善?？梢娫陔妱虞喴芜@個方向是很有市場前景的。本產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上對普通電動輪椅進行了優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。在功能上加入了自動循跡功能，主要使用對象是不能自主活動的老人，病人和殘疾人。對

4、比老式電動輪椅，本產(chǎn)品主要有以下優(yōu)點：1 ）、結(jié)構(gòu)更加輕便、可靠；2）、設(shè)計過程中采用了機電一體化設(shè)計思想，用電子控制機械，使功能更加齊全，結(jié) 構(gòu)簡單；3）、加入了自動循跡功能，特別適合用于醫(yī)院，療養(yǎng)院，養(yǎng)老院使用；4 ）、電機，電瓶等部件使用標準件，維修方便，價格低廉；1.3適用人群本產(chǎn)品主打功能是自動循跡功能，即不需要外部人員和乘坐者的操作便可以循著事先規(guī) 劃好的路線前進，到達標準位置停下，返回等過程。適合用于醫(yī)院，療養(yǎng)院，養(yǎng)老院使用。未至于本產(chǎn)品時，一個護士或者工作人員只能照看一個病人， 而在使用本產(chǎn)品后，一名護士 可以同時照看多名病人。 每位病人的輪椅按著事先安排好的路線前進， 在病人

5、運輸，休閑散 步等方面有著極大優(yōu)勢。相信本產(chǎn)品能為這些事業(yè)帶來極大的方便。2、機械設(shè)計部分2.1設(shè)計要求本產(chǎn)品要實現(xiàn)的功能主要有1 ）、能載人正常行走，遇到緊急情況能安全停車；2 ）、給老人、病人、殘疾人使用，要求避震效果好；3 ）、能實現(xiàn)自動循跡功能；4 ）、結(jié)構(gòu)合理，安全可靠；因此具體的設(shè)計要求如下：1 ）、能載重80kg以上，主要受力機構(gòu)應(yīng)力不超過需用值，保證一定的安全系數(shù)，變形不查過許用值；2 ）、通過對測得電路的分析，機械部分接受到電路部分的控制后能正確實現(xiàn)前進，后 退，轉(zhuǎn)彎，停車等功能;架前方伸出圓管為連接腳踏板用。前車架通過螺栓與后車架和減震機構(gòu)連接。側(cè)邊的圓環(huán)是3 ）、有良好避

6、震功能;4 ）、為方便攜帶和搬運，重量不超過70kg ;2.2具體機構(gòu)設(shè)計和標準件選擇2.2.1車架設(shè)計為達到良好的避震效果，車架分為前后兩個部分，前后兩車架使用螺栓和減震機構(gòu)進行連接。連接情況如圖1.3所示。圖1.3車架總體結(jié)構(gòu)221.1前車架設(shè)計前車架的主要結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。前車架設(shè)計中重要使用了標準的方鋼和圓管,材料為連接扶手和前車輪用。圖1.4前車架結(jié)構(gòu)展示221.2后車架設(shè)計后車架主要使用標準圓管焊接而成， 主要結(jié)構(gòu)如圖1.5所示。前方通過螺栓與前車架連 接，中間圓鋼與電機連接， 圓鋼上焊接的方塊用于電機的定位。 中間中空的部位用于放置電 瓶，為保證足夠運行時間和路程，預(yù)留了較大空

7、間來存放大容量的電瓶。 后方伸出的部分用 于安裝防傾倒的后輪。圖1.5后車架結(jié)構(gòu)示意圖12v電壓。電機和減速2.2.2電機選擇計算電機所需轉(zhuǎn)速和扭矩，考慮減速器減速比，選擇直流電機, 器外觀如圖1.6所示。圖1.6電機及減速器外形展示2.2.3后輪選擇考慮到電機轉(zhuǎn)速和扭矩，所需的運行速度為10km/h，有良好的減震性能。選擇14寸實心橡膠輪作為驅(qū)動后輪。外形如圖1.7所示。輪轂為鋁合金材質(zhì)，輪胎為實心橡膠。后輪為驅(qū)動輪，通過兩個后輪的轉(zhuǎn)速差來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。選用實心橡膠輪胎在保證良好避震性能的前提下避免了用戶充氣的麻煩。圖1.7后輪外形圖2.2.4前輪選擇前輪選擇8寸萬向輪，材質(zhì)為塑料和橡膠。在后輪

