舵机控制系统的设计
湖南涉外经济学院本科毕业论文（设计）
题目舵机控制系统的设计作者nnnnn
学院信息科学与工程学院专业电子信息工程
学号nnnnn
指导教师nnnnn
二〇年月日
湖南涉外经济学院本科毕业论文（设计）诚信声明
本人声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立开展工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或创作过的作品成果。对本文工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
本科毕业论文（设计）作者签名：
二○○ 年月日
摘要
智能汽车可以说是一种智能的机器人,这种汽车可以更好的适应不同的工作环境,不会受到温度和湿度和空间辐射和磁场以及重力条件的影响,可以到人们无法进入的环境中完成人们无法的使命,适合于国防等很多领域。这次设计主要是智能车的设计和实现,主要讲述了智能汽车从硬件到软件的设计和实现的全过程。我们可以用一个微分模型的驱动车作为智能汽车的基本载体,系统使用的是可靠性高,抗干扰能力强,工作频率高,系统实时好的16位单片机MC9S12DG l28b作为控制的核心系统。安装CMOS相机负责收集道路信号,作为汽车导航。设计的目标是为了可以使智能汽车可以弯曲不平的道路上跟踪独立运行,不偏离路径,越快越好。在智能车设计目标中,介绍了相应的软件系统和硬件电路的设计,硬件电路主要包括有电源模块、相机模块、日志模块、电机驱动模块,无线通信模块,手动设置模块电路等。在软件控制系统中,设计了一个相机收集信息和图像处理程序,根据道路的信息,可以采用不同的控制方法来控制智能车的速度和方向。汽车的速度系统是采用的PID控制的快速最优控制车速,其结构简单,具有很强的灵活性能,不一定需要一个精确的数字模型;车的方向控制主要是采用的模糊控制的方法,还充分的利用了单片机MC9S12DG l28b本身带来的一些模糊控制命令,简化了模糊调整速度和算法过程,大大减少了计算的时间,更加有利于模糊推理机。在这次设计中,硬件和软件采用的是模块化的结构,可以使整个系统的电路变得更加简单,可靠性也得到了提高,还增加了一个删除功能,是为了可以更好的提高系统的可靠性,系统软件和硬件都采用了抗干扰能力的技术。在电源欠压的情况下系统还会自动的断电。
关键词：舵机控制系统；自动；单片机
ABSTRACT
Smart car is a kind of intelligent robot, the car can better adapt to different working environment, not influenced by temperature and humidity, and space radiation and magnetic field and the influence of gravity condition, can go to the people can't do people could not enter the environment's mission, is suitable for many fields such as national defense. This design mainly is the design and implementation of the smart car, focuses on the smart car from hardware to software design and implementation of the entire process. We can use the model of a differential drive vehicle as a basic carrier of smart cars and system is using high reliability, strong anti-interference ability, high working frequency, the system real time good 16-bit microcontroller MC9S12DG l28b as core of control system. CMOS camera mounted responsible for road signal collection, as the car navigation. Design goal is to make smart car can bend the uneven road track run independently, not deviating from the path, the sooner the better. In the intelligent car design goal, and introduces the corresponding software system and hardware circuit design, hardware circuit mainly includes power supply module, camera module, log module, motor drive module, wireless communication module, manual setting module circuit, etc. In the software control system, designed a camera to collect information and image processing procedures, according to the information of road, can use different control methods to control the speed and direction of intelligent car. The speed of the motor system is to use the fast optimal control the speed of PID control, its structure is simple, has a strong, flexible performance does not necessarily need a precise digital model; The direction of the car control mainly adopt the method of fuzzy control, also full use of the single chip microcomputer MC9S12DG l28b itself brings some of the fuzzy control command, simplifies the fuzzy adjusting speed and the algorithm process, greatly reduce the computing time, more conducive to fuzzy inference machine. In the design of hardware and software USES a modular structure, can make the circuit of the whole system more simple, the reliability has improved, also added a delete function, in order to can better improve the reliability of system, the system software and hardware of the anti-jamming ability of technology has been adopted. In the case of a power supply voltage system will automatically power off.
Keywords: The steering gear control system; Automatically; Single chip microcomputer
