娛 樂 型 智 慧 機 器 狗

崑 山 科 技 大 學

電子工程系四技部 專 題 研 究 報 告

娛 樂 型 智 慧 機 器 狗

學生： 許振泰

指導教授： 杜勇進 老師

中 華 民 國 九 十 九 年 五 月

月

電崑 子山 系科 四技 技大 部學

娛 樂 型 智 慧 機 器 狗

許 振 泰

撰

九 十 九 年 五

II

I

摘要

許振泰* 杜勇進**

崑山科技大學 電子工程系

本作品以凌陽微控制器 SPCE061A 為核心，並搭配 RF 無線 傳輸模組，設計出具有互動式娛樂機器狗。本作品有兩大重點 為：互動模式及才藝模式。藉由凌陽晶片語音功能，利用語音辨 認技術，下達指令透過 RF 無線傳輸方式，，讓機器狗擁有坐下、

向左、向右、走開、過來、表演、握手、換手、舞蹈、熱身、表 演、裝死、起立、喜、怒、哀、樂隨處走等 10 多種動作，達到 有娛樂功能的效果，除了基本動作外，機器狗兒還會基礎加減乘 除的特殊才藝，像在現今多元化學習設備下，除了網路多套學習 模式下，不如利用玩耍之餘再結合學習模式，提供孩童與機器狗 之間互動的算數學習功能，為主要兩大特點，且本身機器狗會自 由行走以及做出狗狗所發出之聲音對於孩童有一定的吸引力。

