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1、青岛理工大学毕 业 设 计（论 文）题目 能力风暴机器人无线通讯卡设计学生姓名： 学生学号： 指导教师： 机械工程 学院 测控技术与仪器专业 测控 061 班2010年6月15日毕业设计（论文）任务书专业 测控技术与仪器 班级 测控061 姓名 下发日期 2010-3-2题目能力风暴机器人无线通讯卡设计专题主要内容及要求设计（论文）要求及应具备条件：1） 无线通讯模块方案设计（概述，方案比较，整体布置等）2） 无线通讯模块整体设计（主要技术参数及整体尺寸的确定，芯片的选型，参数的确定等）3） 计算机绘图（如电路原理图，印刷电路版图、流程图等）4） 自制的无线通讯模块一块5） 利用VJC1.6编
2、程工具调试通过说明书手写60页左右，打印小四号字40页以上，目录要求：（1）概述（机器人足球比赛现状，本设计任务等）；（2）方案比较与参数确定；（3）电路原理图与印刷电路版图的绘制；（4）基于无线通讯模块的机器人足球比赛控制策略研究；（5）程序调试；（6）参考文献主要技术参数元件NRF401封装尺寸SSOIC、电路板各元器件大小及封装形式各个元件到电路板尺寸大小、导线尺寸进度及完成日期第1-2周（3.8-3.21）：毕业实习。第3周（3.22-3.29）：毕业设计准备，文献资料收集。第4-5周（3.29-4.11）：英文资料翻译。第6周（4.12-4.18）：查阅资料，寻找方案并比较。第7周（
3、4.19-4.25）：确定方案，完善方案。第8周（4.26-5.2）：学习Protel软件。第9-11周（5.3-5.23）：程序设计。第12-13周（5.24-6.6）：整理设计资料。第14周（6.7-6.13）：撰写毕业设计说明书。第15周（6.14-6.20）：打印、装订，整理资料准备答辩。第16周（6.21-6.22）：答辩。教学院长签字日 期教研室主任签字日 期指导教师签字日 期指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日答 辩 委 员 会 评 语评定成绩指导教师给定成绩(30%)评阅人给定成绩(30%)答辩成绩（40%）总
4、评答辩委员会主席签字青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书摘要能力风暴机器人是上海广茂达电子信息有限公司开发的对动手操作和实现能力培养的机器人平台，他还可以借助于交互式C语言和开放式接口进一步提高机器人的开发潜力。它是最优秀的科技类探索性课程及课外活动的教具，它融合了光学、机械、电子、计算机等学科的高科技知识，集辅助教学和娱乐于一身。在移动机器人多传感器信息处理能力研究中，在机器人自身有限处理能力情况下，通过无线通信方式，依靠PC机处理传感器信息成为一种可行方案。本文以能力风暴机器人作为控制平台，成功地实现了移动机器人的无线通讯扩展。本文首先介绍了机器人的研究背景，分析了用无线收发模块实现机器
5、人之间无线通信的原理和设计要点。该无线通信系统脱离了计算机的控制，机器人可自行收发数据，通过方案一的确定，然后通过对NRF401芯片的介绍和运用来处理机器人在无线通讯传输方面遇到的一系列问题，同时给出了相应的原理图和PCB图的设计。设计中使用VJC进行软件编程调试。扩展卡安装在机器人上运行表明所作设计可以使能力风暴机器人之间实现无线通信。关键词： 能力风暴机器人；无线通讯；Protel99；NRF401；VJCAbstractThe “Ability storms” robot, which is developed by Shanghai Grandar Electronic Informa
6、tion Co., is a platform training ones operating and realizing ability, it can also enhance the development potential of the robot through the use of interactive C language and open interfaces.In the mobile robot research of multi sensors information processing, for the limitation of robot S capabili
