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)、海洋開發(fā)、工廠自動(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。 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)器人按照車輪數(shù)目的同步又有不同的分類， 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)器人車體由車架、電池組、直流電機(jī)、車輪和傳感器等組成，是整個(gè) 機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，車體機(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、。 智能車機(jī) 械系統(tǒng)，對(duì)智能車是至關(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、車模剛度調(diào)校、 差速器調(diào)整等。 車模舵機(jī)原始支架不符合汽車轉(zhuǎn)向關(guān) 系，需要對(duì)其進(jìn)行改裝使其符合汽車轉(zhuǎn)向關(guān)系。 傳感器支架需要吸收車模震動(dòng)對(duì) 傳感器的干擾， 也需要減少車的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 傳感器會(huì)改變車模重心， 讓車模重心 遠(yuǎn)離地面或車中心， 這樣會(huì)影響到車模輪胎附著力分配， 影響車模加速和轉(zhuǎn)向性 能。車模懸架系統(tǒng)調(diào)校可以使車模遠(yuǎn)離共振， 有更好的地面附著性能。 車模整體 剛度調(diào)整讓車模轉(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)是智能車的轉(zhuǎn)向執(zhí)行部分， 對(duì)車模來說， 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)在智能車運(yùn)行 中可以實(shí)現(xiàn)倒車功能，減速增扭，還具有差速作用，在必要時(shí)還可以中斷動(dòng)力， 使汽車停下來。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、舵機(jī)連片、拉桿、 車輪、車輪支撐臂。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 的行駛會(huì)特別順暢和輕盈。 汽車轉(zhuǎn)向系分

5、為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類。 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)向兩種類型。 智能車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為機(jī)械轉(zhuǎn)向系， 結(jié)構(gòu)上與汽車的轉(zhuǎn)向結(jié) 構(gòu)類似。汽車的轉(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)， 智能車前懸架為獨(dú)立式懸架，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是參考汽車獨(dú)立懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 汽車行駛系統(tǒng)包括：車架、車輪、懸架和車橋。車架主要是接受傳動(dòng)系統(tǒng)的 動(dòng)力，通過驅(qū)動(dòng)輪與路面的作用產(chǎn)生牽引力， 使汽車正常行駛， 要求具有足夠的 強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠燃纯伞?車輪則通過和汽車

6、懸架共同緩沖減振， 從而保證汽車具 有良好的乘坐舒適性和行駛平順性， 使用中保證車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， 以提高汽車的牽引性、 制動(dòng)性和通過性， 車輪同時(shí)還承受汽車重力， 并傳遞其他方向的力和力矩， 降低滾動(dòng)阻力， 提高汽 車的燃油經(jīng)濟(jì)性。 汽車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， 保證汽車直線行駛的穩(wěn)定的 作用。電機(jī)是車模前進(jìn)的動(dòng)力裝置， 車模加減速特性、 行駛過程中的速度響應(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)中車速傳感器是速度 閉環(huán)控制的關(guān)鍵，對(duì)車速傳感器的要求是車輛在行駛過程中，速度記錄丟失在 5%以內(nèi)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流滿足電機(jī)最大過載電流， 通態(tài)電阻越小越好。 車輪差速器 是車輛轉(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 是目前客戶使用比較少的芯片，中文資料 比少，使用的用戶不是特別多，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)接模塊傳感器是車模識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵， 不同類別的傳感器其識(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。 在智能車的制 作過程中， 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 部光線變化和車模振動(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，來控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)力。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊能夠滿足驅(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 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 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，打開中斷，同時(shí)，定時(shí)器開始計(jì)數(shù)。如果定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出，說明在預(yù)定的 距離內(nèi)沒有障礙物，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 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)過通過模糊控制 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)宏觀構(gòu)想硬件開發(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， 那么軟件的調(diào)試和硬件電 路板的開發(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設(shè)置來使用系統(tǒng)自動(dòng)生成的程 序，要自己來編譯程序還是有很大的困難， 語言的學(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)器人的開發(fā)是一門很深?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)智能車有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)， 更學(xué)會(huì)了思考問題，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 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 下載器連接到開發(fā)板上，打開開發(fā)板電源； （2）打開光盤文件中的 “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，程序開始執(zhí)行

21、。（5）觀察實(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，說明智能車安裝及軟件安裝實(shí)現(xiàn)沒有問題， 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。控制時(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波來控制MOS管，通過調(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)模塊來驅(qū)動(dòng) 智能車的電機(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)說明可以參考光盤 “芯片資料 ”文件夾下的關(guān)于 BTS7970 模塊的說明。注意：本實(shí)驗(yàn)的演示代碼是針對(duì)本店銷售的 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)）在第九屆智能車比賽上，光電組采用 B車模，車模上只有一個(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)用電池給開發(fā)板供電，將電池的正負(fù)極分別接 到開發(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

24、帽將 BTS7970 模塊的J3接口上的（ EN-GND）、（INH-VCC ）插針短接。用杜邦線將開發(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 到開發(fā)板上，打開開發(fā)板電源。（ 2）打開光盤文件中的“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，程序開始執(zhí)行。（5）觀察實(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)來控制一個(gè) H橋， PWM信號(hào)的頻率為 10kHz。通過匹配 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)用電池給開發(fā)板供電，將電池的正負(fù)極分別接 到開發(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。用跳線帽將 BTS7970 模塊的J3接口上的（ EN-GND）、（INH-VCC ）插針短接。用杜邦線將開發(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 到開發(fā)板上，打開開發(fā)板電源。（2）打開光盤文件中的“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，程序開始執(zhí)行。12（5）觀察實(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)）在第九屆智能車比賽上，電磁組采用 C車模，攝像頭組采用 C、 D或E車模， 這些車模上都有兩個(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、給開發(fā)板供電，將電池的正負(fù)極分別接 到開發(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。用杜邦線將開發(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 下載器連接到開發(fā)板上，打開開發(fā)板電源。（2）打開光盤文件中的“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，程序開始執(zhí)行。（5）觀察實(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)來控制兩個(gè) H橋， PWM信號(hào)的頻率為 10kHz。通過匹配 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)用電池給開發(fā)板供電，將電池的正負(fù)極分別接 到開發(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。注意開發(fā)