8、的驅(qū)動下，前輪隨著轉(zhuǎn)向。外形如圖1.8所示。圖1.8前輪外形展示2.3可行性分析取前車架和后車架主要部件進行受理分析，受力分析報告見附錄。滿足強度要求。3.控制電路的設(shè)計控制電路作為控制程序的載體，主要分為主控芯片、位置檢測模塊和電機驅(qū)動模塊。3.1主控芯片的選擇經(jīng)小組討論，我們決定采用技術(shù)成熟且被廣泛使用的80C51單片機。80C51單片機屬于MCS-51系列單片機，由In tel公司開發(fā)，其結(jié)構(gòu)是8048的延伸，改進了 8048的缺點， 增加了如乘（MUL ）、除（DIV ）、減（SUBB ）、比較（CMP ）、16位數(shù)據(jù)指針、布爾代數(shù) 運算等指令，以及串行通信能力和 5個中斷源。采用40

9、引腳雙列直插式 DIP（ Dual In Line Package），內(nèi)有128個RAM 單元及4K的ROM。80C51有兩個16位定時計數(shù)器，兩個 外中斷，兩個定時計數(shù)中斷，及一個串行中斷，并有4個8位并行輸入口。 80C51內(nèi)部有時鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接。由于80C51的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用來作為控制核心。以下對其管腳進行簡單的介紹。<7皆VocT2EXP1.1IT國 FE.lADaPI虛匡囤 PCP2匡囲 FG 21 2Ft 4|T到 PC ? 4MPt S|T肉 F=t： A7D4旦“巨PI 7

10、63;35 FC 5i"A0：RET叵雪PC T姐*IW-FJ dQoDUAL刮EgRftCKA：EFZT'P.1；m螢上IRI也陽盤71-P3 SFS列 P2 =i"A1 JM圈 P2.4 A13秫冋芒冋 Fi 3 A1到 P2J.A10KM住W PZ'VSVgs歴習圖3.1 80C51管腳圖Vss（20腳）:接地Vcc （40腳）：主電源+5VXTAL1 （19腳）：接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采 用外部時鐘時，對于 HMOS單片機，該端引腳必須接地；對于 CHMOS單片機，此引腳作 為驅(qū)動端。HMOS單片機，該引XTAL2

11、 （ 18腳）：接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個振蕩電路反相放大器的輸出 端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時鐘電路，對于 腳輸入外部時鐘脈沖；對于 CHMOS單片機，此引腳應(yīng)懸浮。RST （9腳）：單片機剛接上電源時，其內(nèi)部各寄存器處于隨機狀態(tài)，在該腳輸入24個時鐘周期寬度以上的高電平將使單片機復(fù)位（RESET）PSEN （29腳）：在訪問片外程序存儲器時，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號。CPU在向片外存儲器取指令期間，PSEN信號在12個時鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效PSEN信號不出現(xiàn)。PSEN端同樣可驅(qū)動8個LSTTL負載。 我們根據(jù)PSE

12、N、ALE和XTAL2輸出端是否有信號輸出，可以判別80C51是否在工作。ALE/PROG （ 30腳）：在訪問片外程序存儲器時，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信 號。CPU在向片外存儲器取指令期間，PSEN信號在12個時鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效PSEN信號不出現(xiàn)。PSEN端同樣可驅(qū)動8個LSTTL負載。我們根據(jù)PSEN、ALE和XTAL2輸出端是否有信號輸出，可以判別80C51是否在工作。EA/VPP （31腳）：當EA端輸入高電平時，CPU從片內(nèi)程序存儲器地址 0000H單元 開始執(zhí)行程序。當?shù)刂烦?KB時，將自動執(zhí)行片外程序存儲器的程序。當EA輸入低電

