典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)

1、PAGE PAGE 26以六足爬蟲機(jī)器人的設(shè)計(jì)來介紹典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)姓名：朱堯班級(jí)：給排委培13-1學(xué)號(hào)：1323810122機(jī)電一體化系統(tǒng)的簡(jiǎn)介一、機(jī)電一體化的概念和內(nèi)涵 “機(jī)電一體化”是新生事物,由日本造英語Mechatronics (Mechanics和Electronics)翻譯而來，關(guān)于它的確切含義，各國(guó)專家、學(xué)者的論點(diǎn)也各不相同，迄今國(guó)際上尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。較為人們接受的是由日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所1981年提出的解釋：1.機(jī)電一體化的概念 機(jī)電一體化乃是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。（如機(jī)

2、床電器化不能稱為機(jī)電一體化）2.機(jī)電一體化的內(nèi)涵 機(jī)電一體化的內(nèi)涵包括產(chǎn)品和技術(shù)。 典型機(jī)電一體化產(chǎn)品：BKX-I并聯(lián)機(jī)床二、機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類1.生產(chǎn)用：數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、FMC、FMS、CIMS2.運(yùn)輸包裝用：電梯、數(shù)控包裝機(jī)械、數(shù)控運(yùn)輸機(jī)械3.銷售及銀行用：自動(dòng)稱量機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)取款機(jī)4.家庭用：錄音機(jī)、CD/VCD/DVD、全自動(dòng)洗衣機(jī)、微波爐、兒童玩具5.辦公用：打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器6.醫(yī)療用：X-射線機(jī) 此外，還有航空、航天、國(guó)防、天文等及其他民用機(jī)電一 體化產(chǎn)品，如雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)、射電望遠(yuǎn)鏡.機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一件產(chǎn)品是否屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品

3、應(yīng)根據(jù)前述機(jī)電一體化定義來判斷。盡管機(jī)電一體化產(chǎn)品（系統(tǒng)）中引入了微電子（計(jì)算機(jī)）技術(shù)，但其中的機(jī)械本體仍然是主體，產(chǎn)品（系統(tǒng)）的主要功能必須由機(jī)械來完成，否則就不能稱其為機(jī)電一體化產(chǎn)品。如電子計(jì)算器，非指針式電子表等，其主要功能是由電子器件和電路等完成，機(jī)械退居次要地位，這類產(chǎn)品應(yīng)歸屬于電子產(chǎn)品，而不是機(jī)電一體化產(chǎn)品。三、機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)1.基礎(chǔ)技術(shù)：機(jī)械技術(shù)（包括機(jī)械學(xué)、機(jī)械加工技術(shù)和精密機(jī)械技術(shù)）電工電子技術(shù)：邏輯代數(shù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)（軟/硬件，操作系統(tǒng)）、電路原理、電子技術(shù)。機(jī)電結(jié)合共性技術(shù)：系統(tǒng)技術(shù)、控制技術(shù)（電液氣伺服技術(shù)）、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、順序控制技術(shù)、接口技術(shù)和傳感器技術(shù)四、

4、機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成及組成要素1.機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成（1）主功能：對(duì)輸入的物質(zhì)、能量和信息進(jìn)行預(yù)定的變換(含加工、處理)、傳遞(含移動(dòng)、輸送)和保存(含保持、存儲(chǔ)、記錄)），這些變換及其組合就構(gòu)成了系統(tǒng)的主功能，它表明了系統(tǒng)的主要特征。（2）動(dòng)力功能：為系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供能量。（3）計(jì)測(cè)功能：采集系統(tǒng)內(nèi)部和外部信息。（4）控制功能：將來自傳感器的檢測(cè)信息和外部輸入命令進(jìn)行處理并發(fā)出指令控制整個(gè)系統(tǒng)有目的運(yùn)行。（5）構(gòu)造功能：將系統(tǒng)各要素進(jìn)行空間配置，形成統(tǒng)一整體。從系統(tǒng)的輸入輸出來看，除有主功能的輸入輸出之外，還需要有動(dòng)力輸入和控制信息的輸入輸出。此外，還有因外部環(huán)境引起的干擾輸入以