目录
诚信声明 (Ⅰ)
摘要 (Ⅱ)
Abstract (Ⅲ)
第一章前言（黑体加粗四号字） (1)
第二章我国外汇储备的发展阶段 (2)
2.1 规模较小阶段（宋体小四号字） (2)
2.2.1 ※※※※（宋体小四号字） (2)
2.2.2 ※※※※ (2)
2.2 较快增长阶段 (2)
2.3 缓慢增长阶段 (2)
2.3.1 ※※※※ (2)
2.3.2 ※※※※ (2)
2.4 大幅度增长阶段 (2)
……
……
……
结论 (5)
参考文献 (6)
致谢 (7)
附录A (8)
第一章前言
1．1选题背景
随着社会的发展汽车逐渐的大众化，对于汽车研究的人也越来越多。国家竞争和省电子系列的大赛智能汽车几乎每次都是重点研究对象,全国大学也高度重视研究它的研究意义。
本文的研究对象为智能汽车是一种智能机器人，智能汽车各领域有广阔的应用前景。例如,在工业生产,可以代替人们完成货物的装卸和设备测试以及其他任务；军事上，可以代替人们在危险区域侦察和排雷的任务；公民，可以用作指导帮助盲人；在科学的研究中，可以代替人类对另一个星球探索或矿产勘查等。根据工作环境智能汽车主要分为室内和室外两种,这两种环境的区别在于。室内环境一般相对狭窄，光线稳定，所以室内环境的复杂性也是有限的，通常被人们视为一个结构化的环境。而室外环境通常是开放的，因为光照的影响、大气、时间、气候变化都很大，包括简单的结构化环境还包括复杂的非结构化环境中。户外智能机器人导航一般要求更高的智能。
据统计，人类接受的信息大部分来自于视觉。同时，智能机器人视觉传感器是用于在收集环境信息中有很大的优势，图像的信息内容丰富，如果在图像识别算法取得突破，那么我们就可以减少整个系统的操作时间，同时还可以大大增加道路试验的准确性，所以使用图像处理路况是一种很有前途的研究方向,，依靠视觉导航的智能汽车将是智能机器人非常“聪明”机器人的开始。
首先，导航，视觉信息不仅包括视觉对象的距离信息，并包含对象的颜色、形状等信息，这些信息是一般传感器不能提供的，为移动机器人具有更高的信息情报奠定了坚实的基础。其次，关于导航，视觉信息包含在路上边和道路信息，这些信息可以使高级路径规划可以更符合人类的交通规则。虽然现在智能汽车实际运行的范围是有限的，但高级机器人的智能视觉提供了足够的信息让我们可以有这样的发展机会。
近年来视觉导航领域研究获取的成就反映了视觉导航方式的巨大潜力。视觉导航是高级生物最常见的导航方式，视觉导航的重大突破，对于实现移动机器人的高度智能化以及提高当前的科技水平都具有重大意义。
1．2选题研究的目的和意义
本文研究的是“智能小车的自动识别方式的设计和实现”,目的是希望可以发展智能汽车的电子自动控制系统。近年来,人们在享受汽车带来便利的同时,也开始担心许多关于汽车的安全问题,汽车保有量,道路拥堵，事故频发。根据美国国家公路交通安全管
理局生产报告显示, 80%的碰撞和碰撞相关司机注意力不集中有很大的关系,这可能是因为疲劳驾驶和使用手机和其他分散注意力的因素,因此,安全控制变得越来越重要。安全、节能、环保、智能化和信息化是未来汽车的发展趋势。根据最新的调查报告显示，大多数人们最关心的是汽车的安全性，它比其一辆汽车的娱乐和燃油效率更重要,汽车安全系统是最强劲的需要增强的，传感器系统是一个可以提高汽车碰撞检测能力和提高汽车稳定性的系统。国际汽车安全系统市场的发展分为主动和被动安全系统,现在也向一体化的趋势发展。可见汽车安全与控制车内娱乐和导航信息系统相关不大，车身才是中国汽车电子产品的主要发展方向。总之，作为消费者在主动和被动的要求安全性能的提高,安全已成为驱动汽车的设计和开发的主要动力，智能，敏感和自动驾驶车辆安全系统已经成为现在的追求目标,各行各业技术和产品的不断更新，并提供技术支持，从传感器和模拟集成电路,先进的微处理器,让自动控制的车辆安全大大提高。
“自动道路识别的设计和实现智能车”项目,是使用模型汽车,传感器,单片机,智能车的硬件电路。其核心是自动控制系统,它是用传感器和处理器构成的,可以根据其他车辆距离、速度和道路条件,自动调整速度,而不用司机干预。自动道路识别智能车的设计,提高车辆安全、舒适和驾驶效率,控制系统起着重要的作用。
第二章智能小车的系统总结
2.1 智能车系统构成
本智能车控制系统采用摩托罗拉公司生产的M C9S12DG l 28的16位单片机作为核心控制单元，由安装在车前部的光电传感器及CM O S摄像头负责采集信号，并将信号传到核心控制单元进行判别处理后，由PW M 发生模块发出PW M 波，分别对舵机和直流电机进行控制，完成智能车的转向、前进和制动。智能车后轮上还安装有光电编码器，用来采集车轮的转速。智能车系统主要由以下几部分构成：中央处理器单元、道路识别单元、速度检测单元、直流电机驱动单元、舵机驱动单元、调试电路模块。
系统总体框图如图2-1所示
为了使智能车能够快速行驶，单片机必须把路径的迅速判断、相应转向电机的控制及直流驱动电机的控制结合在一起。否则会使小车偏离道路或弯路速度过快冲出道路。
2.2系统各部分的主要功能
系统主要包括以下部分:
（1）中央处理器单元。使用飞MC9S12DGl28B型号的16位单片机
（2）道路的识别。智能汽车在行驶的过程中,汽车可以使用摄像机搜集道路的信息,反馈给单片机控制单元,控制单元在判断黑线的位置,控制汽车的速度和转向。
（3）速度检测单元。使用光电编码器的驱动轮速度实时检测，反馈信息控制。
（4）直流电机驱动单元。根据速度检测单元反馈信息,驱动直流电机的操作,加速,减速和停止。
（5）伺服驱动单元。采取了一系列控制算法,通过摄像机的路面信息反馈,通过控制算法来计算控制单元调用，以便准确地控制舵机的旋转使汽车。
（6）电源模块单元。电源模块为系统其他模块提供所需电源。考虑的设计的基本参数如电压范围和电流容量,并考虑电源转换效率,降低噪声和防止干扰,电路简单,可靠的电力供应计划是整个电路的基础是稳定的和可靠的操作。
（7）调试电路模块。用于汽车开发和调试工作,一方面,它可以显示各种信息和控制电路的工作参数,另一方面可以修改工作参数
2.3 智能小车的主要参数
2.4系统的主要特点
1系统使用一个Freescalel6位单片机MC9S12DGl28B作为MCU ,使系统的微控制器可靠性高,抗干扰能力强,工作频率多达25 M H z,保证系统的实时性能。
2.该系统使用数字PID控制器来控制直流电机驱动。PID控制器结构简单灵活，根据实验和经验可以调整参数，不用一个精确的数字模型，可以获得更好的控制性能。
3系统控制模块使用的方向模糊推理机,模糊推理机是Freescale速度12系列单片机内部资源。
4系统硬件和软件采用模块化结构,根据需求方便添加或删除功能。
5为了提高系统的可靠性,系统采用的硬件和软件抗干扰技术,如;光电隔离技术,数字滤波技术、电磁兼容性分析,等实时监控,低压供电系统有自动关机功能。
总之,智能车辆控制系统在理论和实践中,具有一定的创新点,其功能完善,运行稳定,可靠性高,并提供了一个强大的辅助功能。
第三章智能小车硬件系统的设计
智能小车控制系统的设计第一步是设计硬件系统,因为硬件的设计对系统的运行稳定和控制精度有重要作用。智能小车系统主要由中央处理器单元,路径识别单元和速度检测单元、直流电机驱动单元,伺服驱动单元等部分组成。智能车系统的硬件模块如图3 - 1所示。
以下是对智能小车模块进行的详细设计。
智能车系统的硬件模块如图3.1所示
3.1电路的主要器件
电源管理模块：电池和稳压芯片
◆ 控制模块：目标板和系统微控制器
◆ 路径识别模块：摄像头和转换器
◆ 后轮驱动和速度检测模：直流电机和直流电机驱动芯以及转向舵机模块舵机
◆ 电源电压检测模块：光电耦合芯片和运算放大器
◆ 辅助调试模块：红外遥控器
3.2电源的设计
电源管理模块的设计是汽车电源为汽车控制器和执行器以及传感器工作提供可靠的电力供应，目前市场上出现的充电电池有镍镉电池和镍氢电池和锂离子电池和碱性电池以及密封铅酸电池几类等。因为镍镉电池有价格低、成熟的技术、简单的电路、瞬时大电流供应能力的优势、所以就占领了大部分的市场，所以我也就选择了国内镍镉可充电电池当选了智能小车的电源。电源管理模块的主要功能是对电压进行调整，其他模块提供所需的镍镉充电电池供电系统。设计时，需要考虑基本参数有电压范围和电流容量和电源噪声以及防止干扰的优化。电源的好坏可以影响整个硬件电路的稳定。