13、平時，CPU僅訪問片外程序存儲器。在對87C51EPROM 編程時，此引腳用于施加編程電壓 VPP。輸入/輸出引腳：(1)P0.0 -P0.7 (39 腳一32 腳)(2)P1.0 -P1.7（1腳一8腳）(3)P2.0 -P2.7(26 腳一21 腳)(4)P3.0 P3.7( 10 腳一17 腳)如上圖所示，給單片機加上晶振X1，查閱單片機資料。將其頻率調(diào)到22MHzGNDD11N4148C122pFU1R310kC2HI22pFC31nFa XRyStalIN11IN22IN33IN44ENA5ENB678 XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/A

14、D3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1.2P1 3P3.2/INT0P3 3/INT1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RD1918921252680C5139 SEN1272835343332101138 SEN237 SEN336222324121314151617293031圖3.2主控芯片外圍電路主控芯片選擇完

15、畢后， 還需對其外接電路進行設(shè)計。 外接電路要與電機控制模塊和位置 檢測模塊相適應(yīng)，同時一些基本的電路如晶振的接法和頻率的選擇，則參照有關(guān)資料進行連接。下面結(jié)合實際電路來介紹一下。每個單片機系統(tǒng)里都有晶振，全稱是叫晶體震蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大， 他結(jié)合單片機內(nèi)部的電路， 產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。其實晶振 用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下， 普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由

16、外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO ）。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振， 便于各部分保持同步。 有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步RC復(fù)位電路的工作原理是，上電前電容里的電荷放光，上電瞬間，電源通過電阻向電容充電，在充電過程中，RESET的電壓慢慢上升，對外部電路進行復(fù)位，當RESET上升到復(fù)位高電平時，外部系統(tǒng)開始工作。 這里存在兩個問題， 一個是必須合理選擇電阻和電容的 值否則復(fù)位時間過長或過短都不能滿足要求，第二個問題是當系統(tǒng)正常復(fù)位后在工作狀態(tài)下，電源突然有一個較短時間的大幅度抖動。因此設(shè)計復(fù)位電路

17、主要考慮這兩個問題來選取電阻電容值。P1.0 P1.5與L298N 使能端和輸入端相連，P0.0 P0.2因為有AD轉(zhuǎn)化功能,所以用來與光電檢測器相連，接受位置信號。2.2位置檢測模塊位置檢測采用反射式光電傳感器。其原理如下:圖3.3 TCRT5000及其信號放大電路光電傳感器由兩部分組成，一個發(fā)光二極管和一個光敏二極管。給發(fā)光二極管通電,使其發(fā)光。若檢測到黑線，則發(fā)出的光被黑線吸收，光敏二極管接收不到反射回來的光， OUT端輸出則為低電平。反之則為高電平。我們通過市場調(diào)研，了解到 TCRT5000比較常用，且性能可以滿足需求，所以決 定采用TCRT5000作為位置檢測傳感器。以下為它的基本參

18、數(shù)：光學-反射式-模擬輸出檢測距離:0.591" (15mm)檢測方法：反射電壓-集電極發(fā)射極擊穿(最大)：70V電流-集電極(Ic)(最大):100mA電流-DC 正向(If): 60mA輸出類型：光電晶體管工作溫度：-25 °C85 °C考慮到控制系統(tǒng)和整體性能，我們決定采用三個TCRT5000檢測位置。有關(guān)TCRT5000個數(shù)選擇，在控制算法設(shè)計中進行具體介紹。2.3電機驅(qū)動模塊的選擇經(jīng)討論，我們決定選擇 L298N芯片對兩個直流電機進行驅(qū)動。L298N電機驅(qū)動模 塊具有以下特點：1. 可實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速；2. 啟動性能好，啟動轉(zhuǎn)矩答；3. 工作電壓可達

19、到 36V，4A ；4. 可同時驅(qū)動兩臺直流電機。L298N 是SGS公司的產(chǎn)品，即是15腳Multiwatt 封裝的。內(nèi)部包含 4通道邏 輯驅(qū)動電路，可以方便的驅(qū)動兩個直流電機或一個兩相步進電機。因采用單個直流電機驅(qū)動，故設(shè)計成單直流雙橋合并電路。暑促電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，而且可以直接用單片機的10 口提供信號，而且電路簡單，使用方便。L298N使能端為高電平使能，使能端 EN1、EN2可以接I/O 口控制也可直接接 電源正一直使能，至于使能端是接固定電平還是接I/O 口，視具體情況而定，若I/O 口資源夠用可接I/O 口控制，若不夠用，可直接接高電平。同時，控