5、及非目的性輸出(如廢棄物等)。例如汽車的廢氣和噪音對(duì)外部環(huán)境影響，這在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要特別注意。 2.機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成要素 機(jī)電一體化系統(tǒng)本身都是一個(gè)完整的系統(tǒng)，通常有以下五大要素組成： （1）機(jī)械系統(tǒng)（機(jī)構(gòu)）即機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，如數(shù)控車床的機(jī)械系統(tǒng)包括床身、主軸箱、尾架以及連接等。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)其基本要求是輕、薄、短、小、可靠等。（2）電子信息處理系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）一般由計(jì)算機(jī)、可編程序控制器（PLC）、數(shù)控裝置及計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備組成，如數(shù)控車床中的CPU板、CRT顯示器、鍵盤等。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)其基本要求是：高速、可靠、智能、標(biāo)準(zhǔn)化、抗干擾能力強(qiáng)、自診斷功能豐富等。（3）動(dòng)力系統(tǒng)（動(dòng)力源） 通常

6、有電力、液壓和氣壓三種動(dòng)力源，如數(shù)控車床用的是電能。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)該部分的要求是：效率高、響應(yīng)快，同時(shí)要求對(duì)水、油、溫度、塵埃等外部環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)性和可靠性。（4）傳感檢測(cè)系統(tǒng)（傳感器） 主要由傳感器和儀器儀表構(gòu)成，用于檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)、外部的參數(shù)及狀態(tài)，以進(jìn)行顯示或位置反饋。如數(shù)控車床用直線感應(yīng)同步器檢測(cè)刀具的位置狀態(tài)。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)其要求是能快速、精確地獲取信息，并能經(jīng)受各種嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)。（5）執(zhí)行元件系統(tǒng)（電動(dòng)機(jī)等） 工作方式有電動(dòng)機(jī)、液壓缸/馬達(dá)、氣壓缸/馬達(dá)三種。如數(shù)控車床刀具走刀運(yùn)動(dòng)就是利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠完成。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)其要求是：剛性高，重量輕，實(shí)現(xiàn)組件化，標(biāo)準(zhǔn)化和系

7、列化，提高系統(tǒng)整體可靠性等。機(jī)電一體化系統(tǒng)的這五大要素是與其五大功能相對(duì)應(yīng)的。從仿生學(xué)的角度來看，類似于人的構(gòu)造和功能，但不一定是擬人形，如工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)械。從人的五大要素來說，內(nèi)臟是吸收營(yíng)養(yǎng)以維持人的生命和活動(dòng)（動(dòng)力），五官接受外界的信息（傳感器），手腳與口作用于外界（執(zhí)行器），頭腦集中處理和協(xié)調(diào)全部信息，并對(duì)其他要素和它們之間的連接進(jìn)行有機(jī)的統(tǒng)一控制（計(jì)算機(jī)），骨骼用來把人體連成一體，并規(guī)定其運(yùn)動(dòng)（機(jī)構(gòu)）。四、機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素的相互聯(lián)接 機(jī)電一體化系統(tǒng)是由許多要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，各要素或子系統(tǒng)之間必須能順利進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換，因此，在相互聯(lián)接要素的交界面上必須具備一定

8、的聯(lián)系條件，這些聯(lián)系條件就稱為“接口”。在僅有機(jī)械或電子的系統(tǒng)中，接口概念并不突出，但機(jī)電一體化系統(tǒng)中既有機(jī)械，又有電子，由不同技術(shù)復(fù)合形成的接口通常被稱為“廣義接口”，并在機(jī)電一體化技術(shù)中占有極其重要的地位，接口性能的好壞直接影響系統(tǒng)性能的好壞。 廣義的接口功能有兩種，一種是輸入/輸出功能，另一種是變換調(diào)整功能。 1.按接口的輸入/輸出功能分 （1）機(jī)械接口：對(duì)機(jī)械的輸入/輸出部分進(jìn)行幾何上（形狀、尺寸、配合、精度等）的匹配，如管接頭，法蘭盤，聯(lián)軸節(jié)，減速器 （2）電氣接口（物理接口）：對(duì)電氣物理參數(shù)（電壓，電流，阻抗等）進(jìn)行匹配，如變壓器 （3）信息接口（軟件接口）：對(duì)軟件的I/O進(jìn)行語言