3.3电路的系统控制
智能单片机系统控制模块是用汽车Freescale发射增强的16位单片机MC9S12DGl
28 b,这个系列的单片机主要是用于工业控制的，特别是在汽车领域的应用更加广泛。这一系列单片机的优点是加大了I / o模块和特殊工业控制通信模块。S12系列的单片机的中央处理器CPU12是由运算器的算术逻辑单元和控制单元以及寄存器组成的。CPU的总线频率是8mH z，内部的操作速度一般可达到25mHz。
3.3.1单片机的内部结构
MC9S12DGl28B作为S12系列的单片机，内部结构特是非常多的，一般可以有如下结构
(1)时钟和复位模块：PLL和CO P
(2)存储器：2KB EEPROM和8KBRAM
(3)两个8路A／D转换器：具有外部触发转换的功能
(4)增强型捕捉定时器：16位计数器和8个输入或输出通道以及两个8位脉冲计数
器
(5)8路PW M 通道：可编程周期以及占空比、8位8路／16位4路PWM、独立控制
各路PW M 的周期和占空比、中间对齐和左对齐输出、频率范围宽的可编程时钟选择逻辑和紧急时刻快速关闭输出
(6)串行接口：两个异步串行通信模块和1个IIC总线接口14
(7)3个1M／S，CAN2．OA，CAN2．0B兼容模块
MC9S12DGl28b是支持在线编程的,也就是在线写作和抹去以及网上下载程序。在线编程的一个原则是：单片机的芯片CPU有能力写在芯片内、删除操作,用户必须以一串口命令发送给单片机，单片机编程接口除了可以完成ash的抒写、擦除等功能，也可以用做应用程序的调试,还可以在应用程序中进行运行时，随时的访问CPU寄存器的值，比如内存的瞬态信息,这被称为后台调试模式。此外,监控通过BDM写入,然后还可以从BDM，通过RS下载程序和调试。
3.3.2单片机的硬件设计
(1)时钟电路。单片机的系统操作需要电源和时钟这两个基本的条件。在这两个条件中时钟电路设计是最重要的。不过单片机内部的时钟电路也还是不如使用外部晶体振动稳定性，使用16MHz外部晶体中的单片机外部晶体的输入接口EXTAL和晶体，在利用MC9S12DG128b内部压控振荡器和锁相环(PLL)的频率增加到25 M H z，做单片机内部总线时钟。
(2)串口RS. 232驱动电路。通过RS.232转换芯片，单片机也可以用异步串行通信协议和PC的通信的。RS.232级别转换芯片可以实现TTL和RS.323之间的转换，再通过九个核心串行端口和电脑沟通。在智能小车控制系统可以电脑通过RS.232下载一个程序控制主板
(3)复位电路。单片机复位电路集成电力，但使用特殊的复位电路使系统上电复位更加可靠。智能小车控制系统主电路中是外部复位电路和RC电路使用按钮
(4)电源电路。单片机M C9S12DG l 28B的供电是靠外部的+5V电源。其电路已在电源管理模块中说明。单片机芯片内部使用3V电压，较低的片内电压使CPU 运行速度快，功耗低；较高的I／O 电压有利于抗外界干扰。
(5)BDM (BackgroundDebugMod卜后台调试模式)调试接口。BDM 头接口是接BDM 调试工具的，向单片机MC9S12DGl28B下载程序，进行在线调试。BDM 是单片机最根本的调试方式n”。15 广东工业大学工学硕士学位论文
(6单片机运行模式的选择。MC9S12系列单片机有两种工作模式,分别是单片的操作模式和操作模式的扩张。单片机操作模式是最常用的M C9S12系列单片机的操作模式。单片机操作模式分为普通单模和特殊两种,普通单模是运行应用程序时使用模式,特殊
的单模指BDM调试模式。在这里插入BDM头时,可以输入特殊的单模;当不插入BDM自动进入普通单模。扩展操作模式允许通过外部CPU总路线扩展RAM和I / O等。单片机M C9S12DG l28B内有足够的存储器资源，所以在智能车控制系统中只需要工作在单片运行模式。见表3．1可知单片机的工作模式
3.4道路的识别
3.4.1道路识别的方法
道路的识别模块是智能小车控制系统的关键模块，它可以将交通信息更多和更好更精确的路径信息反馈给小车,以提高小车的运行速度和稳定性。智能小车跟踪方法有很多，主要分为三种:红外检测和CCD / CMOS相机检测方法以及红外探测与摄像机相结合。
（1）摄像头的检测方式，通过镜头把智能小车的路径信息传送到控制系统，在使用软件来处理各种参数,用于识别的路径跟踪的方法有很多。CCD / CMOS相机有线性和阵列两种类型,它们的接口电路和输出信号以及检测信息的差别较大了，摄像机可以拍摄前面道路的图像信息，但线阵CCD只能访问道路的线性图像信息。事实上，高分辨率线阵CCD也可以看作是红外探测方法。其优点是通过镜头可以远远领先于道路图像映射到CCD / CMOS设备，以便让小车可以更好的了解道路信息。能让汽车的运动控制可以有效的改善跟踪精度和速度。硬件电路比较复杂,然而,信息容量大,相机来记录图像分割和识别,加快处理速度为相机的程序是一个关键的问题。
（2）通过红外发光管发射红外线光照射道路，道路表面与路上的标线具有不同的反射强度，利用红外接收管可以检测到这些信息。通过合理安排红外发射／接收管的空间位置可以检测到小车前方道路相对小车的位置。红外发射／接收管一般安装在小车的前端，可以装一排。红外发射／接收管检测方案的优点是电路简单，安装方便，检测速度快，成本低。但分辩率低，识别道路信息少，前瞻性差，容易受到环境光线的干扰，耗电量较大[203-122]
由红外发光管发射红外线,路面和路上的行有不同的反射强度,此信息可以检测到红外接收管。通过红外发射/接收管的合理安排空间位置可以检测到位置路径相对于前面的车车。红外发射/接收管通常是安装在汽车的前面,可以用一行。红外发射/接收管检测方案的优点是电路简单,方便安装、测试速度、低成本。但分辨率低,不识别道路信息,前瞻性,容易受到环境光干扰,大功耗(203 - 122)
第三章一级标题（黑体小二加粗，居中）
3.1 二级标题（黑体四号加粗）
正文另起一段，数字与标题之间空一格（宋体小四号）
3.1.1 三级标题（黑体小四加粗）
正文另起一段，数字与标题之间空一格
3.1.1.1 款项标题（宋体小四加粗）正文接排。本行缩进2字符，标题与正文空一格
3.1.1.2
……
结论（黑体小二加粗，居中）
外汇储备管理是国家在健全的储备管理体系下，持有适度的储备量并进行有效的管理，以实现外汇储备各项职能的一系列工作，它与国家的经济开放程度密切相关。随着世界经济一体化进程的步伐加快，国际间资金流动更加频繁，在这种形势下，各国对外汇储备的需求不仅是维持国际收支平衡的需要，更主要是抵消国际资金冲击的需要，所以说目前各国的外汇储备从某种意义上成了干预储备或安全储备。所以无论积极外汇储备管理模式具体操作如何，它都是以宏观经济长期稳定发展和人民福利提高为最终目标的。（宋体小四号）
参考文献（黑体小二加粗，居中）
[1] Lubbers,柳靖(译) HTML5程序设计[M].人民邮电出版社,2012.5
[2] Zakas. Nicholas C.李松峰(译) JavaScript高级程序设计[M] .人民邮电出版社,2012.3
[3] Tim Kadlec,侯鸿儒 (译) 响应式Web设计实践[M] .人民邮电出版社,2013.3
[4] Eric A.Meyer,CSS权威指南(第3版)[M] .中国电力出版社,2008.1
[5] 陆凌牛, HTML 5与CSS 3权威指南[M] .机械工业出版社,2011.4
[6]张秀光,单片机与计算机串口通信[M].电子工程出版,2013
