移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)(一)——智能循跡小車.docx

開放性實(shí)驗(yàn)報(bào)告智能循跡小車姓名： 黨樹林 學(xué)號(hào)： 06124143 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)老師： 趙勇 時(shí)間：2013.9.17-2013.12.02 15智能循跡小車目錄1.系統(tǒng)功能介紹22.設(shè)計(jì)要求與任務(wù)23.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)23.1舵機(jī)模塊23.2數(shù)碼管計(jì)數(shù)33.3循跡接收模塊33.4避障模塊33.5 單片機(jī)硬件最小系統(tǒng)34.實(shí)驗(yàn)演示結(jié)果45.實(shí)驗(yàn)總結(jié)4附錄一41.系統(tǒng)功能介紹本設(shè)計(jì)采取以單片機(jī)為最小系統(tǒng)，小車內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)由舵機(jī)模塊，數(shù)碼管計(jì)數(shù)模塊，遙控接收模塊，循跡模塊、避障這五大部分組成。舵機(jī)模塊主要是利用脈沖信號(hào)控制舵機(jī)進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)。數(shù)碼管計(jì)數(shù)模塊通過以秒為單位進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示。遙控接收模塊通過遙控控制小車進(jìn)行各個(gè)方位的行進(jìn)。循跡模塊主要是小車可以自主沿著黑色的軌跡行進(jìn)。避障模塊當(dāng)檢測(cè)到障礙物之后主動(dòng)改變?cè)瓉矸较?，避開障礙物后繼續(xù)前進(jìn)。2.設(shè)計(jì)要求與任務(wù)熟悉51系列單片機(jī)的使用原理及操作方法。掌握基本電路設(shè)計(jì)技巧和c程序設(shè)計(jì)。掌握數(shù)碼管、舵機(jī)等器材的基本使用方法并了解其原理。設(shè)計(jì)并靈活調(diào)試小車的各方面行進(jìn)功能。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1舵機(jī)模塊pwm信號(hào)進(jìn)行控制，獲得一個(gè)直流偏置壓。該輸出的pwm波以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。利用占空比的變化改變舵機(jī)的位置。給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會(huì)保持在一個(gè)相對(duì)應(yīng)的角度上，無論外界轉(zhuǎn)矩怎樣改變，直到給它提供一個(gè)另外寬度的脈沖信號(hào)它才會(huì)改變輸出角度到新的對(duì)應(yīng)的位置上。舵機(jī)內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期20ms，寬度1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，有一個(gè)比較器，將外加信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)相比較，判斷出方向和大小，從而產(chǎn)生電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。3.2數(shù)碼管計(jì)數(shù)數(shù)碼管分為共陰極和共陽極兩種類型，其實(shí)共陰極就是將八個(gè)led的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個(gè)led的另一端高電平，它便能點(diǎn)亮。而共陽極就是將八個(gè)led的陽極連在一起。3.3循跡接收模塊迅即模塊主要通過st188光電傳感器，當(dāng)沒有物體反射紅外線時(shí)，ce之間截止，無電流流過，輸出電壓為電源電壓，高電平。當(dāng)有物體反射紅外線時(shí)，be飽和導(dǎo)通ce也就導(dǎo)通了，輸出端就相當(dāng)于接地。輸出電壓為低電平。設(shè)置檢測(cè)電路，當(dāng)檢測(cè)到黑顯示輸出低電平，否則輸出高電平且控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向，熟悉掌握st188的引腳功能，設(shè)計(jì)電路3.4避障模塊檢測(cè)距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、流水線計(jì)件等眾多場(chǎng)合。前方無障礙輸出高電平(1)，有障礙輸出口（黃色）電平會(huì)從高電平變成低電平(0)，工作原理已經(jīng)標(biāo)在圖上了。背面圖有一個(gè)電位器可以調(diào)節(jié)障礙的檢測(cè)距離。3.5 單片機(jī)硬件最小系統(tǒng)試驗(yàn)的控制器件是at89c51系列單片機(jī)，它在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中起了核心作用，采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，給它的引腳外接晶振，這樣就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，給晶振的每個(gè)角又接了一個(gè)30pf的電容，讓晶振快速起振并可以達(dá)到12m穩(wěn)定頻率，給單片機(jī)的rst口按鍵開關(guān)使之構(gòu)成復(fù)位電路。4.實(shí)驗(yàn)演示結(jié)果當(dāng)開啟循跡時(shí)，小車放在跑道上，打開電源后，沿著跑道行進(jìn)，在轉(zhuǎn)彎處能根據(jù)跑道拐彎等動(dòng)作前進(jìn)。