除銹爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 前言 控制系統(tǒng)是船舶壁面除銹爬壁機(jī)器人的重要組成部分，其負(fù)責(zé)完成對(duì)除銹爬壁機(jī)器人的行走和轉(zhuǎn)向功能的控制，使機(jī)器人能夠按照預(yù)定的軌跡去工作，因此對(duì)除銹爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)提出如下基本要求 : (1)控制系統(tǒng)方便、可靠性高、操作靈活，便于操作人員使用 ; (2)通過(guò)功能按鍵可以設(shè)定機(jī)器人的多極移動(dòng)速度，并可實(shí)時(shí)調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在船體表面上的全方位移動(dòng) ; (3)由于船舶除銹現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，除銹爬壁機(jī)器人的工作環(huán)境制約了其控制方式， 本系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單實(shí)用、可靠性高的有線遙控，其控制距離需大于 30米。 (4)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)除銹爬壁機(jī)器人的簡(jiǎn)單作業(yè)，保證機(jī)器人在爬行過(guò)程中的除銹質(zhì)量。 2 除銹爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)的總體方案 除銹爬壁機(jī)器人在船體表面上的行走和轉(zhuǎn)向是通過(guò)左右兩個(gè)交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)左右兩個(gè)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向相同時(shí)，爬壁除銹機(jī)器人在船體表面上實(shí)現(xiàn)直線行走。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)器人前進(jìn) ;電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)器人后退。當(dāng)左右兩個(gè)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反時(shí)，除銹爬壁機(jī)器人在船體表面上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。 綜合考慮各種控制形式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合船舶除銹的實(shí)際情況， 爬壁機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用上下位機(jī)二級(jí)分布式控制方式，以保證即使在無(wú)操作人員參與的情況下，下位機(jī) 也可以按照上位機(jī)通過(guò)串口預(yù)先給定的指令和參數(shù)實(shí)現(xiàn)自主作業(yè)，從而使船舶壁面除銹 爬壁機(jī)器人具有高效除銹、自動(dòng)化水平高和減少操作人員操作強(qiáng)度的性能 ;操作人員也 以通過(guò)觀測(cè)船體表面的實(shí)際銹蝕狀況，根據(jù)除銹爬壁機(jī)器人的實(shí)際作業(yè)情況，隨時(shí)切換到人工操作狀態(tài)，以提高機(jī)器人的實(shí)時(shí)性、實(shí)用性和高效性。 在本控制系統(tǒng)中，上位機(jī)和下位機(jī)都是基于單片機(jī)而設(shè)計(jì)的。上位機(jī)是以 要由 陣鍵盤(pán)以及標(biāo)準(zhǔn)的 85接口構(gòu)成，其作用是通過(guò)各功能按鍵向下位機(jī)發(fā)送指令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爬壁機(jī)器人伺服電機(jī)的遠(yuǎn)程控制。下位機(jī)控制器安裝于機(jī)器人本體的背面，控制器內(nèi)部裝有兩個(gè)伺服電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器、直流電源模塊、和控制電路板。下位機(jī)控制電路板也是以 為核心，主要由 8155擴(kuò)展 1/0接口電路、 換與運(yùn)算放大電路、 數(shù)字量輸入輸出接口電 路、電源轉(zhuǎn)換電路以及與上位機(jī)進(jìn)行通訊的 85標(biāo)準(zhǔn)接口構(gòu) 成，其作用是根據(jù)上位機(jī)傳送的初始化參數(shù)和動(dòng)作指令進(jìn)行動(dòng)作，控制左右兩個(gè)伺服驅(qū) 動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而控制除銹爬壁機(jī)器人的行走和轉(zhuǎn)向。圖 1 為除銹爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)總體框圖。 