基于遥控机器人的研究与设计本科毕业设计论文(编辑修改稿)

基于遥控机器人的研究与设计本科毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

强、成本低等特点。 因此目前广泛应用于各种电器设备中。 在工业中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下、采用红外遥控不仅安全可靠还能有效的隔离电气干扰。 通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编 /解码 专用集成电路芯片来进行控制操作。 发射部分包括键盘矩阵、编码调制、 LED 红外发送器。 接收部分包括光、电转换放大器、解码、解调电路。 这里采用 HT6221 专用芯片。 遥控器将不同的按键编成不同的遥控编码，当发射器的按键按下后，发射器即发射一遥控码，遥控码所具有的特征有： 14 采用脉宽调制的串行码：以脉宽为 ,间隔 、周期为 的组合表示二进制 0；以脉宽为 、隔 、周期为 的组合表示二进制 1；其波形如图 所示 ： 图 脉宽调制串行码的 0/1 表示 上述的 0， 1 组成的 32 位二进制码（ 4 字节）经 38kHZ 的载频进行二次调制以提高发射效率，然后通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。 HT6221 产生的遥控编码是连续的 32 位二进制码组，其中 16 位为用户识别码，能区别不同的电气设备，防止不同机种遥控码互相干扰。 该芯片的用户识别码固定为 16 进制 01H；后 16 位为 8 位操作码（功能码）及其反 码。 遥控器按下后，周期性的发出同一种 32 位二进制码，周期约为 108ms。 一组码本身的持续时间随它包含的二进制 0， 1的个数不同而不同，大约在 4563ms之间。 接收解调部分采用 1838 红外集成接收头。 它将红外接收器和放大电路集成在一体，具有体积小、密封性好、灵敏度高、价格低廉等特点。 它仅有的三只管脚，分别是电源的正极、电源的负极以及信号输出端，其工作电压在 5V 左右。 只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器。 它的主要功能有放大、选频和解调，要求输入信号是已经被解调的信号。 经过它的接收放大和 解调会在 输出端直接输出原始的信号，而且灵敏度和抗干扰性都非常好。 167。 .“看门狗”设计 PC 受到干扰而失控，引起程序乱飞，可能使程序陷入“死循环”。 指令技术、软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱“死循环”，这时系统就会瘫痪。 如果操作者在场，就可以按下人工复位按钮，强制系统复位。 但操作者不可能一直监视着系统，所以采用了“看门狗”技术，“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的循环设置时间，则认为系统进入“死循环”， 15 然后强迫程序返回到 0000H 入口，在 0000H 处安排一段出错处理程序， 使系统运行正常。 “看门狗”技术可由硬件实现也可以由软件实现，在这里用硬件来实现。 实现硬件“看门狗”电路的方案主要有以下几种： ● 采用微处理器监控器。 ● 采用 74LS123 单稳态电路来实现“看门狗”。 ● 采用内带震荡器的计数芯片。 本设计采用第 3 种方案实现“看门狗”电路。 第三章 硬件设计 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两个部分的内容；一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如 ROM、 RAM、 I/O 口、定时 /计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在单片外进行扩展，选着适当的芯片，设计相应的电路。 二是 系统外设，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、 A/D、 D/A 转换器以及各种驱动电路等，要设计合适的接口电路。 