開啟遙控時(shí)，用遙控指揮小車的各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)及停止行走過程。加上避障后，在距離障礙物20厘米左右小車會(huì)自動(dòng)改變方向，避開障礙物后再次沿著原來的方向前進(jìn)，從而達(dá)到集循跡、遙控、避障為一體的智能小車。5.實(shí)驗(yàn)總結(jié)這次實(shí)驗(yàn)完成了循跡遙控避障的功能，我從開始的單片機(jī)c程序及相關(guān)軟件學(xué)習(xí)到后來的電路設(shè)計(jì)，在關(guān)于實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)的過程中，獲得一定的實(shí)驗(yàn)知識(shí)儲(chǔ)備。在實(shí)驗(yàn)中掌握了一定的知識(shí)，也遇到了問題：比如避障模塊，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，小車回多轉(zhuǎn)動(dòng)360度后才能沿著原來的方向繼續(xù)前進(jìn)，我認(rèn)為應(yīng)該是c程序定義之間有沖突，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)發(fā)生混淆，從而使顯示發(fā)生錯(cuò)誤。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和努力到目前為止也沒能解決這個(gè)問題，所以只能在以后的時(shí)間繼續(xù)進(jìn)行思索和改進(jìn)。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中才發(fā)現(xiàn)，理論和實(shí)際有一定的差距，所以在實(shí)際中要不斷理解深入，只有進(jìn)行實(shí)際的操作才能切實(shí)掌握知識(shí)的精華和作用所在，并鞏固自己的理論知識(shí)，在解決問題中深化自己。附錄一循跡遙控代碼#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid delay1(int ms);void delay2(uchar x);sbit left=p10;/左舵機(jī)控制信號(hào)sbit p1_1=p11; /工作指示燈 sbit right=p12;/右舵機(jī)控制信號(hào)sbit left_s=p13;/左傳感器信號(hào)sbit middle_s=p14;/中傳感器信號(hào)sbit right_s=p15;/右傳感器信號(hào)sbit eye=p35;/紅外接近傳感器信號(hào)sbit in1=p24;sbit in2=p25;sbit in3=p26;sbit ge_w = p22;sbit shi_w = p21;sbit bai_w = p23; uint a=2700,c=0;/舵機(jī)信號(hào)變量uint count=0,flag = 0, ge , shi, bai,num;/計(jì)時(shí)變量uchar ircom7;uchar code number=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x7f; /數(shù)碼管編碼表void delay(uint a)uchar x;uint y;for(y=a;y0;y-)for(x=110;x0;x-);void delay(void)/舵機(jī)控制延時(shí)函數(shù) uint t=2222; while(t-) void time1() interrupt 3/定時(shí)器t1中斷 th1=(65536-50000)/256; tl1=(65536-50000)%256;/50ms flag+;if(flag=20)flag = 0;num+;if(num=1000)num = 0;ge = num%10;shi = num/10%10;bai = num/100; void display(uchar ge,uchar shi,uchar bai)/數(shù)碼管顯示函數(shù)shi_w = 0;p0 = numbershi;delay(5);/p0 = 0x00;shi_w = 1;bai_w = 0;p0 = numberbai;delay(5);/p0 = 0x00;bai_w = 1;ge_w = 0;p0 = numberge;delay(5);/p0 = 0x00;ge_w = 1;void timer0(void) interrupt 1 /定時(shí)器t0中斷l(xiāng)eft=0; right=0; c=10000-c; th0=-(c/256);tl0=-(c%256); c=a; void servo(uint b,uint d)/舵機(jī)控制函數(shù)left=b;right=d;c=a;th0=-(a/256); tl0=-(a%256); et0=1;/定時(shí)器t0中斷允許tr0=1;/定時(shí)器t0啟pt0=0;/定時(shí)器t0低優(yōu)級(jí)void go_forward(void)/前進(jìn)函數(shù)servo(1,1);delay();et0=0;tr0=0;void go_left(void)/左轉(zhuǎn)函數(shù)servo(0,1); delay(); et0=0;tr0=0;void go_right(void) /右轉(zhuǎn)函數(shù) servo(1,0); delay();et0=0;tr0=0;void stop(void)/停止函數(shù) servo(0,0);delay(); et0=0;tr0=0;void turn_head(uint l,uint r)/轉(zhuǎn)向函數(shù)，參數(shù)為（1，0），左轉(zhuǎn)；為（0，1），右轉(zhuǎn) uint aa=360; while(aa-)servo(r,l);delay();et0=0; tr0=0;display(ge,shi,bai); if (middle_s=0)break; void main(void)/主函數(shù) uint i=0; p1_1=0;/工作狀態(tài)顯示in1=1;in2=1;in3=1; ea=1; et1=1; tr1=1; pt1=1; tmod=0x11; /定時(shí)器工作方式為1 /ie = 0x81; /允許總中斷中斷,使能 int0 外部中斷 /tcon = 0x01; /觸發(fā)方式為脈沖負(fù)邊沿觸發(fā) while(1) display(ge,shi,bai); /調(diào)用顯示函數(shù)，各判斷中也或有調(diào)用以保持顯示的連續(xù)性 if (eye=0)/檢測(cè)到障礙物，轉(zhuǎn)向turn_head(1,0); else if (left_s=0&middle_s=0&right_s=0) /遇到障礙物回來后檢測(cè)到節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)向 i=6; while (i-)go_forward();turn_head(0,1); /* else if (left_s1=1&right_s1=0)/前進(jìn)途中遇到轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)向 turn_head(0,1); */ else if (middle_s=0)|(in1=1&in2=0&in3=1)/前進(jìn) go_forward(); else if (left_s=0&right_s=1)|(in1=0&in2=1&in3=1)/左轉(zhuǎn) go_left(); else if (left_s=1&right_s=0)|(in1=1&in2=1&in3=0)/右轉(zhuǎn) go_right(); else if(left_s=1&middle_s=1&right_s=1)|(in1=1&in2=1&in3=0)/停止 go_forward();else if(in1=1&in2=1&in3=1)stop();et0=0;/以下為狀態(tài)清零 tr0=0; et1=0; tr1=0; ea=0; while (1)/顯示系統(tǒng)用時(shí) display(ge,shi,bai); 2數(shù)碼管代碼#include #include #define nop() _nop_() /* 定義空指令 */#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define delaynop(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();void delay(uchar x); /x*0.14msvoid delay1(int ms);void beep(void);sbit irin = p32; /紅外接收器數(shù)據(jù)線uchar ircom7;sbit in1=p24;sbit in2=p25;sbit in3=p26; void turn_left(void)in1=0;in2=1;in3=1;void turn_right(void)in1=1;in2=1;in3=0; void go(void)in1=1;in2=0;in3=1;void stop(void)in1=1;in2=1;in3=1; unsigned char y0;/*/main() ie = 0x81; /允許總中斷中斷,使能 int0 外部中斷 tcon = 0x01; /觸發(fā)方式為脈沖負(fù)邊沿觸發(fā) irin=1; /i/o口初始化 delay1(10); /延時(shí) in1=1;in2=1;in3=1; while(1); /end main/*/void ir_in(void) interrupt 0 /外部中斷服務(wù)程序 unsigned char j,k,n=0; ex0 = 0; delay(15); if (irin=1) ex0 =1; return; /確認(rèn)ir信號(hào)出現(xiàn) while (!irin) /等ir變?yōu)楦唠娖剑^9ms的前導(dǎo)低電平信號(hào)。 delay(1); for (j=0;j4;j+) /收集四組數(shù)據(jù) for (k=0;k=30) ex0=1; return; /0.14ms計(jì)數(shù)過長(zhǎng)自動(dòng)離開。 /高電平計(jì)數(shù)完畢 ircomj=ircomj 1; /數(shù)據(jù)最高位補(bǔ)0 if (n=8) ircomj = ircomj | 0x80; /數(shù)據(jù)最高位補(bǔ)1 n=0; /end for k /end for j if (ircom2!=ircom3) ex0=1; return; ircom5=ircom2 & 0x0f; /取鍵碼的低四位 ircom6=ircom2 4; /右移4次，高四位變?yōu)榈退奈?if(ircom59) ircom5=ircom5+0x37;/十進(jìn)制轉(zhuǎn)ascall的值 else/ascall碼0到9對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制是0x30-0x39 a-f對(duì)應(yīng)的0x41-0x46 ircom5=ircom5+0x30; if(ircom69) ircom6=ircom6+0x37; else ircom6=ircom6+0x30; switch(ircom2) case 0x45: ; break; case 0x46: ; break; case 0x47: ; break; case 0x44: ; break; case 0x40: ; break; case 0x43: ; break; case 0x07: ; break; case 0x15: ; break; case 0x09: ; break; if (ircom2=0x45) turn_left(); delay(1); if (ircom2=0x46) go();