II

目錄

摘要...i

目錄... 錯誤! 尚未定義書籤。 圖目錄... 錯誤! 尚未定義書籤。v 表目錄...V 第一章 緒論………1

1-1 研究動機 ………1

1-2 研究目的 ………1

第二章 相關研究………3

2-1 AI-MOTOR 1001………3

2-1.1 AI 馬達主要控制指令 ……… 5

2-1.2 AI 馬達型號比較及特色……… 7

2-1.3 AI 馬達 701 及 1001 擁有之特色……… 8

2-1.4 馬達鮑率與速率……… 9

2-2 常見馬達分析………11

2-3 各項馬達比較………13

第三章 晶片介紹與中斷系統 ………14

3-1 SPCE061A 單晶片 ………14

3-2 SPCE061A 單晶片簡介 ……… 17

3-2.1 總述……… 17

3-2.2 性能……… 17

3-2.3 結構概覽 ………19

3-2.4 晶片的接腳排列和說明 ……… 20

3-2.5 特性 ………22

3-2.6 SPCE061A 最小系統 ………24

3-2.7 SPCE061A 開發方法 ………25

第四章 系統實做 ………27

4-1 系統架構………27

4-1.1 系統簡介 ………28

4.1.2 系統流程圖 ……… 31

4-2 軟體架構………32

4-3 硬體架構………33

4-3.1 315MHz RF 數據傳輸模組………35

4-3.2 功能與特色 ……… 35

4-3.3 AI 馬達機器狗……… 37

第五章結論……… 47

參考文獻………48

III

附錄 A……… 49

IV

圖目錄

圖 2.1 馬達示意圖………3

圖 2.2 馬達規格圖………4

圖 2.3 為馬達機構零組件………4

圖 2.4 馬達接腳圖………5

圖 3.1 SPCE061A 晶片 ………14

圖 3.2 61 介面部件 ………15

圖 3.3 結構概覽 ………19

圖 3.4 SPCE061APLCC84 封裝排列圖 ………20

圖 3.5 SPCE061A LQFP80 封裝接腳排列圖 ………21

圖 3.6 最小系統原理圖 ………24

圖 3.7 使用者目標板、PROBE、電腦三者之間的連接圖 ………25

圖 3.8 61 板實物圖 ………26

圖 4.1 系統架構圖(發送端) ……… 27

圖 4.2 系統架構圖(接收端) ………28

圖 4.3 SPCE061A 接腳圖 ……… 30

圖 4.4 系統流程圖 ………31

圖 4.5 軟體流程圖(互動模式) ……… 32

圖 4.6 軟體流程圖(才藝模式) ………33

圖 4.7 315MHz RF 數據傳輸模組實體圖………35

圖 4.8 發射端電路圖 ……… 36

圖 4.9 接收端電路圖 ……… 36

圖 4.10 AI 馬達機器狗 ………37

圖 4.11 AI 馬達控制器(編輯動作用) ………38

圖 4.12 AI 馬達控制板(單顆控制用) ………39

圖 4.13 AI 馬達控制板(單顆控制用) ………39

圖 4.14 馬達控制編輯器(VB) ………41

圖 4.15 機器狗動作編輯器(VB) ………44

V

表目錄

表 2.1 AI 馬達型號比較表………7

表 2.2 馬達包率與速度………9

表 2.3 鮑率與延遲時間 ………10

表 2.4 各項馬達比較………13

表 3.1 系統特性表 ………22

表 3.2 SPCE061A 系統功能表 ………23

表 4.1 為機器狗站立動作 ………45

表 4.2 為機器狗在第一個時間馬達位置表 ………45

表 4.3 為機器狗在第二個時間馬達位置表 ………45

表 4.4 為機器狗在第三個時間馬達位置表 ………45

表 4.5 為機器狗在第四個時間馬達位置表 ………46

1

第一章緒論

1-1 研究動機

在 20 世紀末開始有了電子寵物，像是電子雞、電子狗等一 系列產品的問世，但這僅限於孩童娛樂，這對成長學習的孩童幫 助卻是有限的，且現代人很多對於一些寵物有過敏的現象發生，

很多人因此而有放棄養寵物的念頭。現代的小孩對於學習讀書多 半是被動的，在這樣的環境情況下對於學習也變的事倍功半，也 因為學習過程非自願性的所以對於一些數學的運算也就不感興 趣，孩童如果能從娛樂方式下去學習，不但可以提升運算能力也 可帶給他們娛樂性。除了適用於孩童外，互動式帶來的真實感也 能打動大人們購買慾望。

1-2 研究目的

製作動機無非互動娛樂的範圍所限，結合才藝模式下透過語音 的辨識下達指令動作，以求互動式真實感呈現，從生活中切入、

實質運用，達到市場需求的條件。

2

我們在想，怎樣的作品不但可以與小朋友和大人做互動，又 可以吸引他們的目光。藉由互動模式以及才藝模式的搭配，如果 可以幫助孩童學習數學基本運算(＋－×÷)，大人又因此可以陪伴孩 童，親子間的互動娛樂也會彼此拉近，那這項作品將會是老少兼 宜的，為了堅持這樣的理念，所以我們便把此系統加入到機器狗 上做運用了。

3

第二章 相關研究

2-1 AI-MOTOR 1001

圖 2.1 馬達示意圖

圖 2.2 馬達規格圖

4

AI 馬達大小為 50(L) x 24(W) x 36(H) mm， 重量約為 46g，整體架構多為塑膠材質，因為此原因重量變輕巧許多，對於 編寫動作相對的也會比其他機器人馬達來的容易。