20、制電機的PWM脈 沖也可以從兩個使能端輸入，那么四個輸入引腳IN1、IN2、IN3、IN4只需設(shè)置為相應(yīng)的高低電平可以控制電機的正反轉(zhuǎn)，假如IN1給固定高電平，IN2給固定低電平電機正轉(zhuǎn)，那么IN1給低IN2給高就可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，IN3、IN4同理。L298N的基本參數(shù)如下：類型：半橋輸入類型：非反相輸出數(shù)：4電流-輸出/通道：2A電流-峰值輸出：3A電源電壓 :4.5 V 46 V工作溫度 ：-25 °C 130 °C安裝類型：通孔封裝/外殼：Multiwatt-15 （垂直，彎曲和錯列引線）供應(yīng)商設(shè)備封裝：15-Multiwatt包裝：管件器件型號L298N制造商 STMi

21、croelectronics產(chǎn)品型號 Motion Motor ControlWpounwi4caumirswp.rr *WPUT Jigc 殂叩 V Q TAOF %QMDWVTZEBLE 咸KPU1 I鼠MtyvoLTg 旳OJTRJ12OUFIRJl 1圖3.4 L298N 管腳圖上圖是L298N的管腳圖VSS :芯片電壓5V。VCC :電機電壓，最大可接 50V。GND :共地接法。OUT1OUT4 :輸出端，接電機。ENA、ENB :高電平有效，ENA、ENB分別為IN1和IN2、IN3和IN4的使能端。IN1 IN4:輸入端，輸入端電平和輸出端電平是對應(yīng)的。我們使用的是兩個直流電機

22、，其接線示意圖如下:EJU73Dl-r 3A4QQyL293N隹廈府機凹廉單啟虹 ENA 高電乎審註*接單片機遞 嵩電平疳軌OU72CUT4;亶汽包機I圖3.5直流電機與L298N接線示意圖由于電機是感性負載，所以需要在L298的輸出端接四個快速二極管IN5822組成續(xù)流電路，將電機產(chǎn)生的感應(yīng)電流消耗，防止對電路產(chǎn)生影響。L298還提供了兩個負載電流的反饋引腳：1腳和15腳，將它們同時接一個 0.1歐姆，12W的電流檢測電阻，再接地， 此時就可以通過對1腳或者15腳進行A/D采樣，來得到電路中負載電流， 實現(xiàn)恒流控制。 L298有4腳（VS）和9腳（VSS）兩個電源引腳，4腳為電機驅(qū)動電源輸入

23、端，該電壓需9腳為芯片工作電壓輸入端。要比9腳輸入電壓大，否則將會影響芯片的正常工作，而R2U5:AiI£D6D521N4148OUT1M392D47f1N41481D10D91N4148OUT3OUT4D8D71U5:A1N41481N41481 'M392C31nFU8:A1_氣 RV3-M392本D11N4148D31N4148GND1N4148R310k1N4148GND圖3.6控制電路總圖以上是控制電路的總圖。為了精簡起見，采用總線將各部分連接起來。4 .系統(tǒng)軟件的設(shè)計設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)時，通過根據(jù)具體要求現(xiàn)場調(diào)查分析，確定單片機應(yīng)用系統(tǒng)地目標，確定系統(tǒng)的功能與性能

24、。 系統(tǒng)的功能主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、輸出控制等，每一功能又細分若干子功能。比如，數(shù)據(jù)采集可分為模擬信號采集和數(shù)字信號采樣，數(shù)據(jù)處理可分為預(yù)處理、功能性處理、抗干擾處理等子功能；輸出控制按對象不同可分為各種控制功能，如機電控制、D/A轉(zhuǎn)換控制，數(shù)碼管顯示控制等。系統(tǒng)功能主要由控制精度、 速度、功耗、體積、重量、價格、可靠性的技術(shù)指標來衡量。 而一旦這些指標一旦確定下來，整個系統(tǒng)將在這些標定下進行設(shè)計。系統(tǒng)的速度、功耗、體積、重量、價格、可靠性的等指標會左右系統(tǒng)軟硬件的功能劃分。4.1應(yīng)用軟件的設(shè)計應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能進行設(shè)計的，應(yīng)盡可能的實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能，一般應(yīng)用軟件應(yīng)具有：軟件結(jié)構(gòu)清洗