1076 计算机测量与控制.2010.18(5) Computer Measurement &Control 控制技术 收稿日期:2009-09-27; 修回日期:2009-11-09。 作者简介:杨百平(1982-),男,陕西人,在读研究生,主要从事电路系统与自动控制方向的研究。 杨金孝(1964-),男,陕西人,副教授,主要从事电子电路的研究与设计、控制理论与控制工程方向的研究。 文章编号:1671-4598(2010)05-1076-03 中图分类号:T P274 5 文献标识码:A 无人机舵机控制系统的硬件设计与实现 杨百平,杨金孝,赵 强 (西北工业大学电子信息学院,陕西西安 710129) 摘要:给出了一种基于ST M 32F103VB 微控制器的无人机全数字舵机控制系统硬件实现方案,该方案以STM 32F103VB 作为主控芯片,无刷直流电机作为该系统的伺服电机,采用三闭环的控制策略,实现了脉宽调制(PWM )控制信号的采样和输出,通过采样PW M 信号实现舵机的控制,针对无人机对数据传输实时性的要求,利用CAN 总线与上位机通讯,很好地满足了要求;该系统具有成本低廉、安全可靠且实现容易的特点,实现了舵机控制系统的数字化与小型化;经多次试验,证明是安全实用的。 关键词:S TM 32F103VB 微控制器;无人机;伺服;电动舵机 Hardware Design and Implementation for a S ervo System of UAV Rudder Yang Baiping ,Yang Jinxiao,Zhao Qiang (Colleg e of Electr onics and Infor mat ion,No rthw ester n P olytechnical U niver sity,Xi an 710129,China) Abstract:A set of fu lly-digital-signal ser vo system bas ed on S TM 32F103VB for UAV electrom echanical rudder is in tr odu ced in th is paper.It takes S TM 32F103VB as the master control unit and bru shless DC m otor as its drive.T his project uses the digital th ree clos ed-loop control strategy,sampled and gen erated puls e width modulation w ave,through sampling one of th e PW M w aves to realize control tran sfer,in view of U AV to data transmis sion tim elin es s r equest,com municated w ith upper sys tem by CAN bu s.It featu red low cos t,s afe,easy to realize,made it smaller and digital,and w as testified that the sy stem is ap plicable and safety. Key words :S TM 32F103VB M CU;UAV;servo;electr om ech anical rudder 0 引言 舵机控制系统是飞行控制计算机和舵机之间的接口,它采集接收机多路PW M 信号,与上位机进行通讯,产生控制舵机的PW M 信号,是舵机系统的核心部分。现有的舵机伺服控制线路大部分还都是模拟的,因其固有的一些缺点而限制了它的使用,相比之下,数字舵机系统具有很多模拟式舵机所没有的优点。本文给出了一种基于ST M 32F103VB 微控制器的无人飞行器舵机伺服控制系统,具有高性能、低功耗、低成本、安全可靠和实现容易的特点,可在线编程并成功应用于实践。 1 系统综述 舵机主要是由无刷电机、舵机控制器、舵机机械结构和传感器4部分组成。其中舵机控制器又包括:数据接口部分、中央控制单元、逻辑单元、隔离放大部分与功率驱动模块。一般舵机的工作过程如下:首先由上位机给出一舵偏角指令,舵机控制器接受该指令后与检测得到的实际舵面偏转角送入舵面位置调节单元从而得到参考P WM 占空比A;然后测量实际转速,当速度大于预设值时输出一给定PW M 占空比B;最后检测实际电流,当电流大于电流预设值时,输出另一给定的PWM 占空比C [1]。无刷直流电机中的H A LL 传感器检测转子位置,产生H A ,H B,H C 三相霍尔信号,H A 、HB 、H C 、和ST M 32输出的P WM 波和电机换相信号逻辑综合得到6路电机控制信号驱动电机转动 [2] 。电机输出轴连接精密减速器和 各种传感器,减速器输出驱动舵面。系统实现图如图1所示。 图1 系统组成结构图 2 舵机控制器的硬件组成 舵机控制器的硬件由图2中框线部分组成,该控制器以ST M 32F103V B 为核心。整个系统的硬件设计主要由ST M 32F103V B 工作电路、可编程逻辑电路、隔离及驱动电路、检测信号处理电路、A D 转换电路、数据接口电路及温度检测电路等部分组成。在系统中ST M 32F103V B 通过其自身的CA N 总线控制器与上位机进行数据传输,并使用自身集成的A D 转换器和内置通用定时器实时监测舵机位置、转速和电流等参数。 控制器根据内置的控制算法进行位置环、速度环和电流环计算,并产生控制数据,控制数据通过转换算法产生控制量(PW M 信号和DI R 信号),控制量进入逻辑阵列CPL D 与无刷电机位置传感器信号(H A L L 信号)进行逻辑综合后,输出6路电机控制信号。电机控制信号经隔离电路后控制电机功率驱动模块进行功率放大,驱动无刷电机运行。2 1 主控芯片STM32F 103VB [3] ST M 32F103VB 是意法半导体(ST )公司推出的基于A RM 32位CORT EX -M 3CPU ,是目前性能比较突出的微处理器之一,其增强型系列特别适合做电机控制。它的主要特点如下:
在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。 其工作原理是： 控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。当然我们可以不用去了解它的具体工作原理，知道它的控制原理就够了。就象我们使用晶体管一样，知道可以拿它来做开关管或放大管就行了，至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。 3. 舵机的控制： 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms 范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的： 0.5ms--------------0度； 1.0ms------------45度； 1.5ms------------90度； 2.0ms-----------135度； 2.5ms-----------180度； 这只是一种参考数值，具体的参数，请参见舵机的技术参数。 小型舵机的工作电压一般为4.8V或6V，转速也不是很快，一般为0.22/60度或0.18/60度，所以假如你更改角度控制脉冲的宽度太快时，舵机可能反应不过来。如果需要更快速的反应，就需要更高的转速了。 要精确的控制舵机，其实没有那么容易，很多舵机的位置等级有1024个，那么，如果舵机的有效角度范围为180度的话，其控制的角度精度是可以达到180/1024度约0.18度了，从时间上看其实要求的脉宽控制精度为2000/1024us约2us。如果你拿了个舵机，连控制精度为1度都达不到的话，而且还看到舵机在发抖。在这种情况下，只要舵机的电压没有抖动，那抖动的就是你的控制脉冲了。而这个脉冲为什么会抖动呢？当然和你选用的脉冲发生器有
目录 一．舵机PWM信号介绍 (1) 1．PWM信号的定义 (1) 2．PWM信号控制精度制定 (2) 二．单舵机拖动及调速算法 (3) 1．舵机为随动机构 (3) （1）HG14-M舵机的位置控制方法 (3) （2）HG14-M舵机的运动协议 (4) 2．目标规划系统的特征 (5) （1）舵机的追随特性 (5) （2）舵机ω值测定 (6) （3）舵机ω值计算 (6) （4）采用双摆试验验证 (6) 3．DA V的定义 (7) 4．DIV的定义 (7) 5．单舵机调速算法 (8) （1）舵机转动时的极限下降沿PWM脉宽 (8) 三．8舵机联动单周期PWM指令算法 (10) 1．控制要求 (10) 2．注意事项 (10) 3．8路PWM信号发生算法解析 (11) 4．N排序子程序RAM的制定 (12) 5．N差子程序解析 (13) 6．关于扫尾问题 (14) （1）提出扫尾的概念 (14) （2）扫尾值的计算 (14)
