爬行機器人步進行走系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)開發(fā)

王文明 董紹江 劉娟等

摘 要：研究機器人體系結(jié)構(gòu)的目的是簡化機器人系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)。隨著機器人控制和功能的日益復(fù)雜化，機器人體系已硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計越來越受到重視，其中通過步進電機驅(qū)動器來控制系統(tǒng)行走機構(gòu)是重點。所以研究步進電機的控制系統(tǒng)，對提高機器人控制精度和響應(yīng)速度具有重要意義。

關(guān)鍵詞：STC89C52 步進電機 ULN2003驅(qū)動

中圖分類號：TM307.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0233-01

1 設(shè)計方案

本設(shè)計的目的是以單片機為核心設(shè)計出一個單片機控制步進電機的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用STC89C52作為控制單元，通過鍵盤實現(xiàn)對步進電機轉(zhuǎn)動方向及轉(zhuǎn)動速度的控制，并且將步進電機的轉(zhuǎn)動用四個LED燈指示。

2 硬件選擇

目前常用的步進電機有三類如表1所示。

通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。在本設(shè)計中采用常用的永磁式步進電機。

STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。在本設(shè)計采用STC89C52單片機。

ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在搞負(fù)載電流并行運行。在本設(shè)計中采用ULN2003作為驅(qū)動。

3 軟件設(shè)計

應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計的，本系統(tǒng)中，軟件設(shè)計要求做到以下幾點。

（1）軟件結(jié)構(gòu)清晰，簡捷，流程合理。

（2）各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化。

（3）程序存儲區(qū)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)要合理規(guī)劃，既能節(jié)約內(nèi)存容量，又使操作方便。

（4）運行狀態(tài)實現(xiàn)標(biāo)志化管理。各個功能程序運行狀態(tài)，運行結(jié)果以及運行要求都要設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志以便查詢，程序轉(zhuǎn)移，控制都可通過狀態(tài)標(biāo)志條件來控制。

4 硬件連接

連接好硬件電路，上電復(fù)位，程序開始運行。

（1）此時步進電機不轉(zhuǎn)動，LED不顯示；按下啟停鍵，步進電機開始轉(zhuǎn)動，LED數(shù)碼管顯示數(shù)值當(dāng)前數(shù)值，即當(dāng)前步進電機的轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分。

（2）此時每按下加速鍵一次，LED亮的個數(shù)值加1，步進電機轉(zhuǎn)動速度相應(yīng)增加；此時每按下減速鍵一次，LED亮的個數(shù)值減1，步進電機轉(zhuǎn)動速度相應(yīng)減少；此時若按下方向控制鍵，步進電機立即向相反方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動速度保持不變。

參考文獻

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