畢業(yè)設(shè)計(jì)論文---能力風(fēng)暴機(jī)器人無(wú)線(xiàn)通訊卡設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　題目 能力風(fēng)暴機(jī)器人無(wú)線(xiàn)通訊卡設(shè)計(jì)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　題目能力風(fēng)暴機(jī)器人無(wú)線(xiàn)通訊卡設(shè)計(jì)</p><p>　專(zhuān)題</p><p>　主要內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)（論文）要求及應(yīng)具備條件：無(wú)線(xiàn)通訊模塊方案設(shè)計(jì)（概述，方

2、案比較，整體布置等）無(wú)線(xiàn)通訊模塊整體設(shè)計(jì)（主要技術(shù)參數(shù)及整體尺寸的確定，芯片的選型，參數(shù)的確定等）計(jì)算機(jī)繪圖（如電路原理圖，印刷電路版圖、流程圖等）自制的無(wú)線(xiàn)通訊模塊一塊利用VJC1.6編程工具調(diào)試通過(guò)說(shuō)明書(shū)——手寫(xiě)60頁(yè)左右，打印小四號(hào)字40頁(yè)以上，目錄要求：（1）概述（機(jī)器人足球比賽現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)任務(wù)等）；（2）方案比較與參數(shù)確定；（3）電路原理圖與印刷電路版圖的繪制；（4）基于無(wú)線(xiàn)通訊模塊的機(jī)器人足球比賽控制策略研究；（5）程序調(diào)試

3、；（6）參考文獻(xiàn)</p><p>　主要技術(shù)參數(shù)元件NRF401封裝尺寸SSOIC、電路板各元器件大小及封裝形式各個(gè)元件到電路板尺寸大小、導(dǎo)線(xiàn)尺寸</p><p>　進(jìn)度及完成日期第1-2周（3.8-3.21）：畢業(yè)實(shí)習(xí)。第3周（3.22-3.29）：畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，文獻(xiàn)資料收集。第4-5周（3.29-4.11）：英文資料翻譯。第6周（4.12-4.18）：查閱資料，尋找方案并比較。第7周（

4、4.19-4.25）：確定方案，完善方案。第8周（4.26-5.2）：學(xué)習(xí)Protel軟件。第9-11周（5.3-5.23）：程序設(shè)計(jì)。第12-13周（5.24-6.6）：整理設(shè)計(jì)資料。第14周（6.7-6.13）：撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。第15周（6.14-6.20）：打印、裝訂，整理資料準(zhǔn)備答辯。第16周（6.21-6.22）：答辯。</p><p>　教學(xué)院長(zhǎng)簽字日 期教研室主任簽字日 期指導(dǎo)教師簽字日 期&l

5、t;/p><p>　指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語(yǔ)</p><p>　指導(dǎo)教師: 年 月 日</p><p>　指 定 論 文 評(píng) 閱 人 評(píng) 語(yǔ)</p><p>　評(píng)閱人: 年 月 日</p><p>　答 辯

6、委 員 會(huì) 評(píng) 語(yǔ)</p><p>　評(píng)定成績(jī)指導(dǎo)教師給定成績(jī)(30%)評(píng)閱人給定成績(jī)(30%)答辯成績(jī)（40%）總 評(píng)答辯委員會(huì)主席簽字</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　能力風(fēng)暴機(jī)器人是上海廣茂達(dá)電子信息有限公司開(kāi)發(fā)的對(duì)動(dòng)手操作和實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)的機(jī)器人平臺(tái)，他還可以借助于交互式C語(yǔ)言和開(kāi)放式接口進(jìn)一

7、步提高機(jī)器人的開(kāi)發(fā)潛力。它是最優(yōu)秀的科技類(lèi)探索性課程及課外活動(dòng)的教具，它融合了光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的高科技知識(shí)，集輔助教學(xué)和娛樂(lè)于一身。</p><p>　　在移動(dòng)機(jī)器人多傳感器信息處理能力研究中，在機(jī)器人自身有限處理能力情況下，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式，依靠PC機(jī)處理傳感器信息成為一種可行方案。本文以能力風(fēng)暴機(jī)器人作為控制平臺(tái)，成功地實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人的無(wú)線(xiàn)通訊擴(kuò)展。</p><p>　

8、　本文首先介紹了機(jī)器人的研究背景，分析了用無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)器人之間無(wú)線(xiàn)通信的原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。該無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)脫離了計(jì)算機(jī)的控制，機(jī)器人可自行收發(fā)數(shù)據(jù)，通過(guò)方案一的確定，然后通過(guò)對(duì)NRF401芯片的介紹和運(yùn)用來(lái)處理機(jī)器人在無(wú)線(xiàn)通訊傳輸方面遇到的一系列問(wèn)題，同時(shí)給出了相應(yīng)的原理圖和PCB圖的設(shè)計(jì)。</p><p>　　設(shè)計(jì)中使用VJC進(jìn)行軟件編程調(diào)試。擴(kuò)展卡安裝在機(jī)器人上運(yùn)行表明所作設(shè)計(jì)可以使能力風(fēng)暴機(jī)器人之間實(shí)現(xiàn)無(wú)

9、線(xiàn)通信。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 能力風(fēng)暴機(jī)器人；無(wú)線(xiàn)通訊；Protel99；NRF401；VJC</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The “Ability storms” robot, which is developed by Shanghai Grandar Electronic Info

10、rmation Co., is a platform training one's operating and realizing ability, it can also enhance the development potential of the robot through the use of interactive C language and open interfaces.</p><p>

11、;　　In the mobile robot research of multi sensors’ information processing, for the limitation of robot S capability, it is possible for robot to process the information depend on profession computer via wireless communica

12、tion. We describes the implementation of wireless control based on AS0S robot．</p><p>　　This paper introduces the research background, and analyzed the principle and designing features of how achieving wirel

13、ess communication between the robots by wireless transceiver modules. The wireless communications system is separated from the computer control, the robot can send and receive data by itself, then through the introductio

14、n and use of the NRF401 chip handle a series of problems encountered in the wireless communication transmission, with the corresponding schematic and the PCB map</p><p>　　VJC is used to debug software in the

15、 design. The conducting of expansion card installed in the robot shows that the design will enable the “Ability storms” robot realizes wireless communication.</p><p>　　Key words：Ability storm robot; wireless

16、 transmission; PROTELL99; NRF401; VJC</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目錄III</b></p>

17、<p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 機(jī)器人的概念1</p><p>　　1.2 國(guó)際機(jī)器人的發(fā)展1</p><p>　　1.4 機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)4</p><p>　　1.5 無(wú)線(xiàn)通信7</p><p>　　1.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容8

18、</p><p>　　第2章 能力風(fēng)暴機(jī)器人10</p><p>　　2.1 能力風(fēng)暴機(jī)器人的結(jié)構(gòu)10</p><p>　　2.1.1 控制部分10</p><p>　　2.1.2 傳感器部分10</p><p>　　2.2 能力風(fēng)暴機(jī)器人的三大要素12</p><p>　　2.3

19、能力風(fēng)暴的計(jì)算機(jī)硬件13</p><p>　　2.3.1 微控制器14</p><p>　　2.3.2 外部存儲(chǔ)器17</p><p>　　2.3.3 電源與復(fù)位電路19</p><p>　　2.3.4 通信19</p><p>　　第3章 無(wú)限通訊卡設(shè)計(jì)方案選擇20</p><p&g