存储器 ROM 我们这里采用 串行 EEPROM 是可在线擦出和写入的存储器，他有体积小、接口简单、数据保存可靠等特点。 我们这里选用 AT24C02 的 EEPROM 芯片，可以存储 2KB 的数据，其操作方式与通用的 12C 器件相同。 硬件连接原理图如 图 所示： 图 串行 EEPROM 硬件连接原理图 存储器 RAM 我们这里采用了 SDRAM，他是 同步动态随机存取存储器利用了爆发 模式的概念，大大提升了性能。 这种模式在读取数据时首先锁定一个记忆行，然后迅速扫过各记忆列，与此同时读取列上的位元数据。 之所以有这种设计思想，是因为多数时候 CPU 请求的数据在内存中的位置是相邻的。 SDRAM 比 EDO RAM 快 5%左右，已成为当今台式机内存中应用最广的一种。 向二级缓存的最高传输速率约为 528MB 每秒 ， SDRAM 存储器 接口电路图 如图 所示 ： 16 图 SDRAM 存储器 接口电路图： AD 转换器 AD 转换器，这里我们选用了 ADC0809。 ADC0809 采用双列直插 式封装 ,共有 28 条引脚，各管脚的功能分四组简述如下： 模拟信号输入 IN0～ IN7： IN0IN7 为八路模拟电压输 入线，加在模拟开关上，工作时采用时分割的方式，轮流 进行 A/D 转换。 地址输入和控制线 ：地址输入和控制线共 4 条，其中 ADDA、 ADDB 和 ADDC 为地址输入线，用于选择 IN0IN7 上哪 一路模拟电压送给比较器进行 A/D 转换。 ALE 为地址锁存允 许输入线，高电平有效。 当 ALE 线为高电平时， ADDA、 ADDB 和 ADDC 三条地址线上地址信号得以锁存，经译码器控制八 路模拟开关通路工作。 数字量输出及控制线（ 11 条）： START 为 “启动脉冲 ”输入线，上升沿清零，下降 沿启动 ADC0809 工作。 EOC 为转换结束输出线，该线高电平表示 AD 转换已结束，数字 量已锁入 “三态输出锁存器 ”。 D0D7 为数字量输出线， D7 为最高位。 ENABLE 为 “输 出允许 ”线，高电平时能使 D0D7 引脚上输出转换后的数字量。 电源线及其他（ 5 条）： CLOCK 为时钟输入线，用于为 ADC0809 提供逐次比较所需， 一般为 640kHz 时钟脉冲。 Vcc 为 +5V 电源输 入线， GND 为地线。 +VREF 和 VREF 为参考电压输 入线，用于给电阻网络供给标准电压。 +VREF 常和 VDD 相连， VREF 常接地。 17 ADC0809 芯片性能特点 : 是一个逐次逼近型的 A/D 转换器 ,外部供给基准电压。 单通道转 换时间 116us；分辨率为 8 位 ,带有三态输出锁存器 ,转换结束时 ,可由 CPU 打开三态门 , 读出 8 位的转换结果。 有 8 个模拟量的输入端 ,可引入 8 路待转换的模拟量。 其内部结构图如图 3.3A 所示： 图 AD0809 内部结构图 ADC0809 与 8031 的接口原理图 如图 所示： 图 ADC0809 与 8031 的接口原理图 ADC0809 与 8031 的接口工作方式 18 EOC：开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。 查询方式：查询 EOC 引脚。 中断方式： EOC 反相器接 8031 的外部中断引脚。 ALE=START=WR+ OE=RD+ 端口地址确定应使 =A15=0， A0、 A A2 给出被选择的模拟通道地址。 DA 转换器 该 课题的 DA 转换器我们选用了 DAC0832， DAC0832 是常用的集成 DAC，它是 CMOS 工艺制成的双列直插式单片 8 位 DAC，能完成数字量输入到模拟量（电流）输出的转换，可直接与 Z80， 8080， 8085， MCS51 等微处理器相连。 DAC0832 逻辑结构图 如图 所示： 图 DAC0832 逻辑结构图 DAC0832 与 MCS51 的接口图 如图 所示： 图 DAC0832 与 MCS51 的接口图 19 直流电动驱动 本系统采用软件产生 PWM 信号， 图 是直流电机驱动的电路图。 、 控制电机进退，二者不能同时为低电平，其输出周期为 80ms 的调宽方波。 三极管的功率视电机电流而定。 图 直流电动机驱动电路图 转向控制系统 转向控制系统电路图如 图 所示。 