圖 1除銹爬墻機(jī)器人控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 3 除銹爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 位機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 下位機(jī)控制系統(tǒng)是爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心部分，其主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)左右伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制以及與上位單片機(jī)控制系統(tǒng)之間進(jìn)行通訊，以完成對(duì)機(jī)器人作業(yè)的控制。整個(gè) 下位機(jī)控制硬件主要由兩個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和下位單片機(jī)控制電路板構(gòu)成。下位單片機(jī)控制電路板主要輸出模擬量電壓信號(hào)來(lái)控制左右兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而控制左右兩個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到控制除銹爬壁機(jī)器人行走與轉(zhuǎn)向的目的，同時(shí)它又擔(dān)負(fù)著和上位機(jī)控制器之間的通訊任務(wù)，將上位機(jī)傳送過(guò)來(lái)的控制指令處理后，再將相應(yīng)的電壓信號(hào)傳遞給伺服驅(qū)動(dòng)器，從而實(shí)現(xiàn)遙控操作的功能。整個(gè)下位機(jī)電路板由 8155D/字量輸入輸出接口電路、電源轉(zhuǎn)換電路以及與上位機(jī)進(jìn)行通訊的 85標(biāo)準(zhǔn) 接口電路構(gòu)成。 流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 根據(jù)前面對(duì)伺服電機(jī)的選型可知，本課題選用的是調(diào)速范圍寬、響應(yīng)快、抗干擾性強(qiáng)的安川 4之相匹配的伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為 4伺服驅(qū)動(dòng)器有三種控制模式 :速度控制模式、轉(zhuǎn)矩控制模式和位置控制模式。本系統(tǒng)采用速度控制模式，可通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器的用戶參數(shù) 0V，其電機(jī)轉(zhuǎn)速與指令電壓成線性關(guān)系，速度指令電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 1所示 1。 表 1速度指令壓電與電極轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)關(guān)系 正常工作時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)器接受來(lái)自單片機(jī)控制系統(tǒng)的伺服準(zhǔn)備信號(hào)，使伺服電機(jī)通 電，處于運(yùn)行狀態(tài)，然后根據(jù)加在 V端口上的由單片機(jī)控制系統(tǒng) D/且通過(guò)模擬指令電壓的正負(fù)來(lái)確定電機(jī)的 正反轉(zhuǎn)，從而確定爬壁機(jī)器人在船體表面上的行走速度和運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)單片機(jī)控制系 統(tǒng)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路檢測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器的伺服狀態(tài)輸出信號(hào)，并根據(jù)接收到的信號(hào)對(duì)伺服 驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行相應(yīng)的控制。此外通過(guò)伺服電機(jī)的編碼器反饋，可以獲得伺服電機(jī)實(shí)際工作 時(shí)轉(zhuǎn)子的位置和電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如圖 2所示為爬壁機(jī)器人單側(cè)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制接線示意圖。 圖 2交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制接線示意圖 性能 內(nèi)含 428個(gè)字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (器件采用易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造。