20、t;　　3.1主要芯片介紹20</p><p>　　3.1.1 PTR200020</p><p>　　3.1.2 NRF40122</p><p>　　3.2 設(shè)計(jì)方案（基于NRF401）25</p><p>　　第4章 無(wú)線(xiàn)通訊卡硬件設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.1 元件的選擇28</p&

21、gt;<p>　　4.2 Protel 99 se簡(jiǎn)介31</p><p>　　4.3 設(shè)計(jì)原理圖31</p><p>　　4.4 工作原理33</p><p>　　4.5 設(shè)計(jì)過(guò)程34</p><p>　　第5章 無(wú)線(xiàn)通訊卡軟件設(shè)計(jì)35</p><p>　　5.1 測(cè)試程序35</p

22、><p>　　5.2 系統(tǒng)測(cè)試39</p><p><b>　　結(jié)論40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　致謝43</b></p><p><b>　　附件144</b>&

23、lt;/p><p><b>　　附件250</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 機(jī)器人的概念</p><p>　　機(jī)器人是一種具有移動(dòng)性、個(gè)體性、智能性、通用性、半機(jī)械半人性、自動(dòng)性、奴隸性等7個(gè)特征的柔性機(jī)器，用自動(dòng)性、智能性、個(gè)體性、半機(jī)械半人

24、性、作業(yè)性、通用性、信息性、柔性、有限性、移動(dòng)性等10個(gè)特性來(lái)表示機(jī)器人的形象。</p><p>　　1987年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制的操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)?！?lt;/p><p>　　我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和

25、協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器”。 自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)的誕生，推動(dòng)了現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展。</p><p>　　1.2 國(guó)際機(jī)器人的發(fā)展</p><p>　　機(jī)器人的誕生地在美國(guó)，1962年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，美國(guó)現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國(guó)之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。綜觀(guān)它的發(fā)展史，道路是曲折不平坦的。由于美國(guó)政府從60年代到70年代中

26、的十幾年期間，并沒(méi)有把工業(yè)機(jī)器人列入重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，只是在幾所大學(xué)和少數(shù)公司開(kāi)展了一些研究工作。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，在只看到眼前利益，政府又無(wú)財(cái)政支持的情況下，寧愿錯(cuò)過(guò)良機(jī)，固守在使用剛性自動(dòng)化裝置上，也不愿冒著危險(xiǎn)，去應(yīng)用或制造機(jī)器人。加上當(dāng)時(shí)美國(guó)失業(yè)率高達(dá)6．65％，政府擔(dān)心發(fā)展機(jī)器人會(huì)造成更多人失業(yè)，因此不予投資，也不組織研制機(jī)器人，這不能不說(shuō)是美國(guó)政府的戰(zhàn)略決策錯(cuò)誤。70年代后期，美國(guó)政府和企業(yè)界雖有所重視，但在技術(shù)路線(xiàn)上仍把重點(diǎn)放在研

27、究機(jī)器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級(jí)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)上，致使日本的工業(yè)機(jī)器人后來(lái)居上，并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機(jī)器人制造業(yè)上很快超過(guò)了美國(guó)，產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上形成了較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p>　　進(jìn)入80年代之后，美國(guó)才感到形勢(shì)緊迫，政府和企業(yè)界才對(duì)機(jī)器人真正重視起來(lái)，政策上也有所體現(xiàn)，一方面鼓勵(lì)工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機(jī)器人，另一方面制訂計(jì)劃、提高投資，增加機(jī)器人的研究經(jīng)費(fèi)，把機(jī)器人看成美國(guó)再次工業(yè)化的特

28、征，使美國(guó)的機(jī)器人迅速發(fā)展。</p><p>　　80年代中后期，隨著各大廠(chǎng)家應(yīng)用機(jī)器人的技術(shù)日臻成熟，第一代機(jī)器人的技術(shù)性能越來(lái)越滿(mǎn)足不了實(shí)際需要，美國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)帶有視覺(jué)、力覺(jué)的第二代機(jī)器人，并很快占領(lǐng)了美國(guó)60％的機(jī)器人市場(chǎng)。</p><p>　　日本在60年代末正處于經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展時(shí)期，年增長(zhǎng)率達(dá)11％。第二次世界大戰(zhàn)后，日本的勞動(dòng)力本來(lái)就緊張，而高速度的經(jīng)濟(jì)發(fā)展更加劇了勞動(dòng)力嚴(yán)重不足的

29、困難。為此，日本在1967年由川崎重工業(yè)公司從美國(guó)Unimation公司引進(jìn)機(jī)器人及其技術(shù)，建立起生產(chǎn)車(chē)間，并于1968年試制出第一臺(tái)川崎的“尤尼曼特”機(jī)器人。正是由于日本當(dāng)時(shí)勞動(dòng)力顯著不足，機(jī)器人在企業(yè)里受到了“救世主”般的歡迎。日本政府一方面在經(jīng)濟(jì)上采取了積極的扶植政策，鼓勵(lì)發(fā)展和推廣應(yīng)用機(jī)器人，從而更進(jìn)一步激發(fā)了企業(yè)家從事機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的積極性。尤其是政府對(duì)中、小企業(yè)的一系列經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠政策，如由政府銀行提供優(yōu)惠的低息資金，鼓勵(lì)集資成立“

30、機(jī)器人長(zhǎng)期租賃公司”，公司出資購(gòu)入機(jī)器人后長(zhǎng)期租給用戶(hù)，使用者每月只需付較低廉的租金，大大減輕了企業(yè)購(gòu)入機(jī)器人所需的資金負(fù)擔(dān)；政府把由計(jì)算機(jī)控制的示教再現(xiàn)型機(jī)器人作為特別折扣優(yōu)待產(chǎn)品，企業(yè)除享受新設(shè)備通常的40%折扣優(yōu)待外，還可再享受 13％的價(jià)格補(bǔ)貼。另一方面，國(guó)家出資對(duì)小企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用機(jī)器人的專(zhuān)門(mén)知識(shí)和技術(shù)指導(dǎo)等等。這一系列扶植政策，使日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展起來(lái)，經(jīng)過(guò)短短的十幾年，到80年代中期，已一躍而為“機(jī)器</p>

31、<p>　　日本政府和企業(yè)充分信任機(jī)器人，大膽使用機(jī)器人。機(jī)器人也沒(méi)有辜負(fù)人們的期望，它在解決勞動(dòng)力不足、提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本方面，發(fā)揮著越來(lái)越顯著的作用，成為日本保持經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力的一支不可缺少的隊(duì)伍。</p><p>　　1.3 我國(guó)機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀</p><p>　　我國(guó)工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)在的總裝機(jī)量約為1200臺(tái)，其中國(guó)產(chǎn)機(jī)器人占有量約為1/

32、3，即400多臺(tái)。與世界機(jī)器人總裝機(jī)臺(tái)數(shù)75萬(wàn)臺(tái)相比，我國(guó)總裝機(jī)量?jī)H占萬(wàn)分之十六。對(duì)我國(guó)這樣一個(gè)12億人口的大國(guó)來(lái)說(shuō)，差距是很明顯的。裝機(jī)數(shù)量少，說(shuō)明了我國(guó)的工業(yè)化程度與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距大。因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人的誕生和應(yīng)用發(fā)展是以工業(yè)生產(chǎn)高度自動(dòng)化和柔性化為大背景的。除數(shù)量外，差距還表現(xiàn)在已有的機(jī)器人的利用率不高，以進(jìn)口的弧焊機(jī)器人為例，據(jù)調(diào)查，完全正常運(yùn)轉(zhuǎn)，充分發(fā)揮效益的只占1/3；另外1/3處于負(fù)荷不滿(mǎn)或不能安全正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，原因是生產(chǎn)