圖 2.3 為馬達機構零組件

5

2-1.1 AI 馬 達主要控制指令

6

馬達定位模式下可選擇高解析度或是低解析度如下圖所示 (1) 低解析度：

馬達的位置有 0-254 個位置，轉換成角度約為 333.3 度，

一個位置大約 1.307 度。

7

(2) 高解析度

馬達的位置有0-254個位置，轉換角度後約為166.65度，一 個位置大約0.654度。

2-1.2 AI 馬 達型號比較及特色

表2.1 AI馬達型號比較表

8

2-1.3 AI 馬達 701 及 1001 擁有之特色

9

2-1.4 馬達鮑率與速率

AI 馬達鮑率介於 2400bps 到 115200 之間，單位為 us，各項 命令到各項報率所產生的速率也有所不同。

表 2.2 馬達包率與速度

10

鮑率與延遲時間有關，延遲最短的是 57600bps，如下表所示 表 2.3 鮑率與延遲時間

11

2-2 常見馬達分析

以電源分類可大致可以區分為 1 直流馬達

使用永久磁鐵或電磁鐵、電刷、整流子等元件，電刷和整流子將 外部所供應的直流電源，持續地供應給轉子的線圈，並適時地改 變電流的方向，使轉子能依同一方向持續旋轉。

2 交流馬達

將交流電通過馬達的定子線圈，設計讓周圍磁場在不同時間、不 同的位置推動轉子，使其持續運轉

3 脈衝馬達

電源經過數位 IC 晶片處理，變成脈衝電流以控制馬達，步進馬達 就是脈衝馬達的一種。

依照結構分類大致上為(直流交流皆有) 1 同步馬達

特點是恆速不變與不需要調速，起動轉矩小，且當馬達達到運轉 速度時，轉速穩定，效率高。其特點是轉速固定，不受電源電壓 的影響。只要電機的負載低於其最大轉矩，轉速也不會受負載的 影響。

12

2 感應馬達

特點是構造簡單耐用，且可使用電阻或電容調整轉速與正反轉，

因為沒有磨擦元件沒有火花產生，也沒有耗材要換，價格比較便 宜適合在粉塵較多的場合工作，所以感應馬達的應用非常廣泛，

一般生活用品與機械傳動都會使用到，典型應用是風扇、壓縮機、

冷氣機。

3 可逆馬達

是於馬達尾部內藏簡易的剎車機構(摩擦剎車)，其目的為了藉由加 入摩擦負載，以達到瞬間可逆的特性，並可減少感應馬達因作用 力產生的過轉量。

4 步進馬達

脈衝馬達的一種，以一定角度逐步轉動的馬達，因採用開迴路

（Open Loop）控制方式處理，因此不需要位置檢出和速度檢出的 回授裝置，就能達成精確的位置和速度控制，且穩定性佳。

5 伺服馬達

特點是具有轉速控制精確穩定、加速和減速反應快、動作迅速（快 速反轉、迅速加速）、小型質輕、輸出功率大（即功率密度高）、

因能依據負載狀態來控制電流，所以效率高、馬達發熱程度低。，

廣泛應用於位置和速度控制上。

13

6 線性馬達

具有長行程的驅動並能表現高精密定位能力。

2-3 各項馬達比較

我們用市面上常用的馬達來與我們專題機器狗身上 AI馬達做 比較，由此來分析 AI 馬達與其他馬達優劣處。

表 2.4 各項馬達比較

馬達名稱

項目

AI 馬達 S03T 馬達 伺服馬達

四線式步進 馬達兩相激

磁

強扭力值流 減速馬達

需求電壓 5V~9.5V 4.8~6V

5V 5~12V

扭力 4~9KG 7.2~8KG 9Kg/cm 31g/cm

旋轉角度 0~332.03 度 0~180 度 0~360 度 0~360 度

控制方式 利用封包控制 PWM 控制 計步 PWM 控制

驅動方式 TXRX 控制 I/O Port 間 接控制

功率達寧頓 電晶體

可接電直接 控制

可記步性 高解析度：0.654 度

低解析度：1.307 度 不可 1.8/step

angle 不可

14

第三章 晶片介紹

3-1 SPCE061A 單晶片

圖 3.1 SPCE061A 晶片

隨著單晶片功能積體化的發展，其應用領域也逐漸地由傳 統的控制，擴展為控制處理、 資料處理以及數位信號處理（DSP，

Digital Signal Processing）等領域。淩陽的 16 位元單晶片就是為 適應這種發展而設計的。它的 CPU 內核採用淩陽最新推出的

 μ’nSP™ (Microcontroller and Signal Processor）16 位元微處理器 晶片（以下簡稱 μ’nSP™）。圍繞 μ’nSP™所形成的 16 位元 μ’nSP™系列單晶片（以下簡稱 μ’nSP™家族）採用的是模組式 積體結構，它以 μ’nSP™ 內核為中心集成不同規模的 ROM、