25、，簡捷，流程合理。各功能程序事先模塊化、系統(tǒng)化。這樣既便于調(diào)試、連接，又便于移植、修改和維護。程序存儲區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)規(guī)劃合理，既能節(jié)約存儲容量，又能給程序的設(shè)計與操作 帶來方便。運行程序?qū)崿F(xiàn)標志化管理。各個功能程序運行狀態(tài)、運行結(jié)果以及運行需求都設(shè)置標 志狀態(tài)設(shè)置標志位以便于檢查，程序的轉(zhuǎn)移、運行、控制都可通過狀態(tài)標志來控制。經(jīng)過調(diào)試修改后的程序應(yīng)該進行規(guī)范化，除去修改痕跡。規(guī)范化的程序便于交流、借 鑒，也為軟件的模塊化、標準化打下基礎(chǔ)。實現(xiàn)全面軟件抗干擾設(shè)計。軟件抗干擾是計算機應(yīng)用系統(tǒng)提高可靠性的有力措施。為提高運行的可靠性，在軟件中設(shè)置自診斷系統(tǒng)，在系統(tǒng)運行前先運行自診斷程序， 以檢查系統(tǒng)

26、的各項參數(shù)是否正常。4.2軟件調(diào)試421軟件調(diào)試過程軟件調(diào)試是通過對用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。圖4-1軟件調(diào)試過程圖4.2.2軟件調(diào)試一般方法先獨立后聯(lián)機軟件是硬件的靈魂，沒有軟件系統(tǒng)將無法工作；同時大多數(shù)軟件的運行又依賴于硬件，當軟件測試參數(shù)進行事務(wù)處理時，往往是和硬件無關(guān)的，即這樣可以通過對用戶程序的仔細分析，把與硬件無關(guān)的、功能相對獨立的程序抽取出來，形成與硬件無關(guān)和依賴硬件的兩大 類用戶程序塊。在具有交叉匯編軟件或主機聯(lián)機仿真的基礎(chǔ)上，形成與硬件無關(guān)的程序調(diào)試與硬件同步 進行，以提高軟件調(diào)試速度。當與硬件無關(guān)的程序塊全部調(diào)試完且

27、用戶系統(tǒng)調(diào)試也已完成以后，可以將仿真機與主機、用戶系統(tǒng)連接，進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，先對依賴于硬件的程序塊進行調(diào)試，調(diào)試成功后，再進行兩大程序的有機結(jié)合及總調(diào)試。先分塊后組合如果系統(tǒng)的用戶規(guī)模較大， 任務(wù)較多，那么即使先行將用戶程序分為與硬件無關(guān)和依賴 于硬件兩部分，如果這兩部分程序依舊較為龐大的話，采用順序從頭到尾的調(diào)試方法既浪費時間又不易進行錯誤性定位，所以常規(guī)的調(diào)試方法都是分別對兩類程序塊進一步采用分模塊 調(diào)試，以提高軟件調(diào)試的有效性。每個程序模塊調(diào)試完畢后， 將相互關(guān)聯(lián)的程序模塊組合起來加以調(diào)試， 以解決在程序模 塊連接中可能出現(xiàn)的邏輯錯誤，對所有程序模塊的整體組合是在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)中進行得。由于各個

28、程序模塊已通過調(diào)試排除了內(nèi)部錯誤， 所以軟件總體調(diào)試的錯誤就大大減少了， 而調(diào)試成 功可能性就大大的提高了。先單步后連續(xù)調(diào)試好程序模塊的關(guān)鍵是實現(xiàn)對錯誤的正確定位。準確發(fā)現(xiàn)程序中錯誤的最有效的方法是采用單步加斷點運行的方法調(diào)試程序。單步運行可以了解被調(diào)試程序中每條指令被執(zhí)行的情況，分析指令的運行結(jié)果可以知道該指令的正確性，并且進一步了解是硬件電路錯誤、數(shù) 據(jù)錯誤還是程序設(shè)計錯誤等引起該指令的執(zhí)行錯誤，從而發(fā)現(xiàn)和排除錯誤。但是所有程序都單步運行的方式查找錯誤，是一件費時又費力的工作，所以為了提高調(diào)試效率，一般采用先使用斷電運行的方式來精確定位錯誤所在，這樣做到調(diào)試的快捷和準確。有些實時性操作利用