33、管理及使用維護(hù)存在不合理現(xiàn)象或問(wèn)題；還有1/3不能正常使用，這是由于機(jī)器人質(zhì)量問(wèn)題或缺乏備件，以及請(qǐng)不起外方維修人員造成的。機(jī)器人應(yīng)用效果不理想，直接影響了用戶(hù)使用更多機(jī)器人的信心。</p><p>　　圖 1-1 我國(guó)120公斤點(diǎn)焊機(jī)器人</p><p>　　我國(guó)有組織有計(jì)劃地發(fā)展機(jī)器人事業(yè)，應(yīng)該說(shuō)是從“七五”期間的科研攻關(guān)及實(shí)施“863計(jì)劃”開(kāi)始的，經(jīng)過(guò)十幾年來(lái)的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用，從

34、縱向看，有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、特種機(jī)器人(水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)器人)，基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置、軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線(xiàn)、弧焊自動(dòng)線(xiàn)(工作站)及其周邊配套設(shè)備的</p><p>　　全線(xiàn)自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)器人焊接電源、焊縫自動(dòng)跟

35、蹤裝置也有了突破；于此同時(shí)造就了一支具有一定水平的技術(shù)隊(duì)伍。無(wú)疑，從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)在世界機(jī)器人界已有一席之地，奠定了獨(dú)立自主發(fā)展中國(guó)機(jī)器人事業(yè)的基礎(chǔ)；從社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，為中、外機(jī)器人產(chǎn)品打開(kāi)中國(guó)市場(chǎng)準(zhǔn)備了物質(zhì)和人員條件。</p><p>　　1.4 機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) </p><p>　　機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類(lèi)最偉大的發(fā)明之一，自60年代初問(wèn)世

36、以來(lái)，經(jīng)歷40年的發(fā)展已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。工業(yè)機(jī)器人在經(jīng)歷了誕生——成長(zhǎng)——成熟期后，已成為制造業(yè)中不可少的核心裝備，世界上有約75萬(wàn)臺(tái)工業(yè)機(jī)器人正與工人朋友并肩戰(zhàn)斗在各條戰(zhàn)線(xiàn)上。特種機(jī)器人作為機(jī)器人家族的后起之秀，由于其用途廣泛而大有后來(lái)居上之勢(shì)，仿人形機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人等各種用途的特種機(jī)器人紛紛面世，而且正以飛快的速度向?qū)嵱没~進(jìn)。</p><p>　

37、　機(jī)器人的出現(xiàn)并高速發(fā)展是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然，是為了提高社會(huì)的生產(chǎn)水平和人類(lèi)的生活質(zhì)量，讓機(jī)器人替人們干那些人干不了、干不好的工作。在現(xiàn)實(shí)生活中有些工作會(huì)對(duì)人體造成傷害，比如噴漆、重物搬運(yùn)等；有些工作要求質(zhì)量很高，人難以長(zhǎng)時(shí)間勝任，比如汽車(chē)焊接、精密裝配等；有些工作人無(wú)法身臨其境，比如火山探險(xiǎn)、深海探密、空間探索等；有些工作不適合人去干，比如一些惡劣的環(huán)境、一些枯燥單調(diào)的重復(fù)性勞作等；這些都是機(jī)器人大顯身手的地方。服務(wù)機(jī)器人還可以為您

38、治病保健、保潔保安；水下機(jī)器人可以幫助打撈沉船、鋪設(shè)電纜；工程機(jī)器人可以上山入地、開(kāi)洞筑路；農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以耕耘播種、施肥除蟲(chóng)；</p><p>　　圖 1-2 微型飛行器</p><p>　　機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種

39、意義上說(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。</p><p>　　圖 1-3 仿人形機(jī)器人</p><p>　　現(xiàn)在機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)是：</p><p>　　1．工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)美元降

40、至97年的6.5萬(wàn)美元。</p><p>　　2．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。</p><p>　　圖 1-4 機(jī)器人足球賽</p><p>　　3．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件

41、集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　4．機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。</p><p>　　5．

42、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。</p><p>　　6．當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。</p>

43、<p>　　圖 1-5 美國(guó)火星探測(cè)機(jī)器人</p><p>　　7．機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。</p><p><b>　　1.5 無(wú)線(xiàn)通信</b></p><p>　　無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)是銜接主機(jī)和底層機(jī)器人不可缺少的一環(huán)，它必須保

44、證從主機(jī)端到機(jī)器人底層之間的數(shù)據(jù)傳送是可靠的，從而使得機(jī)器人比較能夠順利流暢進(jìn)行。無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷發(fā)展使現(xiàn)在的機(jī)器人更加得靈活，具備了更強(qiáng)的應(yīng)變能力；機(jī)器人之間的交流通信也更加得方便、快捷。本課題是為廣茂達(dá)公司開(kāi)發(fā)的能力風(fēng)暴機(jī)器人設(shè)計(jì)一塊無(wú)線(xiàn)通訊模塊，用于解決“能力風(fēng)暴”大學(xué)版機(jī)器人在比賽過(guò)程中多機(jī)器人協(xié)作的問(wèn)題。通過(guò)在能力風(fēng)暴機(jī)器人的單片機(jī)上連接無(wú)線(xiàn)通訊模塊，使之在機(jī)器人足球比賽中能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、信息交流，以使能力風(fēng)暴機(jī)器人在比賽

45、中表現(xiàn)得更加智能、靈活。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求為：</b></p><p>　　1. 最大發(fā)射功率為 10mW。</p><p>　　2. 工作頻率在ISM頻段，無(wú)需申請(qǐng)頻點(diǎn)。</p><p>　　載波頻率430-434MHZ,也可提供315/869/915MHZ載頻。</p><

46、p>　　3. 干擾能力和誤碼率。</p><p>　　基于FSK的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾的能力，在信道誤碼率為10-2時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率10-5～10-6。</p><p><b>　　4.傳輸距離。</b></p><p>　　在視距情況下，天線(xiàn)高度>3米，可靠傳輸距離>3

47、00 m(BER=10-3/1200Bit/s)。</p><p>　　5.透明的數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　提供透明的數(shù)據(jù)接口，能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶(hù)協(xié)議。自動(dòng)過(guò)濾掉空中產(chǎn)生的噪音信號(hào)及假數(shù)據(jù)（所發(fā)即所收）。</p><p>　　產(chǎn)生的噪音信號(hào)及假數(shù)據(jù)（所發(fā)即所收）。</p><p>　　6.多信道，多速率。</p>

48、<p>　　無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊標(biāo)準(zhǔn)配置提供8個(gè)信道，滿(mǎn)足用戶(hù)多種通信組合方式。</p><p>　　無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊可提供1200Bit/s，4800Bit/s,9600Bit/s等多種通行波特率，并且接口波特率與無(wú)線(xiàn)傳輸波特率一樣，以滿(mǎn)足客戶(hù)設(shè)備對(duì)不同波特率的要求。</p><p>　　7.雙串口，3種接口方式。</p><p>　　無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊提供2個(gè)串口3種

49、接口方式，COM1為T(mén)TL電平UART接口。COM2由用戶(hù)自定義為標(biāo)準(zhǔn)的RS-232\RS485口（用戶(hù)通過(guò)跳線(xiàn)方式自定義）。</p><p>　　8.大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。</p><p>　　可1次傳輸無(wú)限長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，用戶(hù)編程更靈活。</p><p>　　9.高可靠性，體積小、重量輕。</p><p>　　1.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容</p

