ash ROM），用以存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)和命令。

　　電源是保證機(jī)器人穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵部件，它直接影響著機(jī)器人性能的好壞。由于本機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制器采用兩種不同等級(jí)電壓的電源，為避免2個(gè)電源相互干擾，本機(jī)器人采用雙電源供電系統(tǒng)：電機(jī)電源采用高放電倍率聚合物鋰電池，容量為2 500 MAH，工作電壓為24 V，能提供40 A的穩(wěn)定供電電流，是普通電池的10倍；控制器電源采用8.4 V鋰電池，并提供電壓采樣端口，以供電池檢測(cè)，電路圖如圖2所示。

　　為獲得CPU各端口電路所需要的不同等級(jí)的電壓，本設(shè)計(jì)采用 1個(gè)LM317T三端穩(wěn)壓器和2個(gè)AMS1117低壓差線性電壓調(diào)整器，并通過其附屬電路，得到精確穩(wěn)定的5 V、3.3 V、1.8 V 三種電壓；采用1個(gè)發(fā)光二極管LD1和限流電阻R5作為電源指示燈，以顯示電源開關(guān)的狀態(tài)；為實(shí)時(shí)采樣電源電壓，防止鋰電池過放或過充，設(shè)計(jì)中通過R1、 R2分壓，引出AD19端口作為電源采樣端口。

　　直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

　　由于電機(jī)功率較大，并要求能實(shí)現(xiàn)雙向、可調(diào)速運(yùn)行，本文設(shè)計(jì)了半橋式電力MOSFET管，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的控制。如圖3所示，2路PWM信號(hào)通過 IR2104半橋驅(qū)動(dòng)器（half-bridge driver）和相應(yīng)保護(hù)電路連接至型號(hào)為IRF2807 的MOSFET管，控制電源與電動(dòng)機(jī)連接線路的通與斷，達(dá)到控制電機(jī)速度的目的。當(dāng)PWM信號(hào)占空比較大時(shí)，線路導(dǎo)通時(shí)間長，電機(jī)速度大；相反，當(dāng)PWM 占空比較小時(shí)，線路導(dǎo)通時(shí)間短，電機(jī)速度小。4個(gè)MOSFET管在不同時(shí)刻導(dǎo)通組合，實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向：當(dāng)MSFET管1和4導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)端口1為正、2為負(fù)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)MOSFET管2和3導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)端口2為正、1為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。

　　遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M電路設(shè)計(jì)

　　為能完成滅火任務(wù)，機(jī)器人必須能確定火焰的大致位置，并能對(duì)火焰是否被撲滅做出判斷。本文設(shè)計(jì)了由28個(gè)紅外接收管組成的2個(gè)遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M，前后每個(gè)方位各有14個(gè)紅外接收管組成，每2個(gè)并聯(lián)并指相同一個(gè)方向，2個(gè)傳感器組共指向14個(gè)方向，可以覆蓋360°范圍。如圖所示，14個(gè)端口通過 CD4051八路轉(zhuǎn)換開關(guān)連接至ATMEGA8—16PC單片機(jī)，其中 SCK、MISO、MOSI為位選擇端口。此外，本設(shè)計(jì)還可以通過對(duì)14路讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而確定其最大最小值及相應(yīng)端口值，方便火源方位的確定。

　　通過對(duì)遠(yuǎn)紅外傳感器組的不同端口值的比較，還可以確定機(jī)器人和火源的相對(duì)位置，以判斷前進(jìn)方向，完成趨光動(dòng)作。當(dāng)機(jī)器人與火源相對(duì)位置如圖5（b）所示時(shí)，可以讀取端口2和端口4的值，并進(jìn)行作差，端口2的值大于端口4（說明2更靠近火源），則執(zhí)行左拐命令，使其差值在一定范圍內(nèi)，然后執(zhí)行直行命令趨近火源。

　　TOP4 配套Lego組合機(jī)器人的超聲波防撞電路設(shè)計(jì)

　　地面灰度傳感器電路設(shè)計(jì)

　　如圖所示，地面灰度傳感器通過發(fā)光二極管LED照亮地面，地面的反射光線被光敏三極管接收，當(dāng)?shù)孛骖伾珵楹谏珪r(shí)，反射的光線比較弱，則光敏三極管的基極電流越小，集電極電流也相應(yīng)較小，1端口電壓值較高，其測(cè)量值較大；反之當(dāng)?shù)孛鏋榘咨珪r(shí)，反射的光線較強(qiáng)，集電極電流越大，1端口電壓值較小，測(cè)量值也較小。