15

RAM 和功能豐富的各種外設介面部件如 (圖 3.2)所示。

圖 3.2 61 介面部件

μ’nSP™內核是一個通用的核結構。除此之外的其他功能模 組均為可選結構，亦即這 種結構可大可小或可有可無。借助這種 通用結構附加可選結構的積木式的構成，便可形成 各種不同系列 衍生產品，以適合不同的應用場合。這樣做無疑會使每一種衍生 產品具有更 強的功能和更低的成本。

  μ’nSP™家族有以下特點 :

 體積小、積體度高、可靠性好且易於擴展

μ’nSP™家族把各功能部件模組化地集成在一個晶片裏，內 部採用匯流排結構，因而減少了各功能部件之間的連線，提高了

16

其可靠性和抗干擾能力。另外，模組化的結構易於系統擴展，以 適應不同使用者的需求。

 具有較強的中斷處理能力

 μ’nSP™家族的中斷系統支援 10 個中斷向量及 10 餘個 中斷源，適合即時應用領域。

 高性能價格比

μ’nSP™家族片內帶有高定址能力的 ROM、靜態 RAM 和 多功能的 I/O 。另外，μ’nSP™的指令系統提供具有較高運算速度 的 16 位元×16 位元的乘法運算指令和內積運算指令，為其應用 增添了 DSP 功能，使得 μ’nSP™家族運用在複雜的數位信號處理 方面既很便 利，又比專用的 DSP 晶片廉價。

 功能強、效率高的指令系統

 μ’nSP™指令系統的指令格式緊湊，執行迅速，並且其指令 結構提供了對高階語言的支援，這可以大大縮短產品的開發時間。

 低功耗、低電壓

 μ’nSP™家族採用 CMOS 製造技術，同時增加了軟體設定 的弱振方式、空閒方式和省電方式，大大地降低了其消耗功率。

另外，μ’nSP™家族的工作電壓範圍大，能在低電壓供電時正常工 作，且能用電池供電。這對於其在野外作業等領域中的應用具有

17

特殊的意義。

3-2 SPCE061A 單晶片簡介

3-2.1 總述

SPCE061A 是繼 μ’nSP™系列產品 SPCE500A 等之後 淩陽科技推出的又一款 16 位元結構的微控制器。與 SPCE500A 不同的是，在記憶體資源方面考慮到使用者的較少資源的需求以 及便於程式調整測試等功能，SPCE061A 裏只內嵌 32K 字的快閃 記憶體（FLASH）。較高的處理速度使 μ’nSP™能夠非常容易地、

快速地處理複雜的數位信號。因此，與 SPCE500A 相比， 以 μ’nSP™為核心的 SPCE061A 微控制器是適用於數位語音識別應 用領域產品的一種最經濟的選擇。特殊的意義。

3-2.2 性能

 16 位元 μ’nSP™微處理器；

 CPU 時脈：0.32MHz~49.152MHz ；

 內建 2K 字 SRAM；內建 32K FLASH；

 可編程音頻處理；

 系統處於備用狀態下(時脈處於停止狀態)，耗電僅為

18

 2 個 16 位可程式計時器/計數器(可自動預置初始計數值)；

 2 個 10 位 DAC(數位/類比轉換)輸出通道；

 32 位元通用可程式輸入/輸出埠；

 鍵喚醒；具備觸鍵喚醒的功能；

 鎖相迴路 PLL 振盪器提供系統時脈信號；

 聲音類比/數位轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增 益控制功能；

 具備串列設備介面；

 具有低電壓重定(LVR)功能和低電壓監測(LVD)功能；

 內置線上模擬電路 ICE（In- Circuit Emulator）介面；

 具有看門狗（WatchDog）功能。

19

3-2.3 結構概覽

SPCE061A 的結構如(圖 3.3)所示：

圖 3.3 結構概覽

20

3-2.4 晶片的接腳排列和說明

SPCE061A 有兩種封裝晶片，一種為 84 個接腳，PLCC84 封 裝形式；它的排列如(圖 3.4)所示；另一種為 80 個接腳，LQFP80 封裝。它的排列如如(圖 3.5)所示。