兼容標(biāo)準(zhǔn) 1指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用 8位中央處理器 ( 片上的 非易失存儲(chǔ)編程器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。 位 很多嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又價(jià)格適宜方案，具有較高的性能價(jià)格比 2。 1. 與 1產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容。 2. 片內(nèi)有 43. 存儲(chǔ)器可循環(huán)寫(xiě)入 /擦除 1000。 4. 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保存時(shí)間為 10年。 5. 寬工作電壓范圍 :V。 6. 時(shí)鐘頻率范圍 :4 7. 程序存儲(chǔ)器具有 3級(jí)加密保護(hù)。 8. 128 9. 32個(gè)可編程 1/0接口線。 10. 2個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 11. 中斷結(jié)構(gòu)具有 5個(gè)中斷源和 2個(gè)優(yōu)先級(jí)。 12. 可編程全雙工串行 13. 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容。 圖 3時(shí)鐘電路 圖 4復(fù)位電路 過(guò)該引腳可以使程序從指定處開(kāi)始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的 要在 片機(jī)內(nèi)部則 開(kāi)始復(fù)位。只要 有當(dāng) 000此， 作必須要有合適的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。圖 3和圖 4分別為 時(shí)鐘電路由一個(gè) 120們決定了單片機(jī)的工作時(shí)間精度為 1微秒。復(fù)位電路由 22協(xié) 鍵以及 成，可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。通常的復(fù)位采用 10協(xié) 電路，在本系統(tǒng)中我們根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)選用 22協(xié) 好處是在滿足單片機(jī) 可靠復(fù)位的前提下降低了復(fù)位引腳的對(duì)地阻抗，可以顯著增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾 能力。其中 現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)多次 復(fù)位。 8155擴(kuò)展 1/0接口電路 在爬壁機(jī)器人下位機(jī)控制系統(tǒng)中，兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器正常工作所需單片機(jī)的輸入輸出 信號(hào)較多，需占用 89的輸入輸出口線并不多，只有 位 3口的某些位線可作為輸 入輸出線使用，輸入輸出線不足 16條，因此，為滿足系統(tǒng)需求， 外擴(kuò)輸入輸出 (口芯片。 ，用戶可以把外部 64O 接口的地址空間，每一個(gè)接口芯片中的一個(gè)功能寄存器口地址就相當(dāng)于一個(gè) 單元， 其功能寄存器 進(jìn)行讀、寫(xiě)操作。 在 本系統(tǒng)中，我們采用 15芯片內(nèi)包含有 256個(gè)字 節(jié)的靜態(tài) 個(gè)可編程的 8位并行口 個(gè)可編程的 6位并行口 4位減法定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器?？梢詾閱纹瑱C(jī)提供 22個(gè)輸入輸出口線和一個(gè) 256 字節(jié)的 于 8155可以直接和 片機(jī)接口，不需要增加任何硬件邏輯。因而其靈活方便，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè) 備相連時(shí)的接口芯片。 81550個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝。 在本控制系統(tǒng)中，通過(guò) ，其接口電路原理圖如圖 中 8155只有當(dāng) 1558155，當(dāng) 10/麗 =0時(shí)， 155擇 8155H 的 當(dāng) 10/麗 =1時(shí)， 155口的地址，選擇 8155本系統(tǒng)中使用 8155展 1/0口，因此系統(tǒng)工作時(shí)應(yīng)使 擇 81558155信號(hào)而和寫(xiě)選通信號(hào)麗都為低電平有效，其分別由 供。當(dāng)瓦 =0， 10/麗 =1，而端為低電平時(shí)， 8155單片機(jī)讀入 ;當(dāng)瓦 =0， =1，麗端為低電平時(shí)， 8155數(shù)據(jù)寫(xiě)入到 81558155為高電平有效，當(dāng) 時(shí)， 8155址 鎖存器” ;否則，地址鎖存器處于封鎖狀態(tài)。 