态动作在计算机上编制的程序。执行元件是步进电机，它能把单片机存储器中的程序变成礼仪机器人的各种动作。下面分别把硬件﹑软件和执行机构进行详细介绍。图控制系统结构图在硬件方面，控制系统主要由凌阳位单片机﹑传感器﹑接线板﹑驱动器及电源组成。凌阳位单片机是整个控制系统的指挥部，所有机器人的程序都存储在单片机上，单片机根据传感器检测到的信号向步进电机发出相应的各种指令，从而实现机器人的功能。接线板是为了接线方便，把单片机的个口以及两个高电平，两个低电平引脚从单片机引到块电路板上，接线板上还有光电隔离电压变换﹑的音频功率放大电路，它是单片机和被控对象进行信息交换的必由之路。由于采用四通的步进电机，它自带有步进电机驱动器，并且可以在驱动器上实现转速调礼仪机器人控制系统的研究和设计第页共页整和电流调整等操作。它有﹑﹑﹑四个接口与电机相接，有两个电源线接口，还有三个控制口，公共端接高电平，脉冲信号和方向信号线分别与单片机口相接，用于实现单片机对步进电机方向和速度的控制。电源是由市场上购买的三个蓄电池串联而成的，总电压为。需要或电源直接从蓄电池上引出去。至于单片机所需要的电源有三节干电池提供。传感器主要有三个，个远距离红外人体感应传感器，个近距离红外人体感应传感器，它们都是由红外报警装置电子狗改造而成。光电传感器是在市场上购买的。软件是机器人整个控制系统的神经中枢，机器人的所有功能都是在软件的指导下完成的。本控制系统的软件可分为两部分，即机器人的动作部分程序和语音部分程序。机器人动作部分程序是采用语言按照机器人的功能要求编制的，主要有电机控制程序和信号检测程序，语音部分程序由另外位同学负责编制。凌阳位单片机的开发是通过在线调试器实现的。它既是个编程器，又是个实时在线调试器。它利用了芯片内置的在线仿真电路接口和凌阳公司的在线串行编程技术。工作于凌阳集成开发环境软件包下，其芯的仿真头连接到目标电路板上的相应引脚，直接在目标电路板上的上调试，运行用户程序。的另头是标准的针打印机接口，可直接连接到计算机打印口与上位机进行通信，在计算机集成开发环境软件包下，完成在线调试功能，图是计算机﹑用户目标图计算机﹑﹑用户目标板三者之间的连线图板三者之间的连线示意图。本系统采用步进电机作为执行元件，它将单片机发出的每个脉冲信号变成定量的角位移，从而完成机器人的各种动作功能。本系统选用步进电机作为执行元件基于以下考虑步进电机价格低廉，同直流伺服电机相比，步进电机价格要低廉的多。步进电机的步距角不受各种干扰因素的影响，如电压的大小﹑电流的数值﹑波形和温度的变化等，都不会影响步距角。也就是说转子的速度主要取决于脉冲信号的频率。没有长期累积误差，步进电机每走步转过的角度实际步距角与理论步距角之间总有定的误差，从步到任何步，即走任意定的步数后，也总有定的累积误差，但它每转周的误差为零，所以步距角的误差不会长期积累下去。旦停止送脉冲信号，只要维持通过绕组不变，电机就可以保持在其固定的位置上，也就是说，步进电机具有较高的箱位能力。转子的转动惯量小，起停的时间短，般在信号输入几毫秒至几十毫秒内就能使电机转动，信号切断后，电机立即停止转动。改变输入脉冲频率，电机的转速随之变化。因此可以实现平滑的无级调速。礼仪机器人控制系统的研究和设计第页共页第二章系统硬件设计第节微处理器的选择任何个控制系统都是由硬件和软件组成。硬件是控制系统的基础，其性能的好环直接影响着整个控制系统的工作性能。本系统的微处理器采用凌阳位单片机。