50、><p>　　在移動(dòng)機(jī)器人多傳感器信息處理能力研究中，在機(jī)器人自身有限處理能力情況下。通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式依靠PC機(jī)處理傳感器信息成為一種可行方案。本文以能力風(fēng)暴機(jī)器人作為控制平臺(tái)，成功地實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人的無(wú)線(xiàn)通訊擴(kuò)展。</p><p>　　移動(dòng)機(jī)器人在與外部的通信方式選擇上，由于其具有廣闊的運(yùn)動(dòng)空間，無(wú)線(xiàn)通信成為移動(dòng)機(jī)器人所必須具備的通信方式。當(dāng)前在研究機(jī)器人中用到的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一般都是采用單片機(jī)控

51、制，單片機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理能力還很有限，通訊是能力風(fēng)暴本身機(jī)器人必不可少的功能之一。通過(guò)通訊系統(tǒng)，機(jī)器人可以傳遞外部或者內(nèi)部信息，借助PC機(jī)的強(qiáng)大處理能力，完成諸如傳感信息處理、路徑規(guī)劃等數(shù)據(jù)運(yùn)算，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)器人之間的信息交互?？紤]到自主機(jī)器人自規(guī)劃、自組織、自適應(yīng)能力強(qiáng)、所處環(huán)境不確定的特點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)通訊是實(shí)現(xiàn)自主機(jī)器人之間相互通信或者機(jī)器人與計(jì)算機(jī)之間通信的理想方式。本文以課題中用到的能力風(fēng)暴器人作為控制平臺(tái)，在導(dǎo)航研

52、究中成功地通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式獲取機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中的環(huán)境信息，進(jìn)而移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行跟蹤與控制，在控制的實(shí)時(shí)性上取得很好的效果。</p><p>　　能力風(fēng)暴本身只提供一個(gè)通用的程序下載串口裝置．一般情況下我們都把能力風(fēng)暴程序下載串口作為下載專(zhuān)用．機(jī)器人通過(guò)擴(kuò)展ASBUSA和ASBUSB總線(xiàn)．加無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送與接收，計(jì)算機(jī)通過(guò)串口另外連接一個(gè)單片機(jī)與無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊之間構(gòu)成無(wú)線(xiàn)通訊系通。在設(shè)計(jì)時(shí)盡量使用軟件的功能，通過(guò)

53、程序里面軟件設(shè)定下載串口的工作模式，擴(kuò)展下載串口為通訊口。通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊NRF401來(lái)完成無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。</p><p>　　第2章 能力風(fēng)暴機(jī)器人</p><p>　　2.1 能力風(fēng)暴機(jī)器人的結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1.1 控制部分</p><p>　　控制部分主要是AS-UII 機(jī)器人的核心組成部分，見(jiàn)圖2-1。從圖中我們

54、可以清楚的看</p><p>　　到AS-UII 控制部分的主要由以下兩個(gè)部分組成：</p><p>　　圖2-1 AS-UII 控制部分</p><p><b>　　1. 主板</b></p><p>　　位于A(yíng)S-UII“心臟”部位的控制部件是AS-UII 的大腦——主板，它由很多電子元器件組成，跟人的大腦一樣，主要

55、完成接收信息、處理信息、發(fā)出指令等一系列過(guò)程。AS-UII 的大腦有記憶功能，這主要由主板上的內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)，至于“大腦”的分析、判斷、決斷功能則由主板上的眾多芯片共同完成。</p><p><b>　　2. 控制按鍵</b></p><p>　　位于A(yíng)S-UII 背部的控制面板，是AS-UII 機(jī)器人運(yùn)行控制部件。</p><p>　　2.1.2

56、 傳感器部分</p><p>　　AS-UII 機(jī)器人的傳感器，如圖2-2 ，主要有以下5 種傳感器：</p><p><b>　　1. 碰撞傳感器</b></p><p>　　AS-UII 機(jī)器人的下部放置了一個(gè)碰撞系統(tǒng)，保證AS-UII 機(jī)器人的正?；顒?dòng)。AS-UII機(jī)器人的碰撞機(jī)構(gòu)能夠檢測(cè)到來(lái)自360°范圍內(nèi)物體的碰撞，使AS-

57、UII 機(jī)器人遭遇到來(lái)自不同方向的碰撞后，能夠轉(zhuǎn)彎避開(kāi)并保持正?；顒?dòng)。</p><p><b>　　2. 紅外傳感器</b></p><p>　　AS-UII 機(jī)器人的紅外傳感器共包含兩種器件：紅外發(fā)射管和紅外接收管，看圖2-2 就可以發(fā)現(xiàn)紅外接收管位于A(yíng)S-UII 機(jī)器人的正前方，兩只紅外發(fā)射管位于紅外接收管的兩側(cè)。紅外發(fā)射管可以發(fā)出紅外線(xiàn)，紅外線(xiàn)在遇到障礙后被反射

58、回來(lái)，紅外接收管接收到被反射回來(lái)的紅外線(xiàn)以后，通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換送入CPU 進(jìn)行處理。AS-UII 機(jī)器人的紅外傳感器能夠看到前方10cm～80cm ，90°范圍內(nèi)的比210mmx150mm 面積大的障礙物，如果障礙物太小太細(xì)、或者在它的可視范圍以外，它可就沒(méi)法看到了。</p><p>　　在A(yíng)S-UII 機(jī)器人的可視范圍內(nèi)，它的可視距離是可以調(diào)整的。</p><p>　　圖2-2

59、 AS-UII 感官部分</p><p><b>　　3. 光敏傳感器</b></p><p>　　光敏傳感器是由兩個(gè)光敏電阻組成，它位于機(jī)器人的正前方。光敏傳感器能夠探測(cè)光線(xiàn)，不過(guò)在這里我們是讓它看見(jiàn)特定的顏色。我們?cè)贏(yíng)S-UII 機(jī)器人的光敏傳感器罩上了一層濾光紙，通過(guò)它的顏色來(lái)決定AS-UII 機(jī)器人能探測(cè)什么顏色的光線(xiàn)。</p><p>

60、;<b>　　4. 話(huà)筒</b></p><p>　　AS-UII 機(jī)器人的話(huà)筒的功能很強(qiáng)，它可以感受到聲音的強(qiáng)弱。我們知道我們自己的耳朵并不是所有聲音都可以聽(tīng)見(jiàn)的，我們聽(tīng)見(jiàn)的聲音在一定的頻率范圍內(nèi)，AS-UII 的“耳朵”也是這樣，它能聽(tīng)見(jiàn)的聲音頻率范圍跟人能聽(tīng)到的范圍大致是一樣的，大約是16Hz～20000Hz的機(jī)械波。AS-UII 機(jī)器人在聽(tīng)到你的聲音命令后，會(huì)根據(jù)你的指示（由程序事先

61、輸入）采取行動(dòng)。</p><p><b>　　5. 光電編碼器</b></p><p>　　在A(yíng)S-UII 機(jī)器人里有碼盤(pán)和光耦（光電編碼器）。光電編碼器主要作為控制的反饋信號(hào)。光耦通過(guò)測(cè)定隨輪軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的碼盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，得出輪子所轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，從而測(cè)定距離。</p><p>　　2.2 能力風(fēng)暴機(jī)器人的三大要素</p><