8155位端相連，都接到 者共用一個(gè)復(fù)位電路。 圖 5 155在爬壁機(jī)器人的下位單片機(jī)控制系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)器的伺服準(zhǔn)備輸入信號(hào)和伺服狀 態(tài)輸出信號(hào)主要是 155A、 而 155A、 8155H 的 1/0口編址見(jiàn)表 3。 表 2 8155根據(jù)圖 5中 155及表 2中所列 8155知在該系統(tǒng)中， 8155口、 C 口地址分別為 77令寄存器和狀態(tài)寄存器共用一個(gè)端口地址，在本系統(tǒng)中地址可為 7命令寄存器只能寫(xiě)入不能讀出，狀態(tài)寄存器 只能讀出不能寫(xiě)入。 口的工作方式是通過(guò) 8155位命令寄存器的低 4位來(lái)定義的，具體命令控制字的格式如圖6所示 1621。當(dāng)系統(tǒng)確定了 8155、 B、 通過(guò)單片機(jī)編程將相應(yīng)的命令控制字寫(xiě)入到 8155而使各 1/0在預(yù)定的方式下工作。在本控制系統(tǒng)中， 許 時(shí)計(jì)數(shù)器無(wú)操作，則相應(yīng)的命令控制字為 16H。 圖 6 8155命令控制字格式 D/由于在本控制系統(tǒng)中，爬壁除銹機(jī)器人的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的是模擬電壓控制，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電壓成正比關(guān)系。而單片機(jī)只能輸出數(shù)字量，因此要獲得模擬量電壓必須對(duì)單片機(jī)輸出的數(shù)字量進(jìn)行 D/而通過(guò)模擬量電壓來(lái)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。本控制系統(tǒng)中要對(duì)兩個(gè)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的同步控制，因此需要兩路同步工作的 D/于兩個(gè)伺服電機(jī)完全相同，所以進(jìn)行 D/面就單路 D/ 在本控制電路中，單路 D/個(gè) 0電路原理圖如圖 7所示。該電路可輸出雙極性模擬量電壓，既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。 圖 7 D位 采用 20引腳雙列直插式封裝，由 8位輸入寄存器、 8位 位 D/主要特性有 4: 8位分辨率 ; 電流輸出，穩(wěn)定時(shí)間為 1娜 ; 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入 ; 只需在滿量程下調(diào)整其線性度 ; 單一電源 供電 (+15V); 用時(shí)可直接將芯片的數(shù)據(jù)輸入線和 機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，作為一個(gè)擴(kuò)展的 于 控制伺服電機(jī)所需要的是電壓信號(hào)，因此我們通過(guò)運(yùn)算放大器 7將 用兩級(jí)運(yùn)放電路的目的是為了獲得雙極性輸出電 壓。圖 7中， 3為反饋電阻，變阻器 面對(duì) 進(jìn)一步介紹。 圖 8 如圖 中， 式中： 根據(jù)基爾霍夫電流定律，任一瞬時(shí)， 有 : 由上式可得： 由式 (知，當(dāng) 0080當(dāng)80H<同，為正電壓 ;當(dāng) 0。 成正比。綜上， 將 一 過(guò)單片機(jī)向 過(guò) D/ 從而使伺服電機(jī)在相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向下運(yùn)行。 圖 9 兩片 除銹爬壁機(jī)器人左右兩個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制都是通過(guò)上述 D/運(yùn)算放大 電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，且它們的同步運(yùn)動(dòng)是由兩路經(jīng) D/同步輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng) 輸出，此時(shí) 圖 9所示為兩片 電路可得 到兩路同步輸出的模擬量電壓。 由圖 9可知， l#2#硯和 l#和 2# 1#2#的地址為 1#和 2#7常工作時(shí)， l#和 2# 位輸入寄存器中，然后再通過(guò)選口地址 據(jù)同時(shí)送入相應(yīng)的 8位 實(shí)現(xiàn)同步 D/過(guò)各自的運(yùn)算放大電 路，便可以得到兩路同步輸出的模擬量電壓。 數(shù)字量輸入輸出接口電路 伺服驅(qū)動(dòng)器除了需要模擬量電壓輸入來(lái)控制伺服電機(jī)運(yùn)行外，其正常工作還需要有 相應(yīng)的數(shù)字量輸入作為伺服控制信號(hào)，而且伺服驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)也是通過(guò)數(shù)字量 輸出的，因此，采用 需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù) 字量輸入輸出接口電路。 