29、單步運行方法無法調(diào)試，必須采用連續(xù)運行方法進行調(diào)試， 為了提高對錯誤的定位，可使用連續(xù)加斷點運行方式調(diào)試這類程序， 即利用斷點定位的改變，一步 步縮小范圍，直至最終確定出錯誤位置并加以排除。423系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是讓用戶系統(tǒng)的軟件在其硬件上運行，進行軟、硬件聯(lián)合調(diào)試，從而發(fā)現(xiàn)硬件故障錯誤或軟、硬件設(shè)計錯誤。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)主要解決以下問題：系統(tǒng)軟硬件是否能按預(yù)定的要求配合工作；系統(tǒng)運行中是否有潛在的設(shè)計時難以預(yù)料的錯誤；系統(tǒng)的動態(tài)性能指標是否滿足設(shè)計要求；4.3電機的選擇常用的電機驅(qū)動技術(shù)有步進驅(qū)動、伺服驅(qū)動、變頻驅(qū)動，其中伺服驅(qū)動又分為開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)系統(tǒng)。圖4-2開環(huán)系統(tǒng)流程圖4.3.1步進電機

30、的驅(qū)動技術(shù)步進電機是一種將數(shù)字式電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移或線位移的機電元件。它的機械位移與輸入的數(shù)字脈沖信號有著嚴格的對應(yīng)關(guān)系，即一個脈沖信號可使步進電動機前進一步，又由于它的輸入信號為脈沖電壓，因此又被稱作脈沖電動機。 步進電動機作為數(shù)字控制系統(tǒng)的佳配，它是一種比較理想的執(zhí)行元件。步進電機驅(qū)動技術(shù)是典型的開環(huán)控制系統(tǒng)，主要用于位置或角位移變化的運動控制領(lǐng)域。圖4-5步進電機選擇步進電機驅(qū)動技術(shù)主要特點：位置控制，成本較低?？刂破鱒II工步進電機方向信號環(huán)行細分電路:步進電機驅(qū)動器IV IM 壬 = -fc>HM ' !B»功率圖4-6步進電機驅(qū)動器432變頻驅(qū)動技術(shù)

31、變頻控制系統(tǒng)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)機械平臺或回轉(zhuǎn)機構(gòu)的速度的自動、連續(xù)、精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令信號的變化規(guī)律的自動控制系統(tǒng)。圖4-7變頻器通用系統(tǒng)框圖整流器：將交流電變換成直流的電力電子裝置，其輸入電壓為正弦波， 輸入電流非正弦，帶有豐富的諧波 。逆變器：將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的電力電子裝置，其輸出電壓為非正弦波，輸出電流近似正弦。變頻驅(qū)動技術(shù)主要用于轉(zhuǎn)速或頻率變化的節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域。50Hz*SMishF圖4-8雙極性SPWM回路SlBKw»r » jowijflmwijmL 和圖4-9輸出電壓波示意圖變頻驅(qū)動技術(shù)的主要特點：速度控制，成本適中。4.3.3伺服驅(qū)動技術(shù)伺服控制系統(tǒng)是一種能夠

32、準確、快速和穩(wěn)定地實現(xiàn)機械平臺或回轉(zhuǎn)機構(gòu)的位置、 方 位、速度、轉(zhuǎn)矩或者其它機械狀態(tài)的輸出被控量跟隨輸入目標值 （或給定值）的任意變化 的自動控制系統(tǒng)。伺服驅(qū)動技術(shù)主要用于速度、位置和轉(zhuǎn)矩變化的全閉環(huán)準確運動控制領(lǐng)域。伺服驅(qū)動技術(shù)的主要特點：速度、位置和轉(zhuǎn)矩的全閉環(huán)控制，成本較高。直滾伺眼電機和交流翎電機雷胡力距范區(qū)中小力挺（一怨癥20心以下）小*禮丸全洲速度范國柜電樸1吁WXPM）扁（可達iWRPMh直潼電#1可達H萬轉(zhuǎn)分控制萬需寥樣化習能化弼2翎萬式，樓墨轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)距齊式平駅性低邊時育據(jù)建|但用細幷型駆動 器胴明B改善）好，運幵平淆一般較低，刪型囉動時板高鬲慎It奧看反矗裝區(qū)的牙誹率）爲遽時，