7、ty, it is possible for robot to process the information depend on profession computer via wireless communication. We describes the implementation of wireless control based on AS0S robotThis paper introduces the research background, and analyzed the principle and designing features of how achieving w
8、ireless 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 introduction and use of the NRF401 chip handle a series of problems encountered in the
9、wireless communication transmission, with the corresponding schematic and the PCB map.VJC is used to debug software in the design. The conducting of expansion card installed in the robot shows that the design will enable the “Ability storms” robot realizes wireless communication.Key words：Ability st
10、orm robot; wireless transmission; PROTELL99; NRF401; VJC 目录摘要IABSTRACTII目录III第1章 绪论11.1 机器人的概念11.2 国际机器人的发展11.4 机器人的发展趋势41.5 无线通信71.6 本文的主要研究内容8第2章 能力风暴机器人102.1 能力风暴机器人的结构102.1.1 控制部分102.1.2 传感器部分102.2 能力风暴机器人的三大要素122.3 能力风暴的计算机硬件132.3.1 微控制器142.3.2 外部存储器172.3.3 电源与复位电路192.3.4 通信19第3章 无限通讯卡设计方案选择203
11、.1主要芯片介绍203.1.1 PTR2000203.1.2 NRF401223.2 设计方案（基于NRF401）25第4章 无线通讯卡硬件设计284.1 元件的选择284.2 Protel 99 SE简介314.3 设计原理图314.4 工作原理334.5 设计过程34第5章 无线通讯卡软件设计355.1 测试程序355.2 系统测试39结论40参考文献41致谢43附件144附件25050第1章 绪论1.1 机器人的概念机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器，用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性
12、、移动性等10个特性来表示机器人的形象。1987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。”我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。 自动化技术的发展，特别是计算机的诞生，推动了现代机器人的发展。1.2 国际机器人的发展机器人的诞生地在美国，1962年美国研制出世界上第一台工业机器人，经过30多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。综观它的发展史，
13、道路是曲折不平坦的。由于美国政府从60年代到70年代中的十几年期间，并没有把工业机器人列入重点发展项目，只是在几所大学和少数公司开展了一些研究工作。对于企业来说，在只看到眼前利益，政府又无财政支持的情况下，宁愿错过良机，固守在使用刚性自动化装置上，也不愿冒着危险，去应用或制造机器人。加上当时美国失业率高达665，政府担心发展机器人会造成更多人失业，因此不予投资，也不组织研制机器人，这不能不说是美国政府的战略决策错误。70年代后期，美国政府和企业界虽有所重视，但在技术路线上仍把重点放在研究机器人软件及军事、宇宙、海洋、核工程等特殊领域的高级机器人的开发上，致使日本的工业机器人后来居上，并在工业生