由于 ，在本系統(tǒng)中采用了 8155了三個(gè) 中 口用來(lái)作為數(shù)字量輸出口，為伺服驅(qū)動(dòng)器提供數(shù)字量輸入 信號(hào)， 來(lái)采集伺服驅(qū)動(dòng) 器的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)。 伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出 (附錄 5一 32線 )是十、一差分信號(hào)輸出，而 8155數(shù)字量輸入，因此要通過(guò) 8155需要在它們之間外加轉(zhuǎn)換電路。圖 10所示為單路伺服驅(qū)動(dòng)器數(shù)字量輸出接口轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換后得到的電平信號(hào) 接輸入到 8155A 口。 圖 10 伺服驅(qū)動(dòng)器輸出轉(zhuǎn)換電路 伺服驅(qū)動(dòng)器的數(shù)字量輸入由 24 8155V，它 們之間不能直接相連，需在它們之間 加入光電藕合器 這樣既可以實(shí)現(xiàn) 8155防止了伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制電 路板的干擾。如圖 11 所示為單路伺服驅(qū)動(dòng)器的數(shù)字量輸入轉(zhuǎn)換電路圖，輸入到伺服驅(qū) 動(dòng)器的數(shù)字量信號(hào)由 155 圖 11 伺服驅(qū)動(dòng)器的數(shù)字量輸入轉(zhuǎn)換電路 整個(gè)控制電路板的數(shù)字量輸入輸出接口電路如圖 12所示。 圖 12 數(shù)字量輸入輸出接口電路 一 485通訊接口電路 由于除銹爬壁機(jī)器人在工作過(guò)程中要求其下位機(jī)控制系統(tǒng)與上位機(jī)控制系統(tǒng)之間 的通訊距離需大于 30米，而采用單片機(jī)本身的 傳輸距離 一般不超過(guò) 抗干擾性差。為增大數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵕嚯x和提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_ 能力，在本系統(tǒng)中我們采用 85標(biāo)準(zhǔn)串行通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 85是美國(guó)電氣工業(yè)聯(lián)合會(huì) (定的利用平衡雙絞線作為傳輸線的多點(diǎn)通訊 標(biāo)準(zhǔn)。它采用一對(duì)平衡差分信號(hào)線進(jìn)行傳輸，最大傳輸距離可達(dá) 85標(biāo)準(zhǔn)允許最多并聯(lián) 32個(gè)驅(qū)動(dòng)器和犯?jìng)€(gè)收發(fā)器。接收 器最小靈敏度可達(dá)士 20大傳輸速 率可達(dá) s。 85協(xié)議是針對(duì)遠(yuǎn)距離、高靈敏度、多點(diǎn)通訊制定的標(biāo)準(zhǔn)。 由于 85采用的是差分信號(hào)，與單片機(jī)的 此兩者接口時(shí)需 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，在本系統(tǒng)中，我們采用 芯片既可作為 85的驅(qū)動(dòng)器又可作為接收器。 85芯片，采用單一電源 +定電流為 300林 A，采用半雙工通訊方式，它完成將85電平的功能，其引腳結(jié)構(gòu)圖如 圖 13所示。 圖 13 從圖 13中可以看出， 部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng) 器和接收器。 和 為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)麗為邏輯 0時(shí)，芯片處于接收狀態(tài) ;當(dāng) 時(shí)，芯 片處于發(fā)送狀態(tài)。由于 以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控 制麗和 端為接收和發(fā)送共用的差分信號(hào)端。若 ， 當(dāng)發(fā)送的數(shù)據(jù)為邏輯 1時(shí)， 當(dāng)發(fā)送的數(shù)據(jù)為邏 輯 0時(shí)， 若麗二 O，當(dāng) 全 收端 當(dāng) 三一 收端 端和 圖 14所示為本控制系統(tǒng)中 了消除反射和吸收噪音，在 端和 阻值為 1200的電阻。 圖 14 系統(tǒng)電源解決方案 在本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中用到了多種電壓信號(hào)。除銹爬壁機(jī)器人的交流伺服電機(jī)、伺 服驅(qū)動(dòng)器以及開(kāi)關(guān)電源的供電都為交流 220V，開(kāi)關(guān)電源可為下位機(jī)控制系統(tǒng)提供 +24V、 月 外 +準(zhǔn)電壓，其對(duì)電源的精度要求較高，需要選取適宜的電源模塊，設(shè)計(jì)相應(yīng)的 換電路。 