考虑到用户对资源的要求较少以及便于程序调试等功能内嵌了字的闪存。较高的处理速度使™能够非常容易快速地处理复杂的数字信号。因此以™为核心的微处理器是数字语音识别应用领域的种最经济的选择。性能位™微处理器工作电压为,为时钟内置字内置可变成音频处理晶体振荡器系统处于备用状态下时钟处于停止状态，耗电仅为个位可编程定时器计数器可自动预置初始计数值个位数模转换输出通道位通用可编程输入输出端口个中断源可来自定时器﹑时基﹑个外部时钟源输入和键唤醒具备触键唤醒的功能使用凌阳音频编码方式,能容纳秒的语音数据锁相环振荡器提供系统时钟信号清看门狗口输出低电平，口输出高电平延时清看门狗小臂放下程序口输出高电平延时清看门狗口输出低电平延时清看门狗小臂抬起程序口输出高电平延时清看门狗口输出低电平，口输出高电平延时清看门狗扫描电机程序程序循环次转个步距角口输出高电平延时清看门狗口输出低电平，口输出高电平延时清看门狗延时循环次转个步距角口输出高电平延时清看门狗口输出低电平延时清看门狗礼仪机器人控制系统的研究和设计第页共页延时远距离感应到后电机动作程序循环次口输出高电平延时清看门狗口输出低电平，口输出高电平延时清看门狗延时循环次口输出高电平延时清看门狗口输出低电平延时清看门狗延时标志位置零近距离感应到后电机动作程序循环输出高电平延时清看门狗输出高电平延时清看门狗循环口输出高电平延时清看门狗口输出低电平，口输出高电平延时清看门狗置零口输出高电平延时清看门狗口输出低电平，口输出高电平延时清看门狗置零标志位置零握手动作程序循环口输出高电平延时清看门狗口输出低电平，口输出高电平延时清看门狗循环口输出高电平礼仪机器人控制系统的研究和设计第页共页延时清看门狗口输出低电平延时清看门狗标志位置零握手后的返回动作程序循环口输出高电平延时清看门狗口输出低电平延时清看门狗置零口输出高电平延时清看门狗口输出低电平延时清看门狗置零输出高电平延时清看门狗输出高电平延时清看门狗标志位置零延时程序定义整型变量循环清看门狗礼仪机器人控制系统的研究和设计摘要本文设计研究了种礼仪机器人的控制系统，该系统基于凌阳位系列的单片机，整个机器人机构共有个自由度，采用二相混合式步进电机驱动，并通过二个红外传感器和个光电传感器来检测信号，从而实现礼仪机器人的各种功能。该系统采用高级语言语言编程，并在™集成开发环境中编辑编译链接调试以及仿真。关键词礼仪机器人，控制系统，单片机，步进电机，红外传感器，光电传感器™,™礼仪机器人控制系统的研究和设计第页共页前言机器人这个词，是捷克斯洛伐克剧作家卡雷洛•查普茨在年发表的著作罗萨姆万能机器人公司••中，首先创造出来的，书中的机器人是种不能进行思考，只会从事劳动的人。实际上能够代替人在工厂劳动的机器人，是在世纪年代出现的。伴随着硬件和软件的不断进步，直到世纪年代，机器人才真正获得了普遍的应用。今天，机器人不仅在工厂中，就是在办公室内和家庭中也得到了广泛的应用。由于计算机的不断发展，不能进行思考的机器人也开始具有了学习的能力，逐渐变成了聪明伶俐的机器人。这样，机器人不仅在产业界获得了广泛的应用，而且还渗透到了人们的家庭生活中，支撑机器人的技术，是种综合性的技术，包括机械工程学‚电气工程学﹑控制工程学﹑信息工程学﹑甚至人类工程学等广泛的领域。本文从控制的角度，介绍礼仪机器人的控制系统硬件的组成包括微控制器的选择﹑传感器﹑电动机等，机器人应用程序的编制﹑调试﹑元器件的选择和组装等。本文首先在第章中介绍了礼仪机器人控制系统的总体设计思路，包括控制系统的概述控制系统的执行流程控制系统的结构。