圖 3.4 SPCE061APLCC84 封裝排列圖

21

圖 3.5 SPCE061A LQFP80 封裝接腳排列圖

22

3-2.5 特性

SPCE061A 系統的特性參數如表 3.1 所示。

表 3.1 系統特性表

特性參數 SPCE061A

工作電壓 2.6V ~ 3.6V 最大工作速率 49.152MHz

CPU 16 位元 μ’nSPtm 核心

23

表 3.2 SPCE061A 系統功能表

24

3-2.6 SPCE061A 最小系統

最小系統接線如圖 3.6 所示，在 OSC0、OSC1 端接上晶體 振盪器及諧振電容，在鎖相迴路壓控振盪器的阻容輸入 VCP 端 接上相應的電容電阻後即可工作。其他不用的電源端和地端接上 0.1μF 的去耦合電容提高抗干擾能力。

圖 3.6 最小系統原理圖

25

3-2.7 SPCE061A 開發方法

SPCE061A 的開發是通過線上調試器 PROBE 實現的。它既 是一個程式燒錄器，又是一個即時線上調整測試器，用它可以替 代在單晶片應用專案的開發過程中常用的軟體工具——硬體線上 即時模擬器和程式燒錄器。它利用了 SPCE061A 內建的線上模擬 電路 ICE（In-Circuit Emulator）介面和淩陽公司的線上串列編程 技術。PROBE 工作于淩陽 IDE 開發環境套裝軟體下，其 5 芯 的模擬頭直接連接到目標電路板上 SPCE061A 相應接腳，直接在 目標電路板上的 CPU---SPCE061A 進行調試、執行使用者撰寫的 程式。PROBE 的 另一頭是標準 25 針印表機介面，直接連接到 電腦印表機界面與目標電路板通訊，在電腦 IDE 開發環境套裝軟 體下，完成線上調試功能。圖 3.7 是電腦、PROBE、使用者目標 板三者之間的連接示意圖，圖 3.8 是實物圖。

圖 3.7 使用者目標板、PROBE、電腦三者之間的連接圖

26

圖 3.8 61 板實物圖

27

第四章 系統實作

4-1 系統架構

圖 4.1 系統架構圖(發送端)

28

圖 4.2 系統架構圖(接收端)

4-1.1 系統簡介

(一 ). 控制端硬體架構方面主要由 SPCE061A、 4*4 鍵盤、

DIPSW0~1、LCD、電容式 MIC、喇叭(5W)再搭配一個 RF 模組(發 射端)組合而成。

(二 ). 接 收端 硬體架 構方 面則是 由 SPCE061A、 機 器狗 、 DIPSW0~1、喇叭(5W) 再搭配一個 RF 模組(發射端)組合而成。

首先使用者可以透過控制端、接收端，利用指撥開關選擇才藝 模式、互動模式，當使用者選擇才藝模式必須利用 4*4 鍵盤作輸

29

入功能，LCD 負責顯示所按的鍵，鍵盤上面配置有 1~9、+ - * / = 、 Reset，，例如按鍵鍵入 “ 1 + 1 = 2 “LCD 上面也會顯示 1 + 1 = 2，語音也會說出 1 + 1 = 2 ，同時每一個按鍵會發射 RF 訊號，

所以接收端的 RF 會收到發射端過來的訊號，做出對應的指令。

當使用者選擇互動模式時，必須利用麥克風輸入語音指令，輸入 的指令有: 坐下、向左、向右、走開、過來、表演、握手、換手、

舞蹈、熱身、表演、裝死、起立‧‧‧‧‧等 1 3 個語音指令，

LCD 也會顯示出目前所輸入的指令狀態，來讓使用者知道下一個 動作要輸入什麼指令，喇叭負責輸出語音指令成功的音效，同時 每一個語音指令會發射 RF 訊號，所以接收端的 RF 會收到發射端 過來的訊號，做出動作指令。

註解:控制端利用 RF 無線傳輸將我們所設計的互動動作和語 音辨識傳送到機器狗身上這是為了不受到線的限制。

30

圖 4.3 SPCE061A 接腳圖 本系統使用兩塊 SPCE061A 凌陽晶片

61A(控制端)的 IO 腳規劃分別為:

A Port0..7 接 4*4 鍵盤

A Port8..15 接 LCD Data bus B Port0..3 接 RF 發送端

B Port 8..15 接 LCD 控制線 B15==>E, B14==>R/W, B13==>RS 61B(接收端)的 IO 腳規劃分別為:

A Port0..3 接 RF 接收端 B Port7、10 為 TXRX

31

4-1.2 系統流程圖

圖 4.4 系統流程圖

32

4-2 軟體架構

圖 4.5 軟體流程圖(互動模式)

選擇互動模式之後，先系統初始化再來讀取 FLASH 之後，格 式化語音命令儲存使用者錄下三組指令，第一組語音分別錄下:坐 下、向左、小黑、走開、過來，第二組語音分別錄下:握手、起立、

向右、心情(感覺)、表演，第三組語音分別錄下:舞蹈、特技、裝 死、起立、換手，共 15 個語音指令。分別是坐下、向左、向右、

走開、過來、表演、握手、換手、舞蹈、熱身、表演、裝死、起 立錄完之後系統會載入語音開始等待使用者錄下的指令，並且機 器狗會隨處亂走動，等待主人下達指令，當主人在機器狗亂走動 時，下達坐下指令機器狗會坐下等待主人下達、握手、換手、起

33

立的動作指令，下達完成之後機器狗會再繼續亂跑走動，當主人 再下達向右指令，機器狗收到指令會向左 30~45 度走動，並等待 主人下達走開、過來的動作，當主人下達小黑(狗名字)的時候，機 器狗收到指令並做出動作等待主人下達、向右 30~45 度、心情(感 覺) 、表演，當主人下達表演指令的時候，機器狗收到表演指令並 做出動作，在等待主人下達舞蹈、裝死、特技的動作指令。

當主人下達感覺(心情)的指令時，系統會隨機亂數產生，喜、怒、

哀、樂其中一個並送給機器狗，機器狗收到其中一個指令，並做 出四個動作其中一種。

圖 4.6 軟體流程圖(才藝模式)

34

選擇才藝模式之後，先系統初始化再來機器狗會自動收到指 令並且做出坐下這個動作，等待使用者用鍵盤下達命令，機器狗 會判斷使用者給的運算符號和數字去判別運算過程是否正確，當”

第一次”要是使用者按鍵輸入數字中的”1~9”其中一個數字，則機 器狗判斷成功後會做出(點頭)的動作，要是按鍵輸入運算符號”＋

－×÷”其中一個符號，則機器狗會做出 (搖頭)的動作並且繼續等 待下達正確的指令，當第一次判斷運算過程成功之後，則再繼續 判斷第二次的運算過程，要是按鍵輸入運算符號”＋－×÷ 其中一 個符號則機器狗會執行(點頭)動作，當使用者語音指令輸入數字中 的”1~9”其中一個數字則狗狗會執行(搖頭)的動作，且返回前一個 指令等待下一個正確的指令，要是第二次成功語音輸入運算符號”

＋－×÷”其中一個符號則機器狗會執行(點頭)動作，再次執行第三 次指令使用者按鍵輸入運算符號”＋－×÷”其中一個符號，則機器 狗會判斷運算過程不對執行(搖頭)的動作並且返回到前一個指令 等待下一個正確的指令，要是使用者在按鍵輸入數字中的”1~9”其 中一個數字則機器狗判斷整個運算過程成功後，並且執行(點頭) 的動作，並判斷出兩種不同界線的答案，第一種答案:3＋4=7 7>0 則機器狗會說出 7 的答案，第二種答案:3－3=0、2－3=－1 此答 案小於等於 0 機器狗會在原地自己跑一圈。