14、产的应用上及机器人制造业上很快超过了美国，产品在国际市场上形成了较强的竞争力。进入80年代之后，美国才感到形势紧迫，政府和企业界才对机器人真正重视起来，政策上也有所体现，一方面鼓励工业界发展和应用机器人，另一方面制订计划、提高投资，增加机器人的研究经费，把机器人看成美国再次工业化的特征，使美国的机器人迅速发展。80年代中后期，随着各大厂家应用机器人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要，美国开始生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并很快占领了美国60的机器人市场。日本在60年代末正处于经济高度发展时期，年增长率达11。第二次世界大战后，日本的劳动力本来就紧张，而高速度的经济
15、发展更加剧了劳动力严重不足的困难。为此，日本在1967年由川崎重工业公司从美国Unimation公司引进机器人及其技术，建立起生产车间，并于1968年试制出第一台川崎的“尤尼曼特”机器人。正是由于日本当时劳动力显著不足，机器人在企业里受到了“救世主”般的欢迎。日本政府一方面在经济上采取了积极的扶植政策，鼓励发展和推广应用机器人，从而更进一步激发了企业家从事机器人产业的积极性。尤其是政府对中、小企业的一系列经济优惠政策，如由政府银行提供优惠的低息资金，鼓励集资成立“机器人长期租赁公司”，公司出资购入机器人后长期租给用户，使用者每月只需付较低廉的租金，大大减轻了企业购入机器人所需的资金负担；政府把
16、由计算机控制的示教再现型机器人作为特别折扣优待产品，企业除享受新设备通常的40%折扣优待外，还可再享受 13的价格补贴。另一方面，国家出资对小企业进行应用机器人的专门知识和技术指导等等。这一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年，到80年代中期，已一跃而为“机器人杨国”，其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法：“日本机器人的发展经过了60年代的摇篮期，70年代的实用期，到80年代进人普及提高期。”并正式把1980年定为“产业机器人的普及元年”，开始在各个领域内广泛推广使用机器人。日本政府和企业充分信任机器人，大胆使用机器
17、人。机器人也没有辜负人们的期望，它在解决劳动力不足、提高生产率、改进产品质量和降低生产成本方面，发挥着越来越显著的作用，成为日本保持经济增长速度和产品竞争能力的一支不可缺少的队伍。1.3 我国机器人发展的现状我国工业机器人现在的总装机量约为1200台，其中国产机器人占有量约为1/3，即400多台。与世界机器人总装机台数75万台相比，我国总装机量仅占万分之十六。对我国这样一个12亿人口的大国来说，差距是很明显的。装机数量少，说明了我国的工业化程度与工业发达国家的差距大。因为工业机器人的诞生和应用发展是以工业生产高度自动化和柔性化为大背景的。除数量外，差距还表现在已有的机器人的利用率不高，以进口的
18、弧焊机器人为例，据调查，完全正常运转，充分发挥效益的只占1/3；另外1/3处于负荷不满或不能安全正常运转状态，原因是生产管理及使用维护存在不合理现象或问题；还有1/3不能正常使用，这是由于机器人质量问题或缺乏备件，以及请不起外方维修人员造成的。机器人应用效果不理想，直接影响了用户使用更多机器人的信心。图 1-1 我国120公斤点焊机器人我国有组织有计划地发展机器人事业，应该说是从“七五”期间的科研攻关及实施“863计划”开始的，经过十几年来的研制、生产、应用，从纵向看，有了长足的进步。目前在一些机种方面，如喷涂机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运机器人、装配机器人、特种机器人(水下、爬壁、管道
19、、遥控等机器人)，基本掌握了机器人操作机的设计制造技术，解决了控制，驱动系统的设计和配置、软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线(工作站)及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机器人焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破；于此同时造就了一支具有一定水平的技术队伍。无疑，从技术方面来说，我国的机器人技术在世界机器人界已有一席之地，奠定了独立自主发展中国机器人事业的基础；从社会经济角度来看，我国机器人技术的发展，为中、外机器人产品打开中国市场准备了物质和人员条件。1.4 机器人的发展趋势 机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代