62、p>　　人對(duì)周?chē)h(huán)境的反應(yīng)過(guò)程主要是感覺(jué)→大腦思考→做出反映，機(jī)器人的信息處理流程也是如此。</p><p>　　能力風(fēng)暴個(gè)人機(jī)器人的配有5種十幾個(gè)傳感器，另外還可以根據(jù)需要擴(kuò)展其他傳感器，對(duì)環(huán)境的感知能力很強(qiáng)。感知環(huán)境的能力是產(chǎn)生智能行為的前提，因此能力風(fēng)暴能產(chǎn)生許多智能性行為。</p><p>　　能力風(fēng)暴通過(guò)微控制器（microcontroller）來(lái)思維。我們采用的是8位單片

63、機(jī)中功能最強(qiáng)、集成功能最全的機(jī)種之一。它的可靠性很高，有程序自下載功能。能力風(fēng)暴連上串口線(xiàn)就可自主下載程序，</p><p>　　圖2-3 能力風(fēng)暴個(gè)人機(jī)器人的大腦結(jié)構(gòu)</p><p>　　計(jì)算機(jī)硬件決定了機(jī)器的極限潛能，去開(kāi)發(fā)這種潛能是軟件的工作。我們?yōu)橛脩?hù)提供了交互式C語(yǔ)言，它使開(kāi)發(fā)能力風(fēng)暴的高層行為充滿(mǎn)了樂(lè)趣。有的低層的驅(qū)動(dòng)軟件與硬件聯(lián)系太緊密或?qū)崟r(shí)要求很高，需要用匯編語(yǔ)言來(lái)處理。&

64、lt;/p><p>　　能力風(fēng)暴個(gè)人機(jī)器人的執(zhí)行器有：二只高性能直流電機(jī)；一只喇叭；一只2*16字符的液晶顯示器。</p><p>　　2.3 能力風(fēng)暴的計(jì)算機(jī)硬件</p><p>　　能力風(fēng)暴計(jì)算機(jī)硬件的設(shè)計(jì)策略是盡量選擇功能齊全、可靠、周邊設(shè)備集成度高的微控制器，價(jià)格也需控制，能讓中國(guó)的學(xué)生以可以承受的價(jià)格獲得世界上先進(jìn)的智能機(jī)器人計(jì)算平臺(tái)。Motorola生產(chǎn)的

65、68HC11，使我們以極少的周邊芯片獲得了齊全的功能，8個(gè)模擬口，5個(gè)輸入捕捉，3個(gè)PWM輸出，16位地址，8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，串口，以及4個(gè)通用I/O。</p><p>　　同時(shí)，充分考慮到軟件開(kāi)發(fā)工具問(wèn)題。因?yàn)闆](méi)有優(yōu)秀方便的軟件開(kāi)發(fā)工具，硬件只能成為專(zhuān)有系統(tǒng)，而無(wú)法成為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。68HC11的自下載功能，使我們擁有了純軟件開(kāi)發(fā)調(diào)試的優(yōu)秀工具JC。JC即可用于開(kāi)發(fā)高層應(yīng)用軟件，又便于開(kāi)發(fā)低層驅(qū)動(dòng)，還能交互調(diào)試。<

66、;/p><p>　　在觀(guān)察能力風(fēng)暴控制板時(shí)要注意識(shí)別芯片管腳，特別是1腳位置。常見(jiàn)芯片的封裝形式有兩種，雙列直插（DIP）和塑料扁平封裝（PLCC），參見(jiàn)下圖。</p><p>　　圖2-4 DIP芯片管腳</p><p>　　圖2-5 PLCC芯片管腳和插座引腳</p><p>　　2.3.1 微控制器</p><p>

67、;　　68HC11E1有CPU、片內(nèi)存儲(chǔ)器、定時(shí)器系統(tǒng)、串行口、A/D、并行I/O口，中斷和復(fù)位系統(tǒng)組成，見(jiàn)圖2-6。</p><p><b>　　CPU</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)的計(jì)算原理是什么？68HC11的CPU有兩個(gè)8位累加器，兩個(gè)16位變址寄存器、一個(gè)8位條件寄存器，一個(gè)16位堆棧指針和程序計(jì)數(shù)器；M6800/M6801指令系統(tǒng)，共300多條指令；

68、16位加、減、乘、除指令。學(xué)習(xí)使用單片機(jī)，可以真切感受計(jì)算原理，指令的構(gòu)成，時(shí)鐘周期，指令周期等等。</p><p>　　圖 2-6 68HC11E1原理結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　片內(nèi)存儲(chǔ)器</b></p><p>　　68HC11E1無(wú)內(nèi)部ROM，有512字節(jié)EEPROM，可重定位的256字節(jié)RAM。</p><

69、;p><b>　　定時(shí)器和脈沖電路</b></p><p>　　16位高性能定時(shí)器系統(tǒng)，8M晶振，定時(shí)器頻率為2MHZ（周期0.5μs），3個(gè)輸入捕捉，可測(cè)量脈沖數(shù)量，脈沖周期、寬度和相位等；5個(gè)輸出比較，可輸出PWM信號(hào)，可以完成各種定時(shí)控制功能，有定時(shí)器溢出中斷功能。高性能定時(shí)器是68HC11的特色，能力風(fēng)暴中用輸入捕捉計(jì)碼盤(pán)信號(hào)，用輸出比較功能控制直流電機(jī)。</p>

70、<p><b>　　串行口</b></p><p>　　串行通訊接口SCI，能力風(fēng)暴用于和PC機(jī)通信；全雙工同步串行外圍接口SPI（圖2-7），Motorola單片機(jī)獨(dú)有的串口標(biāo)準(zhǔn)，速度可達(dá)2Mbps以上，用于擴(kuò)展外圍芯片和多機(jī)通訊。能力風(fēng)暴中已將其用于其他設(shè)備驅(qū)動(dòng)中。</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換器</b></p&g

71、t;<p>　　8個(gè)輸入通道和四個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器，具有一次完成四路A/D轉(zhuǎn)換或連續(xù)對(duì)同一路采樣轉(zhuǎn)換4次的功能。后一種功能可以方便實(shí)施去掉最大、最小，取均位的濾波方法。能力風(fēng)暴中碰撞傳感器、聲音均使用A/D轉(zhuǎn)換器，非常方便，這也是68HC11的特色。</p><p><b>　　中斷</b></p><p>　　有16個(gè)硬件中斷和兩個(gè)軟件中斷，它們各有獨(dú)立

72、的中斷向量和中斷允許位，響應(yīng)中斷時(shí)能自動(dòng)保護(hù)所有的CPU寄存器。另外具有實(shí)時(shí)中斷電路，可每隔指定的時(shí)間產(chǎn)生一次中斷。而8051單片機(jī)則只有5個(gè)硬件中斷。</p><p><b>　　并行I/O口</b></p><p>　　單片方法工作時(shí)，有38個(gè)I/O；擴(kuò)展方式時(shí)：有8位數(shù)據(jù)單線(xiàn)和16位地址總線(xiàn)，可擴(kuò)展64K存儲(chǔ)器，另有2個(gè)8位I/O口和一個(gè)I/O口。</p&

73、gt;<p><b>　　復(fù)位系統(tǒng)和電源</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)有多種復(fù)位方式：上電自動(dòng)復(fù)位；外部RESET復(fù)位；看門(mén)狗復(fù)位（軟件工作不正常時(shí)）；時(shí)鐘監(jiān)視復(fù)位。能力風(fēng)暴采用前兩種復(fù)位方式。</p><p><b>　　68HC11的管腳</b></p><p>　　68HC11的一大特色是功耗低，

