驱动感性负载，比如继电器、直流和步进电机和开关电源晶体管，它最大支持1A的输出电流，而且其体积较小，因此非常适合于本系统的设计需要。针对L293D的控制逻辑，设计的电机控制电路如图3-13所示。
图3.13电机控制模块
ATmega128单片机有四个定时器计数器，其中两个8位（定时器/计数器0和定时器/计数器2）、两个16位（定时器/计数器1和定时器/计数器3），简称T/C0、T/C1、T/C2、T/C3。ATmega128单片机的T/C1是16位的多功能定时器/计数器，可支持3个独立的输出比较单元，16位的PWM，输入捕获单元等。PWM是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。基本原理是通过高分辨率计数器的使用，对脉冲高电平的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制来等效地获得所需要波形，波形的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。波形的占空比越大则芯片输出的电压越高，对电机驱动力越强，电机转速越快。这里采用Timer1来产生两路PWM信号PB5_leftcs和PB6_rightcs，分别连接L293D的1引脚和9引脚，以用来控制两个电机的起停和速度。图3.17中的PB3_left1、PB4_left2，PB7_right3，PG3_right4为普通的IO脚，它们利用电平的高低来控制两个电机的正反转。本
系统采用Timer1和Timer3的输入捕获功能，来检测电机的转速。捕捉引脚对应图3.17中的pd4_ic1和pe7_ic3。
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第四章 系统软件设计
4.1系统软件架构
要使控制系统对机器人的各个环节进行有效的管理控制，除了有合理的硬件电路外，还要有高质量的软件支持。因为控制功能的最终实现还要靠软件的运行来完成，应用软件的质量好坏，直接决定了整个系统的控制效果。因此，在软件设计时还要考虑到以下几点[13]：
（1）实时性
机器人的控制讲究快速的实时控制，控制软件必须具有实时性。所谓“实时性”是指微控制器(MCU)必须在一定的时间限制内，完成一系列的软件处理过程，例如对电机被控参数的反馈采样、计算、逻辑判断必须能按规定的控制算法进行计算，输出控制信号，以及时应对出现的各种突发事件。
（2）可靠性
所谓的“可靠性”是指软件在运行中避免发生故障的能力，以及一旦发生故障后的解脱和排除故障的能力。因此，为了提高软件的可靠性，软件设计时应考虑各种可能出现的一下问题。
（3）易维护性和程序的可移植性
应用软件在设计之初能够设计一个好的组织结构，可以在应用中反复地加以修改完善，而且具有通用性、移植性。
4.1.1 PWM调速程序设计
电机的速度一般采用PWM信号来调节，PWM方法通过调制输出波形的占空比的大小决定电机电枢端加载电压的大小，通过调节电枢电压改变电机速度。PWM信号可由定时器/计数器的输出比较单元产生，ATmega128有4个定时器/计数器，其中两个8位（T/C0和T/C2）、两个16位（T/C1和T/C3），可产生8路PWM信号。
本系统有两类电机需要控制，采用T/C1输出的PWM波来控制，T/C1有三个独立的输出比较单元(OC1A、OC1B、OC1C)，可以独立输出三路PWM波，在使用过程中，这三个输出比较单元由于由同一个定时器/计数器控制，因此他们的时钟频率和波形输出周期都是一样的。由于只需控制两种电机，这里我们只采用OC1A、OC1B两路端口产生PWM波，T/C1有四种波形发生模式：普通模式、比较匹配时清零定时器(CTC)模式、快速PWM模式、以及相位修正PWM模式，本系统选用快速PWM模式产生PWM波，快速PWM模式产生的波形如图4-1所示。
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图4-1波形图产生原理图
如图4-1所示，快速PWM模式产生的PWM波形与控制位(COM1n1、COM1n0)的赋值有关，[COM1n1:COM1n0]=10时波形在TCNT1匹配输出比较寄存器(OCR1n）时置低电平，达到TOP值置高电平，[COM1n1:COM1n0]=11时波形在TCNT1匹配输出比较寄存器(OCR1n）置高电平，达到TOP值置低电平，TCNT1在计数到TOP值时重新从0开始计数。波形的周期为计数值从0到TOP值的时间段，快速PWM模式产生波形频率为：
fpwm＝
fp?TOP (4－1)
式中f为系统晶振频率，P为分频系数。定时器/计数器TCNT1的计数值从0开始计数，当TCNT1与OCR1n相等发生匹配以及达到最大值TOP时，波形电平按照COM1n1、COM1n0的设定跳变，根据TOP值和OCR1n的值我们可以得到PWM占空比公式为：
?OCR1n?(COM1n1:COM1n0?10)???TOP? ???? （4-2）
OCR1n?1?(COM1n1:COM1n0?11)???TOP??
式中α为PWM占空比，由式可得，在TOP值固定的情况下，通过改变OCR1n的值就可以改变PWM波的占空比，调节电机的速度。，程序控制寄存器设置为：TCCR1A=0X0A1、TCCR1B=0X0CB、OCR1A=0X0040、OCR1B=0X0040，由于f=16MHZ，根据寄存器的配置P=64，TOP=0X0FF，根据PWM波频率计算公式f =f /(P×TOP)得到PWM波形的频率为1kHz，占空比为25%。
系统采用第二章描述的定频调宽法调节电机速度。通过配置T/C1控制寄存器A(TCCR1A)和控制寄存器B（TCCR1B)，确定PWM波的时钟源为clkI/O/64，
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即P=64，波形发生模式为10位快速PWM，即TOP值为0X03FF，分频系数P和TOP值为定值，输出波形的频率固定，系统整个调速过程如图4-2所示：
开始初始化GPIOTCCR1B＝0X00,停止时钟启动时钟，电机转动NO初始化TCNT1 OCR1A OCR1B改变速度TCCR1A＝OXOA3COM1n1：COM1n2＝10YESTCCR1B＝OXOB，快速PWM模式TOP＝0X03FF，P＝64调节OCR!A，OCR1B调节PWM占空比图4-2电机调速程序流程
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结论
5.1论文总结
机器人是一项多科学交叉的复杂学科，具有广泛的应用前景，对社会的发展和进步有着突出的贡献。目前机器人已广泛应用到工业生产，社会和家庭生活服务，科学研究等各方面，但是像科幻中具有人类智能的机器人仍然无法达到。本文以AVR单片机为核心构建出一个管道机器人控制平台，采取轮式移动机构，高速旋转清洗头，轴向往复式清洗头，整个系统庞大复杂，有些工作还有待改，应此需要深入的学习。而我主要的工作就是进行机械部分的设计和电路原理部分的设计，对此我深感机械设计的乐趣，我认为机械与电的结合实现人的智能是多么的让人兴奋，因此我觉得我的本科毕业论文实现我学习机电的初衷，而在设计也暴露了很多问题值得我去不断的提高自己的能力，更加重视对电的学习，持之以恒。
5.2工作展望
炮管清洁机器人在军队的应用前景广泛，可研制适应不同系列的炮管清洁机器人，然后扩展到枪管清洗。像ARM这种嵌入式控制方案也具有远期的发展前景。机器人的微型化、智能化、多功能化是未来发展方向。无刷电机因其既解决了交流电机的难控制问题，又解决了直流电机体积大的问题，所以，无刷电机控制系统也有广阔的应用天地。小到电动自行车，大到风力发电设备，无不涉及到电机控制问题。未来科研效益和经济效益相当可观。
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