20、初问世以来，经历40年的发展已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生成长成熟期后，已成为制造业中不可少的核心装备，世界上有约75万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在各条战线上。特种机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势，仿人形机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途的特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。机器人的出现并高速发展是社会和经济发展的必然，是为了提高社会的生产水平和人类的生活质量，让机器人替人们干那些人干不了、干不好的工作。在现实生活中有些工作会对人体造成伤害，比如喷漆、重物搬运等；有些工作要求质
21、量很高，人难以长时间胜任，比如汽车焊接、精密装配等；有些工作人无法身临其境，比如火山探险、深海探密、空间探索等；有些工作不适合人去干，比如一些恶劣的环境、一些枯燥单调的重复性劳作等；这些都是机器人大显身手的地方。服务机器人还可以为您治病保健、保洁保安；水下机器人可以帮助打捞沉船、铺设电缆；工程机器人可以上山入地、开洞筑路；农业机器人可以耕耘播种、施肥除虫；图 1-2 微型飞行器机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化
22、过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。图 1-3 仿人形机器人现在机器人领域发展趋势是：1工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。2机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。图 1-4 机器人足球赛3工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且
23、采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。4机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。5虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。6当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室
24、进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。图 1-5 美国火星探测机器人7机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。1.5 无线通信无线通信系统是衔接主机和底层机器人不可缺少的一环，它必须保证从主机端到机器人底层之间的数据传送是可靠的，从而使得机器人比较能够顺利流畅进行。无线通信技术的不断发展使现在的机器人更加得灵活，具备了更强的应变能力；机器人之间的交流通信也更加得方便、快捷。本课题是为广茂达公司开发的能力风暴机器人设计一块无线通讯模块，用于解决“能力风暴”大学版机
25、器人在比赛过程中多机器人协作的问题。通过在能力风暴机器人的单片机上连接无线通讯模块，使之在机器人足球比赛中能够进行数据交换、信息交流，以使能力风暴机器人在比赛中表现得更加智能、灵活。设计要求为：1. 最大发射功率为 10mW。2. 工作频率在ISM频段，无需申请频点。载波频率430-434MHZ,也可提供315/869/915MHZ载频。3. 干扰能力和误码率。基于FSK的调制方式，采用高效前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力，在信道误码率为10-2时，可得到实际误码率10-510-6。4.传输距离。在视距情况下，天线高度3米，可靠传输距离300 m(BER=10-3/1
26、200Bit/s)。5.透明的数据传输。提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议。自动过滤掉空中产生的噪音信号及假数据（所发即所收）。产生的噪音信号及假数据（所发即所收）。6.多信道，多速率。无线数传模块标准配置提供8个信道，满足用户多种通信组合方式。无线数传模块可提供1200Bit/s，4800Bit/s,9600Bit/s等多种通行波特率，并且接口波特率与无线传输波特率一样，以满足客户设备对不同波特率的要求。7.双串口，3种接口方式。无线数传模块提供2个串口3种接口方式，COM1为TTL电平UART接口。COM2由用户自定义为标准的RS-232RS485口（用户通过跳线方式自定