9、、格式、標(biāo)準(zhǔn)、符號(hào)等的規(guī)定。如GB，ISO，ASCII，TCP/IP，各種程序語言等（4）環(huán)境接口：對(duì)周圍的環(huán)境條件（溫度，濕度，電磁場(chǎng)，振動(dòng)，水份，粉塵等）的保護(hù)作用和隔絕作用，如防塵過濾器，防水連接器，防爆開關(guān)等2.按輸入/輸出的變換與調(diào)整功能分 （1） 零接口：不進(jìn)行任何參數(shù)變換和調(diào)整，輸出即輸入的接口。如機(jī)械接口中的管接頭，法蘭盤，聯(lián)軸節(jié)等，但減速器不屬于此類 （2）無源接口：僅對(duì)無源要素的參數(shù)進(jìn)行變換和調(diào)整，一般不改變參數(shù)的性質(zhì)，如齒輪減速器，變壓器，可變電阻器以及光學(xué)透鏡等 （3）有源接口：含有有源要素，能與變換或調(diào)整的參數(shù)主動(dòng)匹配，可以改變參數(shù)的性質(zhì)，如電磁離合器，光電耦合器，A

10、/D，D/A轉(zhuǎn)換器等（4）智能接口：含有微處理器，可通過程序編制適應(yīng)性地改變接口條件，如 通用I/O芯片8255，Z80-PIO，RS232串行接口，STD總線等。下面以機(jī)器人為例來據(jù)介紹典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)六足爬蟲機(jī)器人設(shè)計(jì)（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)算器等，不過這都不要緊，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，ROM和RAM的大小，I/O端口類型和數(shù)量，編程語言以及

11、功耗等。其主要類型有：?jiǎn)纹瑱C(jī)、PLC、工控機(jī)、PC機(jī)等。單有這些硬件是不夠的，機(jī)器人的大腦還無法運(yùn)行。只有在程序的控制下，它才能按我們的要求去工作。可以說程序就是機(jī)器人的靈魂了。而程序是由編程語言所編寫的。編程語言是一個(gè)控制器能夠接受的語言類型，一般有C語言，匯編語言或者basic語言等，這些通常能被高級(jí)一點(diǎn)的控制器直接執(zhí)行，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

12、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。通過發(fā)送紅外線信號(hào)，并接收反射回來的信號(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)開關(guān)和壓敏傳感

13、器。微動(dòng)開關(guān)其實(shí)就是一個(gè)小開關(guān)，通過調(diào)節(jié)開關(guān)上的杠桿長(zhǎng)短，能夠調(diào)節(jié)觸動(dòng)開關(guān)的力的大小。用來做碰撞檢測(cè)這是最好不過了。但是這種傳感器必須事先確定好力的閥值，也就是說只能實(shí)現(xiàn)硬件控制（開還控制）。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)來的，通過把發(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)

14、產(chǎn)生控制中的一個(gè)開環(huán)問題，沒有反饋，無法獲知運(yùn)動(dòng)是否正確。 位置傳感器和姿態(tài)傳感器就是用來解決這個(gè)問題的。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編碼器讀出，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)過的角度等信息。（三）、機(jī)器人的腿驅(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

15、最主要的控制量就是控制機(jī)器人的移動(dòng)，無論是自身的移動(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)。一般來說，有專門的控制卡和控制芯片來進(jìn)行控制的。有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，然后就可以用程序來控制電機(jī)了。第二個(gè)問題是控制電機(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)

16、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)最大的問題是你沒法精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)，也就前面所說的位置控制。你必須加上一個(gè)編碼盤，來進(jìn)行反饋，來獲得實(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?，F(xiàn)在也有很多控制芯片帶調(diào)速功能的。選購時(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，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