第二章中介绍了礼仪机器人控制系统的硬件设计，包括微处理器的选择人体热释电红外传感器的介绍和设计漫反射式光电传感器的介绍接线板电路的设计和焊接口的分配。第三章中介绍了礼仪机器人控制系统的软件设计，包括集成开发环境礼仪机器人几个动作的程序设计控制系统的总程序。在最后章中写了本文的结论。最后，请允许我向指导老师尹志强老师表示衷心的感谢，同时对礼仪机器人设计过程中所有付出劳动的同学表示深深的敬意。目录前言第章礼仪机器人控制系统的总体设计思路第节控制系统概述第二节控制系统的组成和执行流程第三节控制系统的结构第二章系统硬件设计第节微处理器的选择第二节步进电机和驱动器的选择第三节人体热释电红外传感器的研究和改造第四节漫反射式光电传感器的介绍第五节接线板电路的设计和焊接第六节口的分配第三章控制系统的程序编制第节集成开发环境第二节礼仪机器人几个动作的程序设计第三节控制系统总的调试程序第四章结论参考文献致谢附图礼仪机器人控制系统的研究和设计第页共页第章礼仪机器人控制系统的总体设计思路第节控制系统概述随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制扩展为控制处理﹑数据处理以及数字信号处理等领域，凌阳单片机就是为适应这种发展而设计的。它的内核采用凌阳推出的™位微处理器芯片。礼仪机器人的控制系统就是基于凌阳位单片机，同时采用二个红外传感器，个光电传感器构成信号检测系统。控制系统的主要内容有功能控制功能控制是自动读入控制信息，使控制系统确立相应的工作状态，从而控制机器人发生相应的动作。如机器人问好﹑走向前﹑抬手﹑握手﹑告别以及手动调整功能控制等。信号检测处理信号检测是在系统运行过程中检测人体信号，如远距离红外人体检测，近距离红外人体检测，握手是光电人体接近信号检测信号处理就是对系统运行过程中所取得的状态信号进行分析处理，从而控制机器人相应动作，并能实现机器人的各种功能。控制系统程序编制按照控制系统的执行流程，在计算机集成开发环境软件中编制控制系统的程序，并按照计算机﹑﹑用户目标板三者之间的接线图将计算机与板连起来，完成在线调试，最后将程序下载到板上。第二节控制系统的组成和执行流程本系统为开环系统，是以高速单片机作为控制单元，以步进电机作为执行单元。整个控制系统由个步进电机，两个红外传感器，个光电传感器组成，位置分布如图所示，其中头部有两个电机，个用于实现点头动作，另个用于实现摇头动作，右臂中有个电机，大臂处有个，小臂处有个还有两个步进电机在脚部，用于实现礼仪机器人的行走动作。实物图见附图和附图图电机传感器的位置分布图首先，按照人体正常的身态动作，在计算机上编制出机器人的信号检测程序，步进电机转动程序，并按照系统的要求组成整个系统程序，然后在计算机上进行编译调试，并最终下载到板上。整个礼仪机器人的流程动作首先给机器人上电单片机开始工作初始化程序等待调整结束扫描远距离信号检测端口如果远距离红外传感器检测到有人走进它的检测范围，则向来人问好如果没有人走进它的检测范围，则直执行扫描端口扫描近距离红外信号检测端口如果来人走进它的检测范围，则机器人走向来人，并抬起右手等待与来人握手，同时对来人说欢迎光临,手部光电传感器信号如果检测到友人握到了机器人的手，则机器人执行与人握手动作，当人手撤离后，机器人收回手臂，并向人告别退回到原始位置。整个流程中后个动作都是以前个动作已经执行为前提。礼仪机器人的整个流