27、义）。8.大的数据缓冲区。可1次传输无限长度的数据，用户编程更灵活。9.高可靠性，体积小、重量轻。1.6 本文的主要研究内容在移动机器人多传感器信息处理能力研究中，在机器人自身有限处理能力情况下。通过无线通信方式依靠PC机处理传感器信息成为一种可行方案。本文以能力风暴机器人作为控制平台，成功地实现了移动机器人的无线通讯扩展。移动机器人在与外部的通信方式选择上，由于其具有广阔的运动空间，无线通信成为移动机器人所必须具备的通信方式。当前在研究机器人中用到的实验平台一般都是采用单片机控制，单片机系统的存储数据和数据处理能力还很有限，通讯是能力风暴本身机器人必不可少的功能之一。通过通讯系统，机器人可以
28、传递外部或者内部信息，借助PC机的强大处理能力，完成诸如传感信息处理、路径规划等数据运算，同时还可以实现多个机器人之间的信息交互。考虑到自主机器人自规划、自组织、自适应能力强、所处环境不确定的特点，无线通讯是实现自主机器人之间相互通信或者机器人与计算机之间通信的理想方式。本文以课题中用到的能力风暴器人作为控制平台，在导航研究中成功地通过无线方式获取机器人运动中的环境信息，进而移动机器人进行跟踪与控制，在控制的实时性上取得很好的效果。能力风暴本身只提供一个通用的程序下载串口装置一般情况下我们都把能力风暴程序下载串口作为下载专用机器人通过扩展ASBUSA和ASBUSB总线加无线收发模块来实现信息的
29、发送与接收，计算机通过串口另外连接一个单片机与无线收发模块之间构成无线通讯系通。在设计时尽量使用软件的功能，通过程序里面软件设定下载串口的工作模式，扩展下载串口为通讯口。通过无线收发模块NRF401来完成无线数据传输功能。第2章 能力风暴机器人2.1 能力风暴机器人的结构2.1.1 控制部分控制部分主要是AS-UII 机器人的核心组成部分，见图2-1。从图中我们可以清楚的看到AS-UII 控制部分的主要由以下两个部分组成：图2-1 AS-UII 控制部分1. 主板位于AS-UII“心脏”部位的控制部件是AS-UII 的大脑主板，它由很多电子元器件组成，跟人的大脑一样，主要完成接收信息、处理信息
30、、发出指令等一系列过程。AS-UII 的大脑有记忆功能，这主要由主板上的内存来实现，至于“大脑”的分析、判断、决断功能则由主板上的众多芯片共同完成。2. 控制按键位于AS-UII 背部的控制面板，是AS-UII 机器人运行控制部件。2.1.2 传感器部分AS-UII 机器人的传感器，如图2-2 ，主要有以下5 种传感器：1. 碰撞传感器AS-UII 机器人的下部放置了一个碰撞系统，保证AS-UII 机器人的正常活动。AS-UII机器人的碰撞机构能够检测到来自360范围内物体的碰撞，使AS-UII 机器人遭遇到来自不同方向的碰撞后，能够转弯避开并保持正常活动。2. 红外传感器AS-UII 机器人
31、的红外传感器共包含两种器件：红外发射管和红外接收管，看图2-2 就可以发现红外接收管位于AS-UII 机器人的正前方，两只红外发射管位于红外接收管的两侧。红外发射管可以发出红外线，红外线在遇到障碍后被反射回来，红外接收管接收到被反射回来的红外线以后，通过A/D 转换送入CPU 进行处理。AS-UII 机器人的红外传感器能够看到前方10cm80cm ，90范围内的比210mmx150mm 面积大的障碍物，如果障碍物太小太细、或者在它的可视范围以外，它可就没法看到了。在AS-UII 机器人的可视范围内，它的可视距离是可以调整的。图2-2 AS-UII 感官部分3. 光敏传感器光敏传感器是由两个光敏
32、电阻组成，它位于机器人的正前方。光敏传感器能够探测光线，不过在这里我们是让它看见特定的颜色。我们在AS-UII 机器人的光敏传感器罩上了一层滤光纸，通过它的颜色来决定AS-UII 机器人能探测什么颜色的光线。4. 话筒AS-UII 机器人的话筒的功能很强，它可以感受到声音的强弱。我们知道我们自己的耳朵并不是所有声音都可以听见的，我们听见的声音在一定的频率范围内，AS-UII 的“耳朵”也是这样，它能听见的声音频率范围跟人能听到的范围大致是一样的，大约是16Hz20000Hz的机械波。AS-UII 机器人在听到你的声音命令后，会根据你的指示（由程序事先输入）采取行动。5. 光电编码器在AS-UI