在 +1C/取 該芯片可 為 8到 14位 別為電源輸入端 +壓輸出端 常情況下，在其電源輸入端 +3其電壓輸出端 能得到一個(gè)精度較高的 +這需要元器件具有較高的質(zhì)量等級(jí)。而實(shí)際上， 元器件本身不可避免地會(huì)存在著一些偏差。為了確保其輸出的 +1度，需要在 具體轉(zhuǎn)換電路如圖 15所示。圖中的 +一 1515阻 R=220時(shí)， 0卜 120時(shí)， 0R= 圖 15 +10C/位機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 圖 16 上下位機(jī)控制系統(tǒng)通訊接口電路連接原理圖 爬壁機(jī)器人上位機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，從而達(dá)到控制爬壁機(jī)器人在船體表面上行走的速度和方向。上位機(jī)控制系統(tǒng)采用 時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、行列式非編碼鍵盤(pán)電路以及 85通訊電路構(gòu)成，其主要完成對(duì)鍵盤(pán)的掃描，并將所按下鍵對(duì)應(yīng)的控制命令通過(guò) 85通訊電路發(fā)送給下位機(jī)控制系統(tǒng)，使下位機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作控制左右伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)。 在本控制系統(tǒng)中，上位機(jī)控制系統(tǒng)與下位機(jī)控制系統(tǒng)采用的單片機(jī)相同，都為采用的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路與下位機(jī)控制系統(tǒng)中 的相同。上位機(jī)控制系統(tǒng)中的 85通訊電路與下位機(jī)控制系統(tǒng)中的也相同，都是采用 控制系統(tǒng)之間進(jìn)行通信時(shí)，只需將各自 引腳和 體連接電路如圖 16所示。圖中將兩控制系統(tǒng)通訊電路的地相連，主要是確保電平一致，避免傳輸?shù)男盘?hào)失真。 鍵盤(pán)是由若干個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)矩陣，它是最簡(jiǎn)單的單片機(jī)輸入設(shè)備，通過(guò)鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)和命令，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。本上位機(jī)控制系統(tǒng)中采用的鍵盤(pán)為 4只 4的行列式非編碼鍵盤(pán)，其具體結(jié)構(gòu)如圖 17所示。在這種鍵盤(pán)中，每根行線和列線的交叉處都接有一個(gè)按鍵，當(dāng)某個(gè)按鍵被按下時(shí)，與這個(gè)按鍵相連的行線和列線就會(huì)接通，否則是斷開(kāi)狀態(tài)。一個(gè) 條行線和 占用 M+系統(tǒng)中的鍵盤(pán)共占用單片機(jī) 8條 獨(dú)立式非編碼鍵盤(pán)相比，節(jié)省了單片機(jī) 8條 圖 17 4 圖 18 上位機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路原理圖 如圖 18所示為上位機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。圖中， 4V，當(dāng)鍵盤(pán)上沒(méi)有鍵閉合時(shí)，所有的行線和列線都斷開(kāi) ，行線3呈高電平。當(dāng)鍵盤(pán)上的某一個(gè)鍵閉合時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的行線和列線短路。例如，線 時(shí) 控制 中將行線 3對(duì)應(yīng)地接到 列線 3對(duì)應(yīng)地接到 通過(guò)單片機(jī)的控制，使 ，即列線 余三根 列線 后單片機(jī)通過(guò) 果 3都為高電平，則 果讀出行線的狀態(tài)不全為高 電平， 則低電平的行線和 如果 著使列線 余列線為高電平，用同樣的方法檢查 此類推，這種逐行逐列地檢查鍵盤(pán)狀態(tài)的過(guò)程稱為對(duì)鍵盤(pán)的一次掃描。 可以采取定時(shí)控制 方式，每隔一定的時(shí)間 可以采用中斷方式，當(dāng)鍵盤(pán)上有鍵閉合時(shí)，向 鍵盤(pán)掃描，以識(shí)別哪一個(gè)按鍵處于閉合狀態(tài)，并對(duì)按鍵輸入信息作出相應(yīng)處理。 根據(jù)行線和列線的狀態(tài)求得，也可以根據(jù)據(jù)行線和列線的狀態(tài)查表求得。 參考文獻(xiàn) 1 安川電機(jī)中文用戶手冊(cè) 2003. 2 歐陽(yáng)文 列單片機(jī)的原理與開(kāi)發(fā)實(shí)踐 中國(guó)電力出版社， 2007. 3張毅剛， 彭喜源等 1單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1997. 4胡漢才 北京 :清華大學(xué)出版社， 2004.