74、工作電流小于15mA，有WAIT和STOP兩種方式進(jìn)行省電。68HC11的管腳圖見(jiàn)圖2-8。</p><p>　　圖2-7 68HC11的管腳</p><p>　　VDD，VSS----電源腳，VDD為+，VSS為 –</p><p>　　MODB/VSTBY，MODA/LIR----運(yùn)行方式選擇輸入腳，備用電源供給腳。</p><p>　

75、　EXTAL，EXTAL----晶振腳。能力風(fēng)暴接8M晶振。</p><p>　　E----總線(xiàn)時(shí)鐘輸出腳。能力風(fēng)暴中為2MHZ。</p><p>　　RESET----復(fù)位腳，低電壓復(fù)位。 </p><p>　　XIRQ，IRQ --- XIRQ不可屏蔽中斷請(qǐng)求輸入。</p><p>　　IRQ外部中斷輸入腳</p><

76、p>　　VREFL，VREFH ---- A/D參考電壓輸入。能力風(fēng)暴中VREFL=0，VREFH=5V。</p><p>　　PE（PEO-PE7）----A/D模擬輸入或通用輸入</p><p>　　PA（PAO-PA7）---- PA0-PA2，輸入捕捉腳。</p><p>　　PA3-PA6，定時(shí)器輸出比較腳，PA7，能作通用I/0，或脈沖累加器輸入或

77、比較輸出。</p><p>　　PD0-PD5----可作通用I/0腳，或者PDO為串口RXD輸入，PD1，串口TXD輸出，PD2-P5分別為MISO，MOSI，SCK，SS，構(gòu)成SP2串口總線(xiàn)。</p><p>　　STRA，STRB，PB，PCD----單片時(shí)，可作通用I/O口，擴(kuò)展方地址選擇AS和讀（R/W）控制線(xiàn)。</p><p>　　能力風(fēng)暴運(yùn)行于擴(kuò)展工作

78、方式，擴(kuò)展了32K靜態(tài)RAM和8個(gè)I/O口。注意：為了省引腳，單片機(jī)中一般以低8位地址和8位數(shù)據(jù)以時(shí)分多路方式合用PC的8只引腳。</p><p>　　能力風(fēng)暴充分利用了68HC11E1的全部硬件資源。</p><p>　　2.3.2 外部存儲(chǔ)器</p><p>　　能力風(fēng)暴個(gè)人機(jī)器人擴(kuò)展了32K的靜態(tài)不揮發(fā)RAM。其優(yōu)點(diǎn)是既有靜態(tài)RAM的速度和方便（70ns），又

79、有EEPROM或FlashRom的掉電不丟失性，從而能將程序和數(shù)據(jù)合用一個(gè)芯片。AS62256寫(xiě)入的數(shù)據(jù)可保存十年以上，同時(shí)具有可靠的上電、掉電、強(qiáng)靜電等數(shù)據(jù)保護(hù)功能。</p><p>　　另外需注意，AS62256在電壓低于4.5V，將自動(dòng)封鎖讀/寫(xiě)操作，保護(hù)數(shù)據(jù)。因此電池電壓過(guò)低時(shí)，單片機(jī)低電壓保護(hù)沒(méi)有來(lái)得及工作時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行有可能失常。</p><p><b>　　選址和并行

80、口擴(kuò)展</b></p><p>　　32KRAM用了AO-A14共15根地址線(xiàn)，構(gòu)成32K的地址空間，A15為高電平時(shí)和E，RESET等信號(hào)復(fù)合片選32K RAM，因此32K RAM的地址空間為OX8000-OXFFFF。另一根地址線(xiàn)A15和其余地址線(xiàn)及讀/寫(xiě)線(xiàn)復(fù)合擴(kuò)展4個(gè)輸入控制線(xiàn)，4個(gè)輸出控制線(xiàn)，見(jiàn)圖2-9。</p><p>　　圖2-8 擴(kuò)展地址選擇線(xiàn)</p>

81、;<p>　　表2-1 地址空間與8個(gè)讀寫(xiě)控制選擇線(xiàn)</p><p>　　對(duì)地址OX4000進(jìn)行寫(xiě)操作，OS0口線(xiàn)被選中，OS0作為片選信號(hào)，即把數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)寫(xiě)往OSO選中的并行接口芯片上。對(duì)地址OX4000進(jìn)行讀操作，IS0口線(xiàn)被選中，IS0作為片選信號(hào)，即把選中的芯片上的8位數(shù)據(jù)通過(guò)并行口讀至CPU。</p><p>　　32K空間用來(lái)選擇四對(duì)輸入輸出控制線(xiàn)，在能力風(fēng)

82、暴在A(yíng)SBUS上能擴(kuò)展4塊平行輸入卡，4塊平行輸出卡。目前PC機(jī)上也只有4-5個(gè)PCI擴(kuò)展槽。只要使用一對(duì)輸入輸出選擇線(xiàn)就可以擴(kuò)展8個(gè)輸出口，8個(gè)輸入口。</p><p>　　2.3.3 電源與復(fù)位電路</p><p>　　能力風(fēng)暴控制板采用Maxim603穩(wěn)壓芯片，提供500MA，5V電壓，該芯片自身的功耗很低。低電壓復(fù)位保護(hù)電路采用DS1233，當(dāng)電壓低于4.5V，將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，同時(shí)

83、紅色BAT 發(fā)光二極管變亮，見(jiàn)圖2-11。</p><p>　　圖2-9 電源與復(fù)位電路</p><p><b>　　2.3.4 通信</b></p><p>　　能力風(fēng)暴采用MAX232串口驅(qū)動(dòng)芯片，有2路輸入輸出，PC發(fā)過(guò)來(lái)的信號(hào)IC7-9再經(jīng)過(guò)一路輸入去驅(qū)動(dòng)COM發(fā)光二極管，因此PC傳數(shù)據(jù)給能力風(fēng)暴機(jī)器人時(shí)，黃色COM 發(fā)光二極管會(huì)閃動(dòng)

84、。見(jiàn)圖2-12。</p><p>　　圖2-10 通信模塊</p><p>　　第3章 無(wú)限通訊卡設(shè)計(jì)方案選擇</p><p>　　機(jī)器人僅依靠初始程序和自身傳感器來(lái)運(yùn)行，已具自主式移動(dòng)機(jī)器人雛形。為了讓機(jī)器人更準(zhǔn)確地感知周?chē)木植凯h(huán)境信息，機(jī)器人往往需要處理周?chē)恼Z(yǔ)音信息和圖像信息。對(duì)這類(lèi)信息的處理，一般有兩種方式：（1）機(jī)器人用自己的“大腦”處理這些信息，然

85、后分析、判斷、執(zhí)行動(dòng)作，但這需要機(jī)器人具有功能強(qiáng)大的“大腦”；（2）機(jī)器人再添加一個(gè)“大腦”來(lái)處理這些信息，最后在幾個(gè)“大腦”之間通信就行了。實(shí)驗(yàn)中，由于機(jī)器人自己的“大腦”還不夠十分強(qiáng)大，不具有處理圖像等復(fù)雜信息的功能，我們利用計(jì)算機(jī)來(lái)處理這類(lèi)信息，然后計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信以控制指令的形式將這些信息傳給機(jī)器人，同時(shí)機(jī)器人響應(yīng)計(jì)算機(jī)以確認(rèn)信息。無(wú)線(xiàn)通信模塊的硬件部分主要是以無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片為主體，在其周?chē)砑颖匾碾娮釉骷⑹蛊渑c能力風(fēng)暴機(jī)