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4-3 硬體架構

4-3.1 315MHz RF 數據傳輸模組

圖 4.7 315MHz RF 數據傳輸模組實體圖

4-3.2 功能與特色

可做為各類無線遙控器（如：遙控車）的主要組件。

收發頻率：315MHz。

收發距離約 10 公尺。

電源電壓：發射模組為 12VDC , 接收模組為 5VDC。

36

圖 4.8 發射端電路圖

圖 4.9 接收端電路圖

37

例如:發送端先把編碼調制 10000000，接收端也把編碼調制

10000000 當發送端只按下 D8 的鍵，則接收端的 D8 接腳 LED 亮 起

本系統利用 61 版(發射端)Bport8 接 HT12E 的第一支位址線 發射出 1or0 分別送出 15 種資料共 30 種

利用 61 版(接收端)Bport8 接 HT12D 的第一支位址線接收 1or0 分別讀出 15 種資料共 30 種顯示在 LCD 當位址現在 0 顯示 1~15 數字 當位址現在 1 顯示 16~30 數字

4-3.3 AI 馬達機器狗

圖 4.10 AI 馬達機器狗

38

此機器狗是由十四顆 AI 馬達組合而成，可以經由轉接板與 電腦連線，利用電腦開發環境(VB、VC 或是 LabVIEW…等)撰寫 機器狗。

圖 4.11 AI 馬達控制器(編輯動作用)

上圖為 AI 馬達控制器我們用來來編輯機器狗所需之動作，在 把所需動作碼存起來應用到 SPCE061A 單晶片上面，此控制板上 之單晶片為 AT89S52，本作品應用到的是 SPCE061A 所以控制板 只需編輯動作即可。

39

圖 4.12 AI 馬達控制板(單顆控制用)

在編輯動作之前首先須要先對每一顆馬達設定 ID 編號，以配 合機器狗編輯器之各顆馬達 ID 編號，透過上圖控制板，搭配 PC 端之 VB 編輯器設定其 ID 編號

圖 4.13 AI 馬達控制板(單顆控制用)

40

A：馬達電源供應插座，使用 9V，1200mA 的電源供應器，它的 插頭為內正外負。

B、C、D、E：馬達控制埠，四個埠都為並接，所以連接時能隨意 選擇不受限。

F：通訊傳輸線的 MOLEX 座。

G：7805CT，將輸入電源 12V 轉換成電源 5V，提供 IC 所需電壓。

H：不使用。

I：不使用。

J：用來轉換電腦所傳送 RS232 的資料，輸出至馬達控制埠。

K：LED，電源指示燈。

L：外接電池座，電池規格為 7.2V/1200mA。

M：RESET 鈕，重新動作。

N：POWER-SW，電源開關，向上電源開啟，向下關閉

41

圖 4.14 馬達控制編輯器(VB)

依上面馬達控制編輯器配合 AI 馬達控制板，可以測試單顆馬 達並且設定單顆 AI 馬達之 ID 編號、鮑率、解析度、過電流設定 等。

選擇使用哪一個埠傳輸資料到 AI 馬達，一般桌上型電腦為 1 或 2，

選定請再選擇鮑率，後按下 Port Open 即可。

內設的馬達鮑率有 2400、4800、9600、14400、19200、38400、57600、

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115200，馬達初始設定為 57600，所以先調整到 57600。

設定馬達的傳輸鮑率後，按下 SET 即可。

注意：馬達鮑率與傳輸埠鮑率須相同。

例：如果鮑率為 57600 bps，設定為 9600 bps 後按下 SET 後，須將

傳輸埠鮑率選擇鈕重新改為 9600 bps，才能控制馬達。

按下 READ 後，可以得知馬達現在的 ID，須重新設定時，打入 ID，

按下 SET 即可，設定範圍為 0~30。

可以設定馬達解析度：分為低解析度與高解析度兩種。

當馬達產生的電流量大於設定時，就會停止動作以保護馬達

選擇想要控制的馬達 ID(0-30 之間)，馬達轉動後按下 STOP 後，

轉動便會 停止。

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選擇馬達的轉動位置及轉動速度。

轉速 0 為最快、4 為最慢，移動中間的位置鈕，即可改變馬達的位 置，如 果將 AutoUpdate 勾選，將會在右邊立即回傳馬達的轉動位 置與消耗的電流 量。

選擇馬達的轉動方式，分為正轉及反轉兩種。

移動下面速度鈕即可改變馬達的轉速，移至越右邊轉動的速度越 快，移至最左邊馬達則不會動，勾選 AutoUpdate，將會在右邊立 即回傳現在馬達的轉 動位置與消耗的電流量。