17、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)速是通過控制電機(jī)的頻率來獲得的。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，要說明一下：一般情況下，電機(jī)都沒法直接帶動(dòng)輪子或者手臂，因?yàn)樗俣冗^高力矩不夠大，所以我們需要加上一個(gè)減速箱來增加電機(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)器人的手臂機(jī)械傳動(dòng)

18、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)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)六足爬蟲機(jī)器人，用日立（HITACHI）的錄像機(jī)遙控器來對(duì)它進(jìn)

19、行控制。基本原理是：遙控器發(fā)出紅外學(xué)號(hào)，機(jī)器人通過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?？刂葡到y(tǒng)我使用的是AT89S51單片機(jī)，編程語言使用的是匯編語言，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 12MHz）3

20、、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（二）、AT89S51各引腳功能介紹：VCC：AT89S51 電源正端輸入，接+5V。VSS：電源地端。XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(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

21、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)。RESET：AT89S51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處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp：EA為英文External Access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EPROM中）來執(zhí)行程序。因

22、此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲(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。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時(shí)，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable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，因此可以用來驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入

23、。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)劃的特殊功能來使用。PSEN：此為Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（EA=0），會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。AT89S51可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，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位寬的開路汲極（Open Drain）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（P

24、1、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)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)器空間。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)成輸入端口來使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在AT

25、89S51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來使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有內(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)LS TTL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、

26、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)。二、控制系統(tǒng)電路圖控制系統(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）

27、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，也就是說越能承受更大的重量，但轉(zhuǎn)動(dòng)的速度也愈低。微型伺服馬達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖微型伺服馬達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（二）、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：微行伺服馬達(dá)工作原理圖微行伺服馬達(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

28、）、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4V6V之間，該電源應(yīng)盡可能與處理系統(tǒng)的電源隔離（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1ms2ms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)系：（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

29、技術(shù)參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速：0.23秒60度。力矩：3.2kgcm。尺寸：40.4mm19.8mm36mm。重量：37.2g。5V電源供電?？刂浦芷诿}沖寬度為20ms。送出不同的正脈沖寬度是，就可以得到不同的控制效果。控制正脈沖寬度如下：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進(jìn)行控制操作，如圖1所示。發(fā)

30、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)用比較廣泛，解碼比較容易的一類來加以說明，現(xiàn)以日本NEC的uPD6121G組成發(fā)射電路為例說明編碼原理。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)制的串行碼，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

31、“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，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。UPD6121G最多額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。（三）、紅外接收模

32、塊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)，并跳過引導(dǎo)信號(hào)，開始收集連續(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0.56ms+高電平的寬度0.56ms。

33、解碼為1：低電平的寬度1.68ms+高電平的寬度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，來確定編碼為0或是1。程序中可以減法指令SUBB來完成判斷，指令“SUBB A，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”無產(chǎn)生借位，借位標(biāo)志C=0，表示編碼為0。將借位標(biāo)志C經(jīng)過右移指令“RRC A”轉(zhuǎn)入A寄存器中，再經(jīng)由

34、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“紅外遙控爬蟲機(jī)器人ASM程序”中的“紅外解碼子程序”。五、控制程序; 紅外遙控爬蟲機(jī)器人ASM程序;HOMEEQU 14 ；伺服馬達(dá)回到中點(diǎn)時(shí)間常數(shù)BACKEQU 3 ；伺服馬達(dá)反轉(zhuǎn)時(shí)間常數(shù)FOR EQU 25 ；伺服馬達(dá)正轉(zhuǎn)時(shí)間常數(shù); ；遙控器按鍵16比較碼CODE_K1 EQU 19H ；機(jī)器人前進(jìn)比較碼CODE_K2 EQU 18H ；機(jī)器人后退比較碼CODE_K3 EQU 0AH ；機(jī)器人左轉(zhuǎn)比較碼CODE_K4 EQU 09H ；機(jī)器人右轉(zhuǎn)比較碼CODE_K5 EQU 0BH ；機(jī)器人回到中點(diǎn)比較碼CODE_K6 EQU 14H ；機(jī)

