娛 樂 型 智 慧 機 器 狗

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(1)

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

(2)

電崑 子山 系科 四技 技大 部學

(3)

II

(4)

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。

(5)

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

(6)

III

附錄 A……… 49

(7)

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

(8)

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

(9)

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。

(10)

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。

(11)

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

(12)

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

(13)

5

圖 2.4 馬達接腳圖

2-1.1 AI 馬 達主要控制指令

(14)

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。

(15)

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

(16)

8

2-1.3 AI 馬達 701 及 1001 擁有之特色

(17)

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

(18)

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

(19)

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。

(20)

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。

(21)

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

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

(22)

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、

(23)

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

(24)

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

(25)

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

(26)

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。

(27)

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

(28)

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

(29)

21

圖 3.5 SPCE061A LQFP80 封裝接腳排列圖

(30)

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

(31)

23

表 3.2 SPCE061A 系統功能表

(32)

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

(33)

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

(34)

26

圖 3.8 61 板實物圖

(35)

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)

(36)

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

(37)

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。

(38)

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

(39)

31

4-1.2 系統流程圖

圖 4.4 系統流程圖

(40)

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

(41)

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)

(42)

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。

(43)

35

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。

(44)

36

圖 4.8 發射端電路圖

圖 4.9 接收端電路圖

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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

(46)

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。

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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)

(48)

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

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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

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[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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