33、力距下瞰力距翔15L刪戦謹過紅時圭先步卄10偸ttKfi曲大沖為開聯(lián)制，也可接網(wǎng)St防止先步詡環(huán)方式，絹破反飯尤嘶卿琥Utt矍純對H型.常較圧聶型響廈快耐翩般觴拳孌圧器型可耐振珀涓升逗亍溫度高-S維護性基本可帰翔F較好低較扃圖4-10常用伺服裝置比較4.3.4電機控制方式選擇不同的應(yīng)用場合，對控制用電動機的性能密度的要求也有所不同。（1）對于起停頻率低（如幾十次/分），但要求低速平穩(wěn)和扭矩脈動小，高速運行時振動、噪聲小，在整個調(diào)速范圍內(nèi)均可穩(wěn)定運動的機械，如NC工作機械的進給運動、機器人的驅(qū)動系統(tǒng)，其功率密度是主要的性能指標；（2）對于起停頻率高（如數(shù)百次/分），但不特別要求低速平穩(wěn)性的產(chǎn)品，

34、如高速打印機、繪圖機、打孔機、集成電路焊接裝置等主要的性能指標是高比功率。(3) 在額定輸出功率相同的條件下 ，交流伺服電動機的比功率最高、直流伺服電動機次之、步進電動機最低。而我們的自動循跡輪椅由于要求要有足夠的響應(yīng)速度，同時要能夠要有優(yōu)良的調(diào)速性能，并且在控制上能夠和軟件的設(shè)計進行較好的結(jié)合，所以充分結(jié)合各種控制電機調(diào)速方式的優(yōu)缺點，并且根據(jù)輪椅的能源裝置需要隨身攜帶，只能采用類似蓄電池式的能源裝置，我們選定直流調(diào)速電機作為驅(qū)動裝置。為了便于控制，同時適應(yīng)3個光電對管的控制形式，只設(shè)置兩檔調(diào)速，實際情況可以增加多檔調(diào)速，同時將控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度提高以適應(yīng)變速過程。4.4輪椅轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計利

35、用紅外式傳感器檢測地面上引導(dǎo)線的光強模擬信號，3路模數(shù)轉(zhuǎn)換通道AD0AD2與各個紅外式傳感器的反射信號相連，通過80C51自身的AD轉(zhuǎn)換通道處理數(shù)據(jù)。反射后光的強弱是通過模擬電壓來表征的，每一個接收管都對應(yīng)了一個模擬電壓，將他們進行A/D轉(zhuǎn)換,并將所得的數(shù)值與每個光電管設(shè)置的閾值電平相比較，進而判斷輪椅的行進狀態(tài)是否需要改變，要進行調(diào)整，將3個光電管同時位于檢測區(qū)，安裝位置大致如圖4-11所示。a0 0位置狀態(tài)= 010位置狀態(tài)= 100位置號態(tài)= 001圖4-11輪椅檢測位置示意圖小車采用兩輪驅(qū)動，其中使用L298是控制直流電機的專用集成芯片，它是雙H橋高電壓功率大電流功率集成電路，可驅(qū)動2

36、個直流電動機等感性負載。L298可以驅(qū)動兩個電機運動， A組控制電機，B組控制另一個電機。 其中，ENA、IN1、IN2為L298的A組輸入使能控制，IN1與IN2為輸入端，輸出端為0UT1、0UT2。當ENA=1 ， IN仁1 ，IN2=0 時，電動機正轉(zhuǎn)；當 ENA=1 ，IN仁0 , IN2=1 時，電動機反轉(zhuǎn)； B組控 制方式與A組是一樣的。反射式紅外二極管檢測地面引導(dǎo)線，通過A/D轉(zhuǎn)換得到一個值，反射光越強，值越大；反射光越小，值越小。程序開始執(zhí)行時，位置檢測裝置位于引導(dǎo)線上，測出引導(dǎo)線與地面背景值，求出平均值，作為閾值avg。規(guī)定：當A/D轉(zhuǎn)換的檢測值大于閾值， 令狀態(tài)dStatu