35、器人行走啟動(dòng)進(jìn)比較碼; IRCOM EQU 30H ；紅外線信號(hào)解碼數(shù)據(jù)放置變量起始地址COM EQU 32H ；比較第3字節(jié)變量; IRIN EQU P3.2 ；紅外線IR信號(hào)輸入位引腳定義WLEDEQU P3.7 ；發(fā)光二極管引腳定義SPK EQU P3.4 ；壓電喇叭引腳定義DJZ EQU P1.0 ；中間伺服馬達(dá)引腳定義DJL EQU P1.1 ；左側(cè)伺服馬達(dá)引腳定義DJR EQU P1.2 ；右側(cè)伺服馬達(dá)引腳定義; ORG 0H ；程序代碼由地址0開始執(zhí)行JMP BEGIN ；進(jìn)入主程序; BEGIN:CLR DJZ ；關(guān)閉中間伺服馬達(dá) CLR DJL ；關(guān)閉左側(cè)伺服馬達(dá)CLR DJ

36、R ；關(guān)閉右側(cè)伺服馬達(dá)CLR SPK ；關(guān)閉壓電喇叭 CALL LED_BL ；發(fā)光二極管閃爍，表示程序開始執(zhí)行 CALL BZ ；壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲 CALL GO_HOME ；全部伺服馬達(dá)回到中點(diǎn) CALL LED_BL ；發(fā)光二極管閃爍，表示機(jī)器人準(zhǔn)備完畢 CALL BZ ；壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲CALL QD ；運(yùn)行行走啟動(dòng)子程序，擺好行走姿態(tài)SETB IRIN ；紅外線信號(hào)IR輸入位設(shè)為高電平，準(zhǔn)備接收紅外信號(hào)LOOP:MOV R0,#IRCOM ；設(shè)置IR解碼起始地址CALL IR_IN ；進(jìn)行IR解碼CALL OP ；進(jìn)行解碼比較，并控制機(jī)器人動(dòng)作 JMP LOOP ；繼續(xù)循環(huán)執(zhí)

37、行; DELAY:MOV R6,#50 ；10ms延時(shí)子程序D1: MOV R7,#99 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 DJNZ R5,DELAY RET; LED_BL: MOV R1,#4 ；發(fā)光二極管閃爍子程序LE1: CPL WLED ；發(fā)光二極管反向 MOV R5,#10 CALL DELAY ；進(jìn)行100ms延時(shí) DJNZ R1,LE1 RET; BZ: MOV R6,#0 ；壓電喇叭發(fā)聲子程序B1: SETB SPK ；壓電喇叭得電，開始發(fā)聲 DJNZ R6,B1 MOV R5,#5CALL DELAY ；進(jìn)行50ms延時(shí) CLR SPK ；關(guān)閉壓電喇叭 RET; D

38、EL: ；0.1ms延時(shí)子程序 MOV R5,#1DELAY1: MOV R6,#2E1: MOV R7,#22E2: DJNZ R7,E2 DJNZ R6,E1 DJNZ R5,DELAY1 RET; IR_IN: ；紅外解碼子程序I1:JNB IRIN,I2 ；等待紅外IR信號(hào)出現(xiàn)JMP I1I2:MOV R4,#20 ；發(fā)現(xiàn)紅外IR信號(hào)，延時(shí)一下I20:CALL DELDJNZ R4,I20JB IRIN,I1 ；確認(rèn)紅外IR信號(hào)出現(xiàn)I21:JB IRIN,I3 ；等待IR變?yōu)楦唠娖紺ALL DELJMP I21I3:MOV R3,#0 ；8位數(shù)清0LL:JNB IRIN,I4 ；等待I

39、R變?yōu)榈碗娖紺ALL DELJMP LLI4:JB IRIN,I5 ；等待IR變?yōu)楦唠娖紺ALL DELJMP I4I5:MOV R2,#0 ；0.1ms 計(jì)數(shù)L1:CALL DELJB IRIN,N1 ；等待IR變?yōu)楦唠娖組OV A,#8 ；設(shè)置減數(shù)為8CLR C ；清除借位標(biāo)志CSUBB A,R2 ；判斷高低位MOV A,R0 ；取出內(nèi)存中原先數(shù)據(jù)RRC A ；右移指令，將借位標(biāo)志C右移進(jìn)入A寄存器中 MOV R0, A ；將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存中 INC R3 ；處理完成一位，R3+1（R3計(jì)數(shù)）CJNE R3,#8, LL ；循環(huán)處理8位MOV R3,#0 ；R3清0INC R0 ；處理完成1