86、器人的主板相連組成的。</p><p>　　3.1 主要芯片介紹</p><p>　　3.1.1 PTR2000</p><p><b>　　主要特征：</b></p><p>　　1、該器件將接收和發(fā)射合接為一體；</p><p>　　2、工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段433MHZ；</p

87、><p>　　3、采用FSK調(diào)制/解調(diào)，可直接進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入/輸出，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合；</p><p>　　4、采用DDS（直接數(shù)據(jù)合成）+PLL頻率合成技術(shù)，因而頻率穩(wěn)定性極好；靈敏度高達(dá)—105bBm;</p><p>　　5、工作電壓低（2.7V），功耗小，接受待機(jī)狀態(tài)電流僅為8μA；</p><p>　　6、具有兩個(gè)頻道，

88、可滿(mǎn)足需要多信道工作的場(chǎng)合；</p><p>　　7、工作數(shù)率最高達(dá)20kbit/s(也可在較抵速率下工作，如9600bps);</p><p>　　8、超小體積，約40 mm×27 mm×5mm;</p><p>　　9、可直接與CPU串口進(jìn)行連接（如8031），也可以用RS232與計(jì)算機(jī)接口，軟件編程非常方便；</p><

89、p>　　10、標(biāo)準(zhǔn)的DIR引腳間距更適合于嵌入式設(shè)備；</p><p>　　11、由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏的設(shè)計(jì)，因此使用時(shí)無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可證，開(kāi)闊地時(shí)的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000米。</p><p><b>　　管腳定義：</b></p><p>　　圖3-1 PTR2000管腳</p><p><b&g

90、t;　　表3-1引腳功能</b></p><p>　　PTR2000可與所有單片機(jī)（如80C31、2051、68HC08、PIC、Z8等）配合使用，可直接接單片機(jī)的串口或I/O口，也可與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行通訊，此時(shí)需要在中間簡(jiǎn)單地接在一個(gè)RS232電平轉(zhuǎn)換芯片，如MAX232等。</p><p><b>　　應(yīng)用領(lǐng)域：</b></p><p

91、>　　單片無(wú)線(xiàn)收、發(fā)一體無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊PTR2000可廣泛用于遙控、遙測(cè)、小型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)抄表、門(mén)禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽、身份識(shí)別、非接觸RF智能卡、小型無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)遙控系統(tǒng)、生物信號(hào)采集、水文氣象控制、機(jī)器人控制、無(wú)線(xiàn)/230/422/485數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)认到y(tǒng)。</p><p>　　3.1.2 NRF401</p><p&g

92、t;　　nRF401是一個(gè)為433MHz ISM 頻段設(shè)計(jì)的真正單片UHF 無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片，它采用FSK。調(diào)制解調(diào)技術(shù)nRF401最高工作速率可以達(dá)到20K，發(fā)射功率可以調(diào)整，最大發(fā)射功率是+10dBm。</p><p>　　天線(xiàn)接口設(shè)計(jì)為差分天線(xiàn)，以便于使用低成本的PCB 天線(xiàn)，nRF401 還具有待機(jī)模式，這樣可以更省電和高效。nRF401的工作電壓范圍可以從2.7-5V。 nRF401 滿(mǎn)足歐洲電信工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)E

93、TSIEN300 200-1V1.2.1。</p><p>　　表3-2 nRF401 主要技術(shù)特性</p><p>　　表3-3 NRF401管腳描述</p><p>　　圖 3-2 nRF401 管腳定義圖</p><p><b>　　應(yīng)用信息：</b></p><p><b

94、>　　天線(xiàn)輸入輸出</b></p><p>　　ANT1 和ANT2 是接收時(shí)LNA 的輸入以及發(fā)送時(shí)功率放大器的輸出連接nRF401 的天線(xiàn)是以差分方式連接到nRF401 的在天線(xiàn)端推薦的負(fù)載阻抗是400 </p><p>　　圖3-3 采用單端天線(xiàn)時(shí)匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-3 中的180nH 電感要求，自諧振頻率大于433MH

95、z。根據(jù)具體應(yīng)用不同，在50RF 輸入輸出處，可能需要LC 匹配網(wǎng)絡(luò)。單端天線(xiàn)到nRF401 的連接，也可以采</p><p>　　用一個(gè)8:1 的RF 線(xiàn)圈匹配阻抗。RF線(xiàn)圈必須有一個(gè)中心抽頭連接到VDD。</p><p>　　發(fā)送和接收頻率問(wèn)題:</p><p>　　為了獲得最好的RF性能，發(fā)射和接收頻率誤差不能超過(guò)70ppm （30KHz）。 這就要求晶體的穩(wěn)

96、定度不能低于35PPM，頻率的差異將會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)靈敏度產(chǎn)生12dB/倍程的損失。例如一個(gè)20ppm 頻率精度和在溫度范圍內(nèi)25PPM 穩(wěn)定度的晶體，最大的頻率誤差將會(huì)超過(guò)45ppm。如果發(fā)射機(jī)和接收機(jī)工作在不同的溫度環(huán)境，在最差的情況下兩邊的誤差將會(huì)超過(guò)90ppm ，其結(jié)果將會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)靈敏度下降將近5dB。</p><p>　　3.2設(shè)計(jì)方案（基于NRF401）</p><p>　　在本

97、系統(tǒng)巾，為避免相互干擾，無(wú)線(xiàn)收發(fā)部分單獨(dú)做在一塊PCB板上，組成獨(dú)立的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。</p><p>　　壓控振蕩器(VCO)外接22 mH高品質(zhì)因素電感；鎖相環(huán)(PLL)外接典型單端二所濾波器；振蕩源輸入接4 MHz晶振；ANT，／ANT，為天線(xiàn)接口，天線(xiàn)設(shè)計(jì)采用PCB差分天線(xiàn)；CS為頻率選擇，CS=0時(shí)選擇433．92 MHz，CS=1時(shí)選擇434．33 MHz，無(wú)論何種選擇都要使主從機(jī)頻率一致；PWR—UP

98、為節(jié)電控制選擇，由單片機(jī)控制；D 為數(shù)據(jù)輸?端口，與單片機(jī)串行口數(shù)據(jù)線(xiàn)RXD連接；DIN為數(shù)據(jù)輸入端U，與單片機(jī)串行口數(shù)據(jù)線(xiàn)TXD連接；TXEN為發(fā)送／接收控制端口，由單片機(jī)控制，TXEN：0時(shí)nRF401接收無(wú)線(xiàn)信息，將信息轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制串行數(shù)據(jù)后，通過(guò)D ．輸送給單片機(jī)串口RXD，TXEN：1時(shí)nRF401發(fā)送無(wú)線(xiàn)信息，單片機(jī)串口TXD輸送給nRF401的D 端 的二進(jìn)制串行數(shù)據(jù)被調(diào)制后通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射出去。</p><

99、;p>　　圖 3-4 基本連接電路</p><p>　　圖 3-5 系統(tǒng)測(cè)試連接框圖</p><p>　　表3-4推薦使用的元件參數(shù)表</p><p>　　第4章 無(wú)線(xiàn)通訊卡硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 元件的選擇</p><p>　　NFF收/發(fā)器的外圍包括RF前端（即天線(xiàn)匹配網(wǎng)絡(luò)）及鎖相環(huán)PL