37、e=1 ； 若A/D轉(zhuǎn)換的檢測值小于閾值，令狀態(tài) dStatue=0用定時器1控制定時采樣輪椅的位置量，根據(jù)車的位置控制其運動， 程序流程圖如下:(a)主程序流程圖(c)定時器中斷服務(wù)程序流程圖圖4-12系統(tǒng)控制流程圖具體程序代碼如下:#in clude<reg51.h>#defi ne TMOD_VALUE 0x20/定義c/t1的工作方式#defi ne TH1_VALUE 0xE6#defi ne TL1_VALUE 0xE6typedef un sig ned char uchar;uchar data value3 _at_ 0x40 ;/定義TH1的值/定義TL1的值/

38、留意空格uchar data adNum;uchar data flag1;uchar data flag2;uchar data avg;uchar xdata adAddr;/AD通道號/完成3路數(shù)據(jù)采集，標志=1/完成閾值計算，標志=1閾值/定義ADC0809地址，假設(shè)為0x2000uchar bdata dStatue=0;sbit dStatue_0=dStatueA0;sbit dStatue_ 1= dStatueAl;sbit dStatue_2=dStatueA2;sbit P1_0=P1A0;sbit P1_仁 P1A1;sbit P1_2=P1A2;sbit P1_3=P

39、“3;sbit P1_4=P1A4;sbit P1_5=P1A5;void iniTimerl(void)/定時器1方式2/定時器1預(yù)置數(shù)/定時器1置重裝載數(shù)/啟動定時器TMOD=TMOD_VALUE;TH仁TH1_VALUE;TL 仁TL1_VALUE;TR1=1;return;void coun t(void)avg=value0/2+value1/2;閾值計算完flag2=1;return;void delay(void) / 延時uchar data i;while(i<5000)i+；return;/小車方向控制函數(shù)void tur n( uchar x)if(x=0)/ 左轉(zhuǎn)

40、P1_3=1;P1_2=0;P1_4=0;P1_5=1;/ 使 L298 的 ENA=1 , ENB=1，右輪電機全速前進while(1)P1_仁1;P1_2=0;/左輪半速前進delay();/ 延時P1_1=P1_1;P1_2=P1_2;/ 全速delay();if(x=1)/ 右轉(zhuǎn)/左輪電機全速P1_3=1;P1_2=0;P1_4=0;P1_5=1;while(1)P1_4=1;P1_5=0;/左輪電機半速delay();P1_1=0;P1_2=0;/ 左輪停轉(zhuǎn)P1_1=P1_1;P1_2=P1_2;/全速delay();if(x=2)P1_3=1;P1_0=1;P1_ 1=1;P1_2

41、=0;P1_4=0;P1_5=1; return;if(x=3)P1_3=0;P1_0=0;/前進/ 使 L298/左輪前進/右輪前進/停止/ 使 L298的 ENA=1 , ENB=1 ;的 ENA=O , ENB=Oif(valueO<avg)/小于閾值置位變量 dState 0=0return;void motorc on trol(uchar x)switch(x)case O:tur n( 0);break;case 1:tur n( 1);break;case 2:tur n( 2);break;case 3:tur n( 3);break;void judge(void)d

42、Statue_O=O;elsedState_0=1dStatue_0=1;/AD轉(zhuǎn)換值大于閾值，置位變量if(value1<avg)dStatue_0=0;elsedStatue_0=1;if(value2<avg)dStatue_O=O;elsedStatue_0=1;return;main ()in iTimer1();adNum=O;IT 1=1;EA=1;EX仁 1;ET1=1;flag仁0;flag2=0;motorc on trol(2); adAddr=adNum;while(1)if(flag 仁=1)if(flag2=0)coun t();flag 仁0;judge();switch(dStatue)case 0:motorc on trol(3);break;case 1:motorc on trol(1);break;case 2:motorc on trol(2);break;case 4:motorc on trol(0);break;default:motorc on trol(3);break; void timerI nt(void) in terrupt