40、個(gè)字節(jié)，R0+1（R0計(jì)數(shù)）CJNE R0,#34H, LL ；循環(huán)收集到4個(gè)字節(jié)JMP OK ；至完成返回N1:INC R2 ；R2+1（R2計(jì)數(shù)）CJNE R2,#30, L1 ；0.1ms 計(jì)數(shù)過長(zhǎng)，時(shí)間到自動(dòng)離開OK:RET ；完成返回; OP: 執(zhí)行解碼動(dòng)作子程序MOV A,COMCJNE A,#CODE_K5, A1 ；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CALL LED_BL ；發(fā)光二極管閃爍CALL BZ ；壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲CALL GO_HOME ；執(zhí)行回到中點(diǎn)CALL LED_BL ；發(fā)光二極管閃爍CALL BZ ；壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲RETA1:M

41、OV A,COMCJNE A,#CODE_K1, A2 ；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CALL BZ ；壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲CALL GO_FOR ；執(zhí)行前進(jìn) RETA2:MOV A,COMCJNE A,#CODE_K2, A3 ；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CALL BZ ；壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲 CALL GO_BACK ；執(zhí)行后退 RETA3: ;LMOV A,COMCJNE A,#CODE_K3, A4 ；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CALL BZ ；壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲 CALL GO_L ；執(zhí)行左轉(zhuǎn) RETA4:

42、 ;R MOV A,COM CJNE A,#CODE_K4, A5 ；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CALL BZ ；壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲 CALL GO_R ；執(zhí)行右轉(zhuǎn)RETA5:MOV A,COMCJNE A,#CODE_K6, A6 ；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)CALL LED_BL ；發(fā)光二極管閃爍CALL BZ ；壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲 CALL QD ；執(zhí)行行走啟動(dòng)CALL LED_BL ；發(fā)光二極管閃爍CALL BZ ；壓電喇叭發(fā)出嘀的一聲 RETA6: RET ；返回; HOME1: SETB DJZ ；各伺服電機(jī)回中點(diǎn)控制子程序

43、SETB DJLSETB DJRMOV R4,#HOMEG1:CALL DELDJNZ R4,G1CLR DJZCLR DJLCLR DJRMOV R4,#(200-HOME)G2:CALL DELDJNZ R4,G2RET; GO_HOME: MOV R3,#15 ；機(jī)器人回中點(diǎn)子程序H1: CALL HOME1 DJNZ R3,H1 RET ; DJZ_FOR: SETB DJZ ；中間電機(jī)正轉(zhuǎn)子程序 MOV R4,#FORFZ1: CALL DEL DJNZ R4,FZ1 CLR DJZ MOV R4,#(200-FOR)FZ2: CALL DEL DJNZ R4,FZ2 RET ; D

44、JL_FOR: SETB DJL ；左側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)子程序 MOV R4,#FORFL1: CALL DEL DJNZ R4,FL1 CLR DJL MOV R4,#(200-FOR)FL2: CALL DEL DJNZ R4,FL2 RET ; DJR_FOR: SETB DJR ；右側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)子程序 MOV R4,#FORFR1: CALL DEL DJNZ R4,FR1 CLR DJR MOV R4,#(200-FOR)FR2: CALL DEL DJNZ R4,FR2 RET ; DJZ_BACK: SETB DJZ ；中間電機(jī)反轉(zhuǎn)子程序 MOV R4,#BACKDJZBA1: CALL DEL DJNZ R4,DJZBA1 CLR DJZ MOV R4,#(200-BACK)DJZB2: CALL DEL DJNZ R4,DJZB2 RET ; DJL_BACK: SETB DJL ；左側(cè)電機(jī)反