一．舵机PWM 信号介绍 1．PWM 信号的定义 PWM 信号为脉宽调制信号，其特点在于他的上升沿与下降沿之间的时间宽度。具体的时间宽窄协议参考下列讲述。我们目前使用的舵机主要依赖于模型行业的标准协议，随着机器人行业的渐渐独立，有些厂商已经推出全新的舵机协议，这些舵机只能应用于机器人行业，已经不能够应用于传统的模型上面了。 目前，北京汉库的HG14-M 舵机可能是这个过渡时期的产物，它采用传统的PWM 协议，优缺点一目了然。优点是已经产业化，成本低，旋转角度大（目前所生产的都可达到185度）；缺点是控制比较复杂，毕竟采用PWM 格式。 但是它是一款数字型的舵机，其对PWM 信号的要求较低： （1） 不用随时接收指令，减少CPU 的疲劳程度； （2） 可以位置自锁、位置跟踪，这方面超越了普通的步进电机； 其PWM 格式注意的几个要点： （1 ） 上升沿最少为0.5mS ，为0.5mS---2.5mS 之间； （2） HG14-M 数字舵机下降沿时间没要求，目前采用0.5Ms 就行；也就是说PWM 波形 可以是一个周期1mS 的标准方波； （3） HG0680为塑料齿轮模拟舵机，其要求连续供给PWM 信号；它也可以输入一个周 期为1mS 的标准方波，这时表现出来的跟随性能很好、很紧密。
舵机控制实验 舵机是一种位置伺服的驱动器，主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机或者单片机发出信号给舵机，其内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms 的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。经由电路板上的IC 判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回信号，判断是否已经到达定位。适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。一般舵机旋转的角度范围是0 度到180 度。 舵机有很多规格，但所有的舵机都有外接三根线，分别用棕、红、橙三种颜色进行区分，由于舵机品牌不同，颜色也会有所差异，棕色为接地线，红色为电源正极线，橙色为信号线。
舵机的转动的角度是通过调节PWM（脉冲宽度调制）信号的占空比来实现的，标准PWM（脉冲宽度调制）信号的周期固定为20ms （50Hz），理论上脉宽分布应在1ms到2ms 之间，但是，事实上脉宽可由0.5ms 到2.5ms 之间，脉宽和舵机的转角0°～180°相对应。有一点值得注意的地方，由于舵机牌子不同，对于同一信号，不同牌子的舵机旋转的角度也会有所不同。 了解了基础知识以后我们就可以来学习控制一个舵机了，本实验所需要的元器件很少只需要舵机一个、跳线一扎就可以了。 RB—412 舵机*1 面包板跳线*1 扎 用Arduino 控制舵机的方法有两种，一种是通过Arduino 的普通数字传感器接口产生占空比不同的方波，模拟产生PWM 信号进行舵机定位，第二种是直接利用Arduino 自带的Servo 函数进行舵机的控制，
2018年第46卷第10期 D 驱动控制rive and control 李红燕等 无人机用电动舵机控制系统设计 85 收稿日期:2018-05-08 基金项目:2017年度院级课题资助项目(JATC17010101) 无人机用电动舵机控制系统设计 李红燕1,和 阳2,蔡 鹏1,姜春燕1,徐 信1 (1.江苏航空职业技术学院,镇江212134;2.清华大学,北京100084) 摘 要:介绍一种无人机用机电一体化电动舵机控制系统三舵机结构采用无刷直流电动机二谐波减速器二联轴器二旋转变压器二摇臂串联的布局,结构紧凑二体积小三控制器以DSP+CPLD 为核心架构,采用PI 控制算法二位置保护和电流保护逻辑,增强了系统的可靠性三驱动器采用智能功率模块实现,简化了电路设计三实验结果表明,该系统满足控制性能要求,具有高功率密度的特点三 关键词:电动舵机;无刷直流电动机;DSP+CPLD;控制电路 中图分类号:TM359.9 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2018)10-0085-04 Design of Electric Steering Engine Control System Used for Unmanned Aerial Vehicle LI Hong-yan 1,HE Yang 2,CAI Peng 1,JIANG Chun-yan 1,XU Xin 1 (1.Jiangsu Aviation Technical College,Zhenjiang 212134,China; 2.Tsinghua University,Beijing 100084,China) Abstract :A kind of mechatronics electrical actuator control system used by unmanned aerial vehicle (UAV)was in- troduced.The layout of actuator adopted with brushless DC motor,harmonic reducer,shaft coupling,rotary transformer and servo arm in tandem to make the structure compact and small.The controller was based on DSP+CPLD,PI control al-gorithm,position protection and current protection logic were used to enhance the reliability of the system.The driver based on the intelligent power module simplified the circuit design.The experimental results show that the system meets the re-quirements of control performance and has the characteristics of high power density. Key words :electric actuator;brushless DC motor;DSP+CPLD;control circuit 0引 言 无人机依靠电动舵机来控制左右副翼二方向舵二升降舵和油门的定位,从而维持飞行姿态的稳定三随着无人机的应用越来越广泛,对电动舵机的结构及性能要求也越来越高,因此研究轻量化二性能可靠的电动舵机系统具有重要意义三 国外,很多机构为了实现无人机用电动舵机的微型化二高功率密度二高可靠性,开展了大量的试验研究[1-3]三Futaba 公司研制了一系列用于无人机舵面控制的小功率舵机[4]三Parker 宇航开发出具有抗 干扰容错,可耐受高温苛刻环境的飞行机电作动器三此外,美国空军二海军和NASA 研制的电动作动器,结构紧凑,在F /A-18B 系列飞机上进行了测试三国内许多高校和研究院对电动舵机的余度控制[5]二容错设计[6]二故障诊断[7-8]等方面进行了深入研究三 本文从舵机机械结构分析二硬件结构搭建二控制 算法和逻辑设计出发,旨在设计出满足高功率密度二高可靠性要求的电动舵机控制系统三 1 整体设计方案 电动舵机系统的机械结构主要包括电机二减速器二联轴器二位置传感器以及摇臂三电机选用盘式无刷直流电动机,体积小二质量轻;减速器采用谐波减速器,可提高系统的功率密度二传动精度以及扭转刚度;位置传感器采用旋转变压器(以下简称旋变),配合旋变解调芯片完成舵机当前摇臂位置信号的测量与传递,可应对无人操作及复杂的工作环境三电动舵机机械结构如图1所示,其体积尺寸为110mm?33mm?50mm,舵机与控制器集成于一体的布局,有效地利用了空间,提高了系统的集成度 三 图1 舵机机械结构图 设计中,要实现电动舵机的额定扭矩为2.6N四m,最大扭矩5.8N四m;行程范围0~30?三阶跃 响应时间短,无超调和振荡三动态响应速度快,输入? 3?,5Hz 的正弦信号时幅值衰减小于3dB,相位滞万方数据
Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑：梁书第8卷第15期(2012年5月)基于Arduino 的舵机控制系统设计 蔡睿妍 （大连大学信息工程学院，辽宁大连116622） 摘要：舵机是传统的角度控制驱动器，在机器人等领域得到了广泛应用。传统的舵机主要采用单片机系统驱动控制，但单片机系统对多个舵机同时进行驱动效果并不理想，因此，采用了流行的开源Arduino 控制板，通过输出不同脉宽的信号进行舵机转动角度控制，实验证明，该系统实现了舵机角度控制，满足舵机角度控制精度要求，为舵机的驱动提供了新方式。 关键词：Arduino ；舵机；脉宽信号；角度控制 中图分类号：TM383.4 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2012)15-3719-03Design of Servo Control System Based on Arduino CAI Rui-yan (Information and Engineering College of Dalian University,Dalian 116622,China) Abstract:The servo is the traditional angle control driver and has been widely used in robot and other fields.In general,servo is driven by microcontroller system,but the driving effect of microcontroller system is not satisfactory for multiple servos.So,the Arduino,an open source control board,is used to output different pulse width signal to control the servo rotation angle,experiment showed that,this system realizes the angle control of servo,meets the requirement of angle control precision and provides a new way to drive servo. Key words:Arduino;servo;pulse width signal;angle control 舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前，在高档遥控玩具，如飞机、潜艇模型，遥控机器人中已经得到了普遍应用。传统对舵机的控制主要采用单片机，利用定时器和中断的方式来完成控制，这样的方式控制一个舵机还是相当有效的，但是随着舵机数量的增加，控制起来就没有那么方便了，尤其对机器人等需要多个舵机同时工作的系统中，单片机驱动复杂且精度难以保证。因此，本文采用目前较为流行的开源Arduino 来实现舵机的精确控制。1Arduino 简介 Arduino 是源自意大利的一个教学用开源硬件项目，主要是为希望尝试创建交互式物理对象的实践者、喜欢创造发明的人及艺术家所构建的，它秉承开源硬件思想，程序开发接口免费下载，也可依需求自己修改。Arduino 引脚如图1所示： 图1Arduino 控制板 其硬件系统是高度模块化的，通过USB 接口与计算机连接，包括14通道数字输入/输出，其中包括6通道PWM 输出、6通道10位 ADC 模拟输入/输出通道，电源电压主要有5V 和3.3V [1]。在核心控制板的外围，有开关量输入输出模块、各种模拟量传感器输入模 块、总线类传感器的输入模块，还有网络通信模块，只要在核心控制板上增加网络控制模块，就可以容易地与互联网连接。Arduino 还提供了自己的开发语言[2,3]，支持Windows 、Linux 、MacOS 等主流的操作系统。Arduino 系统是基于单片机开发的，并且大量应用通用和标准的电子元器件，包括硬件和软件在内的整个设计，代码均采用开源方式发布，因此采购的成本较低，在各种电子制作竞赛、收稿日期：2012-04-23 作者简介：蔡睿妍（1979-），黑龙江林甸县人，讲师，硕士，主要从事电子技术、通信与网络方向的研究。 E-mail:kfyj@https://www.doczj.com/doc/db5356490.html, https://www.doczj.com/doc/db5356490.html, Tel:+86-551-56909635690964 ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.8,No.15,May 2012.3719
1.什么是舵机： 在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。 2.其工作原理是： 控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。当然我们可以不用去了解它的具体工作原理，知道它的控制原理就够了。就象我们使用晶体管一样，知道可以拿它来做开关管或放大管就行了，至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。 3.舵机的控制： 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为 0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关 系是这样的： 0.5ms--------------0度； 1.0ms------------45度； 1.5ms------------90度； 2.0ms-----------135度； 2.5ms-----------180度； 请看下形象描述吧:
这只是一种参考数值，具体的参数，请参见舵机的技术参数。 小型舵机的工作电压一般为4.8V或6V，转速也不是很快，一般为0.22/60度或0.18/60度，所以假如你更改角度控制脉冲的宽度太快时，舵机可能反应不过来。如果需要更快速的反应，就需要更高的转速了。 要精确的控制舵机，其实没有那么容易，很多舵机的位置等级有1024个，那么，如果舵机的有效角度范围为180度的话，其控制的角度精度是可以达到180/1024度约0.18度了，从时间上看其实要求的脉宽控制精度为2000/1024us约2us。如果你拿了个舵机，连控制精度为1度都达不到的话，而且还看到舵机在发抖。在这种情况下，只要舵机的电压没有抖动，那抖动的就是你的控制脉冲了。而这个脉冲为什么会抖动呢？当然和你选用的脉冲发生器有关了。一些前辈喜欢用555来调舵机的驱动脉冲，如果只是控制几个点位置伺服好像是可以这么做的，可以多用几个开关引些电阻出来调占空比，这么做简单吗，应该不会啦，调试应该是非常麻烦而且运行也不一定可靠的。其实主要还是他那个年代，单片机这东西不流行呀，哪里会哟！ 使用传统单片机控制舵机的方案也有很多，多是利用定时器和中断的方式来完成控制的，这样的方式控制1个舵机还是相当有效的，但是随着舵机数量的增加，也许控制起来就没有那么方便而且可以达到约2微秒的脉宽控制精度了。听说AVR也有控制32个舵机的试验板，不过精度能不能达到2微秒可能还是要泰克才知道了。其实测试起来很简单，你只需要将其控制信号与示波器连接，然后让试验板输出的舵机控制信号以2微秒的宽度递增。 为什么FPPA就可以很方便地将脉宽的精度精确地控制在2微秒甚至2微秒一下呢。主要还是 delay memory这样的具有创造性的指令发挥了功效。该指令的延时时间为数据单元中的立即数的值加1个指令周期（数据0出外，详情请参见delay指令使用注意事项）因为是8位的数据存储单元，所以memory中的数据为（0～255），记得前面有提过，舵机的角度级数一般为1024级，所以只
舵机工作原理 标准的舵机有3条导线，分别是：电源线、地线、控制线，如图2所示。 以日本FUTABA-S3003型舵机为例，图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。