33、I 机器人里有码盘和光耦（光电编码器）。光电编码器主要作为控制的反馈信号。光耦通过测定随轮轴一起转动的码盘的转动角度，得出轮子所转动的圈数，从而测定距离。2.2 能力风暴机器人的三大要素人对周围环境的反应过程主要是感觉大脑思考做出反映，机器人的信息处理流程也是如此。能力风暴个人机器人的配有5种十几个传感器，另外还可以根据需要扩展其他传感器，对环境的感知能力很强。感知环境的能力是产生智能行为的前提，因此能力风暴能产生许多智能性行为。能力风暴通过微控制器（microcontroller）来思维。我们采用的是8位单片机中功能最强、集成功能最全的机种之一。它的可靠性很高，有程序自下载功能。能力风暴连上
34、串口线就可自主下载程序，图2-3 能力风暴个人机器人的大脑结构计算机硬件决定了机器的极限潜能，去开发这种潜能是软件的工作。我们为用户提供了交互式C语言，它使开发能力风暴的高层行为充满了乐趣。有的低层的驱动软件与硬件联系太紧密或实时要求很高，需要用汇编语言来处理。能力风暴个人机器人的执行器有：二只高性能直流电机；一只喇叭；一只2*16字符的液晶显示器。2.3 能力风暴的计算机硬件能力风暴计算机硬件的设计策略是尽量选择功能齐全、可靠、周边设备集成度高的微控制器，价格也需控制，能让中国的学生以可以承受的价格获得世界上先进的智能机器人计算平台。Motorola生产的68HC11，使我们以极少的周边芯片
35、获得了齐全的功能，8个模拟口，5个输入捕捉，3个PWM输出，16位地址，8位数据总线，串口，以及4个通用I/O。同时，充分考虑到软件开发工具问题。因为没有优秀方便的软件开发工具，硬件只能成为专有系统，而无法成为开发平台。68HC11的自下载功能，使我们拥有了纯软件开发调试的优秀工具JC。JC即可用于开发高层应用软件，又便于开发低层驱动，还能交互调试。在观察能力风暴控制板时要注意识别芯片管脚，特别是1脚位置。常见芯片的封装形式有两种，双列直插（DIP）和塑料扁平封装（PLCC），参见下图。图2-4 DIP芯片管脚图2-5 PLCC芯片管脚和插座引脚2.3.1 微控制器68HC11E1有CPU、片
36、内存储器、定时器系统、串行口、A/D、并行I/O口，中断和复位系统组成，见图2-6。1. CPU计算机的计算原理是什么？68HC11的CPU有两个8位累加器，两个16位变址寄存器、一个8位条件寄存器，一个16位堆栈指针和程序计数器；M6800/M6801指令系统，共300多条指令；16位加、减、乘、除指令。学习使用单片机，可以真切感受计算原理，指令的构成，时钟周期，指令周期等等。图 2-6 68HC11E1原理结构图2. 片内存储器68HC11E1无内部ROM，有512字节EEPROM，可重定位的256字节RAM。3. 定时器和脉冲电路16位高性能定时器系统，8M晶振，定时器频率为2MHZ（周
37、期0.5s），3个输入捕捉，可测量脉冲数量，脉冲周期、宽度和相位等；5个输出比较，可输出PWM信号，可以完成各种定时控制功能，有定时器溢出中断功能。高性能定时器是68HC11的特色，能力风暴中用输入捕捉计码盘信号，用输出比较功能控制直流电机。4. 串行口串行通讯接口SCI，能力风暴用于和PC机通信；全双工同步串行外围接口SPI（图2-7），Motorola单片机独有的串口标准，速度可达2Mbps以上，用于扩展外围芯片和多机通讯。能力风暴中已将其用于其他设备驱动中。5. A/D转换器8个输入通道和四个转换结果寄存器，具有一次完成四路A/D转换或连续对同一路采样转换4次的功能。后一种功能可以方便实
38、施去掉最大、最小，取均位的滤波方法。能力风暴中碰撞传感器、声音均使用A/D转换器，非常方便，这也是68HC11的特色。6. 中断有16个硬件中断和两个软件中断，它们各有独立的中断向量和中断允许位，响应中断时能自动保护所有的CPU寄存器。另外具有实时中断电路，可每隔指定的时间产生一次中断。而8051单片机则只有5个硬件中断。7. 并行I/O口单片方法工作时，有38个I/O；扩展方式时：有8位数据单线和16位地址总线，可扩展64K存储器，另有2个8位I/O口和一个I/O口。8. 复位系统和电源计算机有多种复位方式：上电自动复位；外部RESET复位；看门狗复位（软件工作不正常时）；时钟监视复位。能力
39、风暴采用前两种复位方式。68HC11的管脚68HC11的一大特色是功耗低，工作电流小于15mA，有WAIT和STOP两种方式进行省电。68HC11的管脚图见图2-8。图2-7 68HC11的管脚VDD，VSS-电源脚，VDD为+，VSS为 MODB/VSTBY，MODA/LIR-运行方式选择输入脚，备用电源供给脚。EXTAL，EXTAL-晶振脚。能力风暴接8M晶振。E-总线时钟输出脚。能力风暴中为2MHZ。RESET-复位脚，低电压复位。 XIRQ，IRQ - XIRQ不可屏蔽中断请求输入。IRQ外部中断输入脚VREFL，VREFH - A/D参考电压输入。能力风暴中VREFL=0，VREFH