　　本文研究并設(shè)計(jì)了基于ARM9嵌入式系統(tǒng)的一種智能滅火機(jī)器人，具有以下5個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：（1）采用了嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核，大大提高了機(jī)器人處理信號(hào)的能力；（2） 雙電源供電系統(tǒng)引入，使機(jī)器人的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠；（3） 采用PWM信號(hào)控制大功率直流電機(jī)，在速度和精度方面有了很大的改進(jìn)；（4）通過合理選擇PSD測(cè)距傳感器的個(gè)數(shù)和安放位置，既滿足比賽要求，又能節(jié)約成本；（5）本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鹘M，很好地完成了對(duì)火源的精確定位任務(wù)，提高了滅火可靠性和快速性。實(shí)測(cè)證明，本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人能夠很好地完成比賽任務(wù)，并且在可靠性和速度方面都有了大幅度的提高，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

　　機(jī)器人的超聲波防撞電路設(shè)計(jì)

　　這種探測(cè)器的依據(jù)是超聲波具有很強(qiáng)的方向性。發(fā)送的傳感器發(fā)出連續(xù)信號(hào)。在這個(gè)裝置之前約幾米的適當(dāng)物體可以把相當(dāng)強(qiáng)的信號(hào)反射回到接收傳感器。發(fā)送和接收傳感器只相隔大約50毫米，所以方向性強(qiáng)的超聲波保證從發(fā)射器到接收器之間的直接耦合波顯得微不足道。這個(gè)電路從RCX裝置獲得電源，它就和一種標(biāo)準(zhǔn)Lego探測(cè)器一樣連接到RCX裝置的一個(gè)輸入端口。并沒有特別支持采用RCX代碼或者 Mindstorms套件通常共用的其他編程語言的超聲波探測(cè)器。因此，可以利用軟件以標(biāo)準(zhǔn)有源探測(cè)器。例如Lego光探測(cè)器的相同基本方式操縱它。

　　圖中是超聲波探測(cè)器的整個(gè)電路圖。二極管列陣由D1至D6組成，而標(biāo)準(zhǔn)的橋式整流器則由D1至D4組成。這個(gè)整流器連同濾波電容C3產(chǎn)生7伏特電源。橋式整流器提供全波整流，所以電路怎樣連接RCX裝置都沒有關(guān)系。

　　RCX裝置內(nèi)部的上拉電阻通常使輸入端子處于高電位。D5和D6使IC1a的輸出把RCX端口輸入端拉低至0伏電壓。這個(gè)裝置怎樣連接RCX裝置也是沒有關(guān)系的。IC1a的輸出通過兩個(gè)二極管的任何一個(gè)連接端口的帶電輸入端。在輸入提供電源的時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)二極管的其中一個(gè)就會(huì)阻斷電源，因此只有極小電流流過兩個(gè)二極管。在這些時(shí)間內(nèi)，lC1a的輸出連接電源，但R1卻阻止過量的輸出電流流入IC1a的輸出級(jí)。

　　IC1a是緩沖放大器，它是普通的電壓跟隨級(jí)。IC1b是直流放大器。它以同相模式操作，反饋電阻R2和R3把它的閉環(huán)電壓增益調(diào)整倒3．7。要注意，lC1采用的LM358N是用在沒有負(fù)電源的直流電路的。其他大多數(shù)運(yùn)算放大器并不能提供這里要求的很低輸出電壓，所以不建議使用代用器件。TR1放大接收傳感器Mic1的輸出。 TR1用簡單的共射極放大器，它提供超過40dB的電壓增益。C2將其輸出耦合到D7和D8組成的半波整流器電路。C1和 R4組成平滑濾波電路。發(fā)射器電路只是采用標(biāo)準(zhǔn)震蕩配置的555時(shí)基電路（IC2）。RCX裝置可以從每個(gè)輸入端提供的最大電源電流是相當(dāng)有限的，所以 IC2最好采用低電源的 555。否則就會(huì)出現(xiàn)負(fù)載太大的風(fēng)險(xiǎn)以致獲得不合適的電源電壓。VR1是頻率控制器，通常調(diào)節(jié)它而使電路產(chǎn)生最佳性能。不過，如果需要降低靈敏度，可以故意使它偏離最佳頻率。