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圖 4.15 機器狗動作編輯器(VB)

我們使用上圖編輯器來編輯機器狗之動作，此 VB 編輯器可 以將動作編製一百頁，編輯器裡面可以控制每一顆馬達的轉速，

時間，以及角度。

機器狗在編輯動作是特別要花時間去調整的，最需要考慮的是機 器狗本身的重心問題，防止跌倒重心不穩等問題出現，以及需要 調整每一個動作的流暢度。

下列各項表格為動作時馬達轉動之位置表

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表 4.1 為機器狗站立動作

站立動作是不變的，如要加入動作那馬達就必須要在不同時間 轉動不同的位置。下表所示機器狗行走動作在各個時間馬達所需 轉動之位置。

表 4.2 為機器狗在第一個時間馬達位置表

表 4.3 為機器狗在第二個時間馬達位置表

表 4.4 為機器狗在第三個時間馬達位置表

ID 0 2 3 4 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 位置 140 124 192 150 102 192 146 125 122 192 95 133 192 95

ID 0 2 3 4 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 位置 130 135 195 130 125 195 130 125 105 195 80 108 195 105

ID 0 2 3 4 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 位置 130 100 195 100 125 195 120 125 125 195 95 125 195 95

ID 0 2 3 4 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 位置 130 100 195 140 95 195 130 125 145 195 105 145 195 80

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表 4.5 為機器狗在第四個時間馬達位置表

依照上列四個表反覆一直做循環就可以讓機器狗往前行走，機 器狗所做每一個表演動作都是由上面流程方式所做，其中需要注 意的地方就是時間、速度以及位置，一個動作換到下一個動作時 間，以及馬達轉動速度皆會影響機器狗本身動作之流暢度，馬達 轉動位置，因為機器狗本身機體架構已經固定，但馬達位置卻可 以轉動 360 度，所以如果位置設定不對會導致馬達角度轉錯方向，

馬達卡到機器狗本身架構使其馬達內部齒輪損壞。

ID 0 2 3 4 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 位置 130 110 195 120 125 195 110 125 125 195 95 125 195 95

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第五章 結論

大學期間，一年級與二年級多以主要科目為主，電子學、電 路學、微積分、工程數學奠定了一定得基礎，到了大三接觸到了 很多東西，有很多的選修科目但我比較喜歡的是微處理器控制，

因為此原因便向杜勇進老師學習有關微處理器控制課程，那時老 師相當的鼓勵我們參加比賽，在老師指導之下，獲取經驗以及增 長我們微處理器控制的能力，於是在大三下學期的時候參加了第 三屆凌陽盃系統晶片創意應用設計大賽，並且進入決賽，獲得比 賽佳作，在此之後參加萬潤創新創意競賽進入決賽，且在比賽中 獲得第一金牌獎的殊榮，在這兩項比賽下不但奠定了我對微處理 器控一定的基礎，也更增加我對這方面的興趣。

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參考文獻

[1] 杜勇進、郭晉魁、林俊宏、林明權 編著，微算機原理以 SPCE061A 為例，僑高科技有限公司，2007 年 7 月初版 [2] SPLC501，132*64 Dot Matrix LCD Driver，凌陽科技有限公

司，2001 年 11 月 5 日

[3] UART 原理介紹，維基百科，http://zh.wikipedia.org/zh-tw/UART [4] 杜勇進老師網站 http://120.114.69.228/notes/spce61/ch02/14.htm [5] 益眾科技，http://www.icci.com.tw/

[6] 凌陽大學計畫，http://www.unsp.com/default.aspx

[7] 邱廷耀，” 8051 聲控自走車”， 逢甲大學資訊工程學系，民 國九十七年四月

[8] 顏嘉男，”泛用伺服馬達應用技術”， 全華圖書股份有限公司，

民國九十八年十一月

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附錄 A 娛樂型智慧機器狗實體圖

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