3003舵机的工作原理是：PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686，以驱动电机正反转。当电机转动时，通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转，直到电压差为O，电机停止转动。 舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化，改变舵机的位置。
有个很有趣的技术话题可以稍微提一下，就是BA6688是有EMF控制的，主要用途是控制在高速时候电机最大转速。 原理是这样的: 收到1个脉冲以后，BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲，2个脉冲比较以后展宽，输出给驱动使用。当输出足够时候，马达就开始加速，马达就能产生EMF，这个和转速成正比的。 因为取的是中心电压，所以正常不能检测到的，但是运行以后就电平发生倾斜，就能检测出来。超过EMF判断电压时候就减小展宽，甚至关闭，让马达减速或者停车。这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近) 一些国产便宜舵机用的便宜的芯片，就没有EMF控制，马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象，产生抖舵电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源．电压通常介于4～6V，一般取5V。注意，给舵机供电电源应能
提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用图3来表示。 可变脉宽输出试验(舵机控制) 原创：xidongs 整理：armok / 2004-12-05 / https://www.doczj.com/doc/db5356490.html,
舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机的工作原理：一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成，舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板等。舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为0－180度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。转动范围不能超过180度。适合于需要不断角度变化并可以保持的驱动电路中。 控制电路板中的信号调制芯片接收来自信号线的信号，获得偏置电压，芯片内部本身带有一个基准电路，产生周期为20毫秒，宽度为1.5MS的基准信号，获得的偏置电压信号会与基准电压进行比较，电压差的正负值输出到电机驱动芯片将决定电机的正反转，因为舵机的输出轴与位置反馈电位计是相连的，电机的转动通过级联减速齿轮带动反馈电位计（电位器）旋转，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行负反馈，当电压差为零时，电机停止转动，并达到预期的转动角度位置。 舵机的控制： 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉 冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的： 0.5ms-----------负90度； 1.0ms-----------负45度； 1.5ms------------0度； 2.0ms-----------正45度； 2.5ms-----------正90度； 请看下形象描述吧: 这只是一种参考数值，具体的参数，请参见舵机的技术参数。 第八届的B车模采用的舵机是SD_5参数如下：
1 2 3 4 5 6 A B C D 6 54321D C B A Titl e Number Revision Size B Date:28-Jan-2010Sheet of File: D:\STM 32多功能多路舵机控制板\STM 32多功能多路舵机控制板PR OTEL\STM 32舵机控制板.Ddb Drawn B y :BOOT060NR ST 7 OS C_IN/PD0 5 OS C_OUT/PD1 6 PA0-WKUP 14 PA115PA216PA317PA420PA521PA622PA7 23PA841 PA942PA1043PA1144PA12 45 PA13/JTMS/S WDIO 46PA14/JTCK/S WCLK 49PA15/JTDI 50 PB 026PB 1 27 PB 2/BOOT128PB 3/JTDO 55PB 4/JNTRST 56PB 557PB 658PB 7 59PB 861PB 962PB 1029PB 1130PB 1233PB 1334PB 1435PB 1536PC 08PC 19PC 210PC 311PC 424PC 525PC 637PC 7 38PC 839PC 940PC 1051PC 1152PC 12 53PC 13-TAMPER-RTC 2PC 14-OS C32_IN 3PC 15-OS C32_OUT 4PD254VB AT 1VDD_132VDD_248VDD_364VDD_419VDDA 13 VS S_131VS S_247VS S_363VS S_418VS SA 12 U1 STM 32F 103RB T6 CD/DAT3 1CM D 2VS S 3VDD 4CLK 5VS S 6DAT07DAT18DAT2 9 JP7 SD 卡座 A 1 1A 2A 23 B 16B 5B 2 4 JP11KEY C1+ 1 V+2C1-3C2+4 C2-5 V-6 T2out 7 R2i n 8VC C 16 GND 15T1out 14R1i n 13R1out 12T1i n 11T2i n 10R2out 9 JP13MAX232 1 62738495J7 DB 9 Y18M HZ C3 20p C4 20p OS C_IN OS C_OUT US ART1_TX US ART1_RX C9 0.1uf C110.1uf C100.1uf C80.1uf C12 0.1uf 1 234J5CON4 1234J6CON4 1 234J4CON4 1234567 8 JP4HEADER 4X2 1234567 8 JP6HEADER 4X2 1234567 8 JP3HEADER 4X2 1234567 8 JP1 HEADER 4X2 1234567 8 JP2 HEADER 4X2 1234567 8 JP5 HEADER 4X2 1234J1CON4 1234J2CON4 1234J3CON4 vcc VC C VC C VC C VC C VC C 5V VC C02VC C11 GND04NTRST 3GND16TDI 5GND28TM S 7GND310TC K 9GND412RTCK 11GND514TDO 13GND616NR ST 15GND718NC 017GND820 NC 1 19 JP8JTAG 3V3 JTR ST JTDO JTR ST JTDO R1310k C5 100nf 3V3 S1 SW-PB SPI1_NS S SPI1_SC K SPI1_MISO SPI1_MOSI SPI1_NS S R3 100R1100R2 100 SPI1_MOSI SPI1_SC K SPI1_MISO C2100nf 3V3 3V3 C1100nf OS C_IN OS C_OUT US ART1_TX US ART1_RX 12345 6 JP12 HEADER 3X2 3V3R1210K R1110K BOOT1 BOOT0 BOOT0 BOOT11234 8765S2SW DIP-4 3V3 R710K R810K R910K R1010K PA0PA1PA2PA3 PA0PA1PA2PA33V3 C610p C710p US