40、=5V。PE（PEO-PE7）-A/D模拟输入或通用输入PA（PAO-PA7）- PA0-PA2，输入捕捉脚。PA3-PA6，定时器输出比较脚，PA7，能作通用I/0，或脉冲累加器输入或比较输出。PD0-PD5-可作通用I/0脚，或者PDO为串口RXD输入，PD1，串口TXD输出，PD2-P5分别为MISO，MOSI，SCK，SS，构成SP2串口总线。STRA，STRB，PB，PCD-单片时，可作通用I/O口，扩展方地址选择AS和读（R/W）控制线。能力风暴运行于扩展工作方式，扩展了32K静态RAM和8个I/O口。注意：为了省引脚，单片机中一般以低8位地址和8位数据以时分多路方式合用PC的8只
41、引脚。能力风暴充分利用了68HC11E1的全部硬件资源。2.3.2 外部存储器能力风暴个人机器人扩展了32K的静态不挥发RAM。其优点是既有静态RAM的速度和方便（70ns），又有EEPROM或FlashRom的掉电不丢失性，从而能将程序和数据合用一个芯片。AS62256写入的数据可保存十年以上，同时具有可靠的上电、掉电、强静电等数据保护功能。另外需注意，AS62256在电压低于4.5V，将自动封锁读/写操作，保护数据。因此电池电压过低时，单片机低电压保护没有来得及工作时，系统运行有可能失常。选址和并行口扩展32KRAM用了AO-A14共15根地址线，构成32K的地址空间，A15为高电平时和E
42、，RESET等信号复合片选32K RAM，因此32K RAM的地址空间为OX8000-OXFFFF。另一根地址线A15和其余地址线及读/写线复合扩展4个输入控制线，4个输出控制线，见图2-9。图2-8 扩展地址选择线表2-1 地址空间与8个读写控制选择线写操作读操作OX4000OX4FFFOS0IS0OX5000OX5FFFOS1IS1OX6000OX6FFFOS2IS2OX7000OX7FFFOS3IS3对地址OX4000进行写操作，OS0口线被选中，OS0作为片选信号，即把数据总线上的数据写往OSO选中的并行接口芯片上。对地址OX4000进行读操作，IS0口线被选中，IS0作为片选信号，即
43、把选中的芯片上的8位数据通过并行口读至CPU。32K空间用来选择四对输入输出控制线，在能力风暴在ASBUS上能扩展4块平行输入卡，4块平行输出卡。目前PC机上也只有4-5个PCI扩展槽。只要使用一对输入输出选择线就可以扩展8个输出口，8个输入口。2.3.3 电源与复位电路能力风暴控制板采用Maxim603稳压芯片，提供500MA，5V电压，该芯片自身的功耗很低。低电压复位保护电路采用DS1233，当电压低于4.5V，将产生复位信号，同时红色BAT 发光二极管变亮，见图2-11。图2-9 电源与复位电路2.3.4 通信能力风暴采用MAX232串口驱动芯片，有2路输入输出，PC发过来的信号IC7-
44、9再经过一路输入去驱动COM发光二极管，因此PC传数据给能力风暴机器人时，黄色COM 发光二极管会闪动。见图2-12。图2-10 通信模块第3章 无限通讯卡设计方案选择机器人仅依靠初始程序和自身传感器来运行，已具自主式移动机器人雏形。为了让机器人更准确地感知周围的局部环境信息，机器人往往需要处理周围的语音信息和图像信息。对这类信息的处理，一般有两种方式：（1）机器人用自己的“大脑”处理这些信息，然后分析、判断、执行动作，但这需要机器人具有功能强大的“大脑”；（2）机器人再添加一个“大脑”来处理这些信息，最后在几个“大脑”之间通信就行了。实验中，由于机器人自己的“大脑”还不够十分强大，不具有处理
45、图像等复杂信息的功能，我们利用计算机来处理这类信息，然后计算机通过无线通信以控制指令的形式将这些信息传给机器人，同时机器人响应计算机以确认信息。无线通信模块的硬件部分主要是以无线收发芯片为主体，在其周围添加必要的电子元器件并使其与能力风暴机器人的主板相连组成的。3.1 主要芯片介绍3.1.1 PTR2000主要特征：1、该器件将接收和发射合接为一体；2、工作频率为国际通用的数传频段433MHZ；3、采用FSK调制/解调，可直接进入数据输入/输出，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合；4、采用DDS（直接数据合成）+PLL频率合成技术，因而频率稳定性极好；灵敏度高达105bBm;5、工作电压低（2.7V），功耗小，接受待机状态电流仅为8A；6、具有两个频道，可满足需要多信道工作的场合；7、工作数率最高达20kbit/s(也可在较抵速率下工作，如9600bps);8、超小体积，约40 mm27 mm5mm;9、可直接与CPU串口进行连接（如8031），也可以用RS232与计算机接口，软件编程非常