100、L電路（包括晶體振蕩器、VCO電感和環(huán)路濾波電路）。外圍元件是實(shí)現(xiàn)NRF期間功能的關(guān)鍵要素。這些元件的品質(zhì)和精度直接影響器件的整體性能。</p><p><b>　　1、晶體</b></p><p>　　RF器件通常比典型的微控制器對(duì)晶體的要求更高。對(duì)晶體的具體要求一般包括以下幾個(gè)方面：</p><p><b>　　晶體振蕩頻率f0；

101、</b></p><p>　　晶體的并行等效電容C0；</p><p>　　晶體等效串聯(lián)阻抗ESR；</p><p><b>　　晶體負(fù)載電容C1；</b></p><p>　　室溫下絕對(duì)頻率精度容差；</p><p>　　穩(wěn)定度頻率的溫度穩(wěn)定性。</p><p&g

102、t;　　對(duì)于NRF器件，晶體總的容差（絕對(duì)容差和穩(wěn)定度的和）將直接影響器件之間的通信效果。如果發(fā)送端和接收端器件的頻率偏差很大，接收器將會(huì)把所發(fā)送的信號(hào)當(dāng)作噪聲濾掉。當(dāng)頻率誤差超過(guò)35×10-6時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)迅速下降。</p><p>　　挑選晶體時(shí)的重要考慮 </p><p>　　選擇合適的晶體是非常重要的，不僅影響RF應(yīng)用的性能，也降低成本.。</p><

103、p>　　要滿(mǎn)足數(shù)據(jù)手冊(cè)上的指標(biāo)，基本上有兩個(gè)因素決定晶體的價(jià)格。</p><p><b>　　頻率穩(wěn)定性。 </b></p><p>　　用于RF的晶體有較嚴(yán)格的穩(wěn)定性要求.穩(wěn)定度在一定溫度范圍內(nèi)指定。為降低成本，選擇的晶體滿(mǎn)足應(yīng)用溫度范圍即可而不必最好。假如你僅在室溫下應(yīng)用，你可以選擇滿(mǎn)足此溫度穩(wěn)定性要求的晶體以節(jié)省成本，盡管nRF器件的指標(biāo)具有更寬的溫度范圍

104、。晶體的尺寸主要取決于它的基準(zhǔn)頻率。封裝越小，價(jià)錢(qián)越貴。例如nRF401的評(píng)估板上安裝了一個(gè)HC49(占位面積）的4.000MHz晶體。這種晶體有插孔和貼片兩種封裝。插裝的晶體最便宜，但考慮加工方便選擇SMD安裝的晶體。 </p><p><b>　　2 、VCO電感</b></p><p>　　NRF器件的片內(nèi)壓控振蕩器（VCO）產(chǎn)生器件工作的所有RF頻率，因此是一

105、個(gè)非常關(guān)鍵的部分。VCO的額定工作頻率由公式f=1/LC1/2確定。</p><p>　　LC 電路將包括以下幾個(gè)部分： </p><p><b>　　片內(nèi)電路；</b></p><p><b>　　外部VCO電感；</b></p><p>　　連接芯片和VCO電感的線(xiàn)路電感；</p>

106、<p>　　VCO電感到地線(xiàn)層線(xiàn)路的寄生電容</p><p>　　由于VCO的片內(nèi)部分將VCO1和VCO2引腳之外的整個(gè)電路視作它的VCO電感，因此，電感的取值和放置位置及其在PCB板上的特性是相當(dāng)重要的。VCO電感的品質(zhì)因素Q值對(duì)VCO內(nèi)部的相位噪聲和電壓擺幅也起著決定作用，如果Q值太低，VCO電感甚至不能起振。對(duì)于NRF收/發(fā)器，要求 Q>40～45,電感量的精度應(yīng)控制在±20%之

107、內(nèi)。</p><p>　　VCO電感／環(huán)路濾波器電壓的調(diào)諧 </p><p>　　確定最佳的VCO電感取值及放置的方法 </p><p>　　測(cè)量環(huán)路濾波器的電壓。 </p><p>　　在各器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)中，電壓范圍見(jiàn)指標(biāo)說(shuō)明(例如：nRF401: pin4引腳上測(cè)量電壓值為1.1V0.2V）。如果環(huán)路濾波器電壓在這個(gè)極限范圍內(nèi)，則說(shuō)明VC

108、O電感的取值和放置是正確的.越接近額定值越好。 </p><p>　　注意如果環(huán)路濾波器電壓等于GND，應(yīng)首先檢查PCB是否短路或有未意料的錯(cuò)誤。</p><p>　　如果環(huán)路濾波器的電壓過(guò)低（如：<0.9V在nRF401上）使VCO的自由工作頻率過(guò)高，因此要調(diào)諧PLL來(lái)降低它.要減小自由工作頻率就必須增大VCO的ＬＣ乘積。根據(jù)環(huán)路濾波器電壓的偏離程度，有兩種方法調(diào)整，增加nRF芯片

109、和VCO電感之間的布線(xiàn)距離，或者增大電感的取值。關(guān)鍵是片內(nèi)VCO 所看到的整個(gè)電感值?？紤]噪聲影響,VCO電感通常應(yīng)盡量靠近芯片放置。因此增大電感取值的方法比加長(zhǎng)布線(xiàn)好。</p><p>　　如果環(huán)路濾波器電壓過(guò)高，則情況相反，要減小電感值。</p><p>　　在數(shù)據(jù)手冊(cè)及網(wǎng)上下載頁(yè)中有1.6mm厚，雙面FR4的PCB的布線(xiàn)例圖。請(qǐng)注意此布線(xiàn)圖中的VCO電感的取值和放置位置是經(jīng)上述過(guò)程優(yōu)

110、化過(guò)的。因此，如果你的設(shè)計(jì)采用其它類(lèi)型的PCB，即要對(duì)PCB的指標(biāo)或布局布線(xiàn)作改變，就會(huì)影響VCO電感的最佳取值和放置位置。你將可能需要調(diào)整樣板上VCO電感的放置。</p><p>　　由于不同類(lèi)型的PCB的寄生電容不同，很難準(zhǔn)確的用簡(jiǎn)單的公式計(jì)算VCO電感的放置位置。因此，直接在你的樣板上調(diào)試是一個(gè)最快最容易的方法。不必在布線(xiàn)上焊接VCO電感，只需將電感簡(jiǎn)單的在布線(xiàn)上移動(dòng)接觸直到得到最佳的環(huán)路濾波器電壓值。 &

111、lt;/p><p>　　記住，這種調(diào)試僅需在你的樣機(jī)上作一次.一旦你找到最佳的放置位置，就可以在合適的點(diǎn)上插入電感元件的焊腳位置。 </p><p><b>　　3、環(huán)路濾波電路</b></p><p>　　環(huán)路濾波電路用以保證提供VCO一個(gè)穩(wěn)定的控制電壓。這里，屏蔽外部噪聲是十分重要的。尤其是低頻(＜50kHZ）高幅值數(shù)字信號(hào)對(duì)濾波器的干擾如果不

112、能被有效濾除，將直接影響VCO的穩(wěn)定工作。因此，不要在環(huán)路濾波器的附近布置數(shù)字線(xiàn)路，而是在其周?chē)贾玫鼐€(xiàn)平面加以屏蔽，使數(shù)字信號(hào)線(xiàn)加以遠(yuǎn)離。同時(shí)為了獲得良好的環(huán)路濾波性能，連接到地濾波元件應(yīng)直接連接到地線(xiàn)層，而不要通過(guò)走線(xiàn)或公共過(guò)孔。</p><p><b>　　4、天線(xiàn)</b></p><p>　　當(dāng)器件處于接收模式時(shí)，引腳ANT1和ANT2提供LNA( 低噪聲放大