B_DM US B_DP US B_DISCONNEC T PC 0PC 1PC 2PC 3 PC 7PC 6PC 4PC 5 PC 8PC 9PC 10PC 11 PC 12PB 5PB 6PB 7PB 8 PB 11PB 10PB 9PB 12 PB 13PB 14PB 15 PB 5PB 6PB 7PB 8PB 9PB 10PB 11PB 12PB 13PB 14PB 15PC 0PC 1PC 2PC 3PC 4PC 5PC 6PC 7PC 8PC 9PC 10PC 11PC 12 VUSB 1GND 5 ID 4D+3D-2C24 MINI_USB 5V R422 R522R61.5k US B_DM US B_DP US B_DISCONNEC T Y2 32.768KHZ R15 1k 5V 2 3 1 R16 POWER 5V 1 2JP10 HEADER 212JP9 HEADER 2 VC C 3V3 C13100nf C1410uf C15 100nf C1647u f C17 100n f C184.7u f C19100n f C20100n f C21100n f C22100n f C23 100n f R141K +C251000u f Vin 3 G N D 1 Vout 2U2 VOLTREG Vin 3 G N D 1 Vout 2 U3 VOLTREG D2 LED D1LED
课程设计项目说明书 舵机控制型机器人设计 学院机械工程学院 专业班级2013级机械创新班 姓名吴泽群王志波谢嘉恒袁土良指导教师王苗苗 提交日期 2016年4 月1日
华南理工大学广州学院 任务书 兹发给2013级机械创新班学生吴泽群王志波谢嘉恒袁土良 《产品设计项目》课程任务书，内容如下： 1. 题目：舵机控制型机器人设计 2.应完成的项目： 1.设计舵机机器人并实现运动 2.撰写机器人说明书 3.参考资料以及说明： [1] 孙桓.机械原理[M].北京.第六版;高等教育出版社，2001 [2] 张铁，李琳，李杞仪.创新思维与设计[M].国防工业出版社，2005 [3] 周蔼如.林伟健.C++程序设计基础[M].电子工业出版社.北京.2012.7 [4] 唐增宏.常建娥.机械设计课程设计[M].华中科技大学出版社.武汉.2006.4 [5] 李琳.李杞仪.机械原理[M].中国轻工业出版社.北京.2009.8 [6] 何庭蕙.黄小清.陆丽芳.工程力学[M].华南理工大学.广州.2007.1 4.本任务书于2016 年2 月27 日发出，应于2016 年4月2 日前完 成，然后提交给指导教师进行评定。 指导教师（导师组）签发2016年月日
评语： 总评成绩： 指导教师签字： 年月日
目录 摘要 (1) 第一章绪论 (2) 1.1机器人的定义及应用范围 (2) 1.2舵机对机器人的驱动控制 (2) 第二章舵机模块 (3) 2.1舵机 (3) 2.2舵机组成 (3) 2.3舵机工作原理 (4) 第三章总体方案设计与分析 (6) 3.1 机器人达到的目标动作 (6) 3.2 设计原则 (6) 3.3 智能机器人的体系结构 (6) 3.4 控制系统硬件设计 (6) 3.4.1中央控制模块 (7) 3.4.2舵机驱动模块 (7) 3.5机器人腿部整体结构 (8) 第四章程序设计 (9) 4.1程序流程图 (9) 4.2主要中断程序 (9) 4.3主程序 (11) 参考文献 (13) 附录 (14) 一．程序 (14) 二．硬件图 (17)
#ifndef __interrupt0_H__ #define __interrupt0_H__ void interrupt0() //STM中断服务子程序 { _t2af = 0 ; switch (cnt) { case 0: PWMOUT_2 = PWMOUT_3 = PWMOUT_4 = PWMOUT_5 = PWMOUT_6 = 0; PWMOUTbuf_1 = (PWMbuf - PWMOUTbuf_1); _tm2al = PWMOUTbuf_1 & 0x00ff; _tm2ah = PWMOUTbuf_1 >>8 ; //重新定义计数初值 if( PWMOUTbuf_1 >= PWMOUTbufmin1 && PWMOUTbuf_1 <= PWMOUTbufmax1) {PWMOUTbuf_1 = PWMOUTcnt_1; PWMOUT_1 = 1;} else {PWMOUTbuf_1 = PWMbuf-PWMOUTcnt_1; PWMOUT_1 = 0 ; cnt = 1;} //判断脉宽是否在正常范围之内 break; case 1: PWMOUT_1 = PWMOUT_3 = PWMOUT_4 = PWMOUT_5 = PWMOUT_6 = 0; PWMOUTbuf_2 = (PWMbuf - PWMOUTbuf_2); _tm2al = PWMOUTbuf_2 & 0x00ff; //重新定义计数初值 _tm2ah = PWMOUTbuf_2 >> 8; if(PWMOUTbuf_2 >= PWMOUTbufmin1 && PWMOUTbuf_2 <= PWMOUTbufmax1) {PWMOUTbuf_2 = PWMOUTcnt_2; PWMOUT_2 = 1;} else {PWMOUTbuf_2 = PWMbuf-PWMOUTcnt_2;PWMOUT_2 = 0;cnt = 2;} //判断脉宽是否在正常范围之内 break; case 2: PWMOUT_1 = PWMOUT_2 = PWMOUT_4 = PWMOUT_5 = PWMOUT_6 = 0; PWMOUTbuf_3 = (PWMbuf - PWMOUTbuf_3); _tm2al = PWMOUTbuf_3 & 0x00ff; //重新定义计数初值 _tm2ah = PWMOUTbuf_3 >> 8; if(PWMOUTbuf_3 >= PWMOUTbufmin1 && PWMOUTbuf_3 <= PWMOUTbufmax1) {PWMOUTbuf_3 = PWMOUTcnt_3; PWMOUT_3 = 1;}
舵机的原理，以及数码舵机VS模拟舵机 一、舵机的原理 标准的舵机有3条导线，分别是：电源线、地线、控制线，如图2所示。 以日本FUTABA-S3003型舵机为例，图1是FUFABA-S3003型舵机的内部电路。 3003舵机的工作原理是：PWM信号由接收通道进入信号解调电路BA6688的12脚进行解调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差由BA6688的3脚输出。该输出送入电机驱动集成电路BAL6686，以驱动电机正反转。当电机转动时，通过级联减速齿轮带动电位器Rw1旋转，直到电压差为O，电机停止转动。 舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化，改变舵机的位置。 有个很有趣的技术话题可以稍微提一下，就是BA6688是有EMF控制的，主要用途是控制在高速时候电机最大转速。 原理是这样的:
收到1个脉冲以后，BA6688内部也产生1个以5K电位器实际电压为基准的脉冲，2个脉冲比较以后展宽，输出给驱动使用。当输出足够时候，马达就开始加速，马达就能产生EMF，这个和转速成正比的。 因为取的是中心电压，所以正常不能检测到的，但是运行以后就电平发生倾斜，就能检测出来。超过EMF 判断电压时候就减小展宽，甚至关闭，让马达减速或者停车。这样的好处是可以避免过冲现象(就是到了定位点还继续走,然后回头,再靠近) 一些国产便宜舵机用的便宜的芯片，就没有EMF控制，马达、齿轮的机械惯性就容易发生过冲现象，产生抖舵 电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源．电压通常介于4～6V，一般取5V。注意，给舵机供电电源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20ms(即频率为50Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。某型舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用围3来表示。