TA8453 为步进电机的控制芯片，引脚 M1 和M2 决定电机的转动方式： M1= M2=0，电机按半步方式运转； M1=0、 M2=1,电机按 1/8 步细分方式运转。 CW/CWW 控制电机转动方向。 CK CK2 时钟输入的最大频率不能超过 5kHz，控制时钟的频率，即可控制电机转动速率。 REFIN 为高电平时，NFA 和 NFB 的输出电压为 ， REFIN 为低电平时， NFA 和 NFB 输出电压为 05V，这 2个引脚控制步进电机输入电流，电流大小与 NF端外接电阻关系式为： IO=Vref/Rnf。 R R2 选用 、 2W 的大功率电阻。 步进电机按二相双极性使用，四相按二相使用时可以提高步进电机的输出转矩， D200D203 快恢复二极管用来释放 绕组电流。 你们 20 检测系统硬件设计 超声波障碍检测如 图 所示。 本设计采用 T/R4012 小型超声波传感器作为探测前方障碍物体的检测单元，其中心频率为 40kHz，由 发出的 40kHz 脉冲信号驱动超声波传感器发送器发出 40kHz 的脉冲超声波，如电动车前方遇到有障碍物时，此超声波信号被障碍物反射回来，由接收器接收，经 LM318 两级放大，再经带有锁相环的音频解码芯片 LM567 解码，当 LM567 的输入信号大于 25mV 时，输出端由高电平变为低电平，送 8031 单片机处理。 图 超声波障碍检测 原理图 语音系统 21 语音系统采用蜂鸣器作为发声器件，其连接电路图如 图 所示。 图 语音系统连接电路图 显示系统 显示系统电路原理图如 图 所示。 DM162 采用标准的 14 脚接口，其中 VSS 为地电源， VDD 接 5V 正电源， V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源 时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10KB的电位器调整对比度。 RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS合 RW 共同为的电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平时 RW 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。 E 端为时能端，当 E端由高电平跳变低电平时，液晶模块执行命令。 D0~D7 为 8 为双向数据线。 22 图 显示系统电路原理图 遥控系统 遥控系统发射硬件设计 遥控系统发射硬件部分被放置在遥控器中，其电路原理图如 图 所示。 23 图 遥控系统发射硬件 电路原理图 遥控系统接收硬件设计 遥控系统接收解码部分被放置在小车中，其电路原理图如 图 所示。 注意经过红外集成接收头后，信号被反相，即与发射时的高低电平颠倒。 图 遥控系统接收硬件 电路原理图 24 “看门狗”硬件设计 我们采用内带震荡期的计数芯片 CD4060 实现看门狗， CD4060 是震荡期的 14 为计数器，由该芯片构成的看门狗电路如图 所示，由 14 为二进制计数器 CD4060和三极管 Q700、 Q701 等组成。 单片机 8031 的 口设计成输出口，由 8031 的 CPU 向看门狗电路发送喂狗信号—— 正脉冲，在两个正脉冲间隔内， 保持为低电平（此功能要结合软件才能实现，相应的软件设计在下面介绍）。 我们知道，单片机 8031 的 I/O 口带灌电流负载的能力比较大，每个引脚低电平时的吸入电流为 20mA，带拉电流负载能力却很小，实测情况是，每个引脚高电平的输出电流为 25uA，现在 口被 设计成带拉电流负载方式，未了提高 口带拉电流负载能力，所以电路中设计了上拉电阻 R700. 14 为二进制计数器 CD4060 的计数脉冲由其内部振荡器和外接阻容元件 R70R70 C700 的电路产生，震荡周期为： TOSC=*R702*C700= 振荡器产生的计数器脉冲（矩形波）可以直接引出，同时还可以从 CD4060 的 10个输出端 Q4Q10 和 Q12Q14 得到不同分频系数的方波输出。 这样，如果 CD4060 得不到 CPU 通过 口发送来 的喂狗信号 —— 正脉冲，则 CD4060 的输出端 Q14在 内产生一个完整周期的方波信号，而且低电平在前，高电平在后。