　　AT89S51 的編程方式可分為并行及串行模式。由于目前PC臺(tái)式及及筆記本已經(jīng)逐漸取消并口，因此并口編程器已經(jīng)逐漸被淘汰。采用USB接口的ISP編程器比較適合實(shí)驗(yàn)之用。本書所附贈(zèng)的電路就是以USB ISP串行模式來對(duì)AT89S51進(jìn)行編程的，其電路如圖所示。圖為AT89S51 USB ISP編程器電路圖：

　　USB編程器電路設(shè)計(jì)

　　CH341A是一個(gè)USB總線轉(zhuǎn)接芯片，通過USB總線提供異步串口、打印口、并口，以及常用的2線和4線等同步串行接口。CH341A采用 SOP－28無鉛封裝，具體功能由復(fù)位后的功能配置決定，同一引腳在不同功能下的定義可能不同。CH341芯片正常工作時(shí)需要外部向XI引腳提供 12MHz的時(shí)鐘信號(hào)。一般情況下，時(shí)鐘信號(hào)由CH341內(nèi)置的反相器通過晶體穩(wěn)頻振蕩產(chǎn)生，外圍電路只需在XI和XO引腳之間連接一個(gè)12MHz晶體，并為XI和XO引腳對(duì)地連接振蕩電容。CH341芯片支持5V電源電壓或者3.3V電源電壓。當(dāng)使用5V工作電壓時(shí)，CH341芯片的VCC引腳輸入外部 5V電源，第9腳（V3引腳）應(yīng)該外接容量為4700pF或者0.01uF的電源退耦電容。CH341 第10、11腳連接到USB數(shù)據(jù)總線。第13、14腳外接12MHz晶體，為芯片提供時(shí)鐘。第16、18、20、22腳分別接300Ω的限流電阻，作為 RST、SCK、MOSI、MISO信號(hào)輸入/輸出。在使用CH341A的USB轉(zhuǎn)ISP功能時(shí)，第23腳必須接地。第28為電源5V輸入，接退耦電容，可使讓芯片工作更穩(wěn)定。

　　圖3.12 USB編程器電路圖

　　在圖3.12里，USB1為與電腦連接的USB插座。此USB插座共有4個(gè)腳，分別為+5V、D－、D+及GND。+5V及GND是本電路板的電源來源。R3為限流電阻，此電阻的取值需要根據(jù)實(shí)際情況確定。在使用此電阻時(shí)，應(yīng)保證后端的CH341A及AT89S51芯片供電電壓大于4.5V。在保證接入的元件接線正確及電路整體消耗電流小于500mA的情況下，此電阻可以不接，直接用短線連接即可。CH341A芯片通過USB接口和USB連接線完成與電腦的數(shù)據(jù)傳輸。

　　TOP5 基于無線通信的嵌入式機(jī)器人控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　無線通信接口設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用迅通公司生產(chǎn)的PTR2000無線通信數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。電路接口如圖2所示。該模塊基于NORDIC公司生產(chǎn)的射頻器件nRF401開發(fā)，其特點(diǎn)是：①有兩個(gè)頻道可供選擇，工作速率高達(dá)20 Kb／s；②接收發(fā)射合一，適合雙工和單工通信，因而通信方式比較靈活；③體積小，所需外圍元件少，接口電路簡單，因此特別適合機(jī)器人小型化要求；④可直接接單片機(jī)串口模塊，控制簡單；⑤抗干擾能力強(qiáng)；⑥功耗小，通信穩(wěn)定。

　　超聲波測(cè)距傳感器電路設(shè)計(jì)

兩路超聲波傳感器用以控制機(jī)器人避開障礙物，并預(yù)測(cè)機(jī)器人相對(duì)目的地距離，起導(dǎo)航作用，其接收部分與微控制器的捕獲和定時(shí)管腳相連接。整個(gè)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)由超聲波發(fā)射、超聲波接收和單片機(jī)控制等部分組成。發(fā)射部分由高頻振蕩器、功率放大器及超聲波換能器組成。經(jīng)功率放大器放大后，通過超聲波換能