機(jī)器人原理與制作實驗指導(dǎo)書及報告分解

1、機(jī)器人原理與制作實驗指導(dǎo)書華中科技大學(xué)文華學(xué)院機(jī)器人實驗室實驗一熟悉機(jī)器人與C51單片機(jī)硬件軟件一、實驗?zāi)康?、掌握寶貝車機(jī)器人用C51教學(xué)板與計算機(jī)硬件連接；2、熟悉及掌握C51系列單片機(jī)KeiluVisionIDE（集成開發(fā)環(huán)境）軟件、ISP下載軟件及串口調(diào)試終端的使用方法。二、實驗設(shè)備及軟件寶貝車機(jī)器人、ISP下載線、串行接口、并行接口、計算機(jī)、電源。KeiluVision2IDE集成開發(fā)環(huán)境、SLISP下載軟件、串口調(diào)試軟件。三、實驗內(nèi)容和步驟單片機(jī)控制的寶貝車機(jī)器人通過用并口通信交互由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)相互結(jié)合組成的一個完整的智能控制系統(tǒng)。單片機(jī)必須與外圍設(shè)備及軟件組成一個完整的應(yīng)用

2、系統(tǒng)（如圖1.1）。1、熟悉寶貝車機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成（如圖1.2）:小車底板、車輪、教學(xué)板、伺服電機(jī)、電池盒。這是寶貝車機(jī)器人的硬件系統(tǒng)，它的微控制器（MCU）是由Atmel公司生產(chǎn)與51系列兼容的8位AT89S52單片機(jī)。口路外等接電及設(shè).二件+硬單片機(jī)圖1.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)圖圖1.2采用C51單片機(jī)的機(jī)器人2、教學(xué)板指方便單片機(jī)與電源、ISP下載線、用口線以及各種傳感器和電機(jī)的連接制作的一個電路板（如圖1.3）。將寶貝車機(jī)器人與計算機(jī)硬件連接，并連接到電源。連接單片機(jī)教學(xué)板ISP接口到計算機(jī)，以便程序下載；連接單片機(jī)教學(xué)板用行接口到計算機(jī)，以便調(diào)試和交互;連接機(jī)器人到電池或者是供電電源。4圖

3、1.3C51單片機(jī)教學(xué)板一用行接口；一ISP接口；一電源接口；一三位開關(guān)；一綠色LED電源指示燈；一AT89S52單片機(jī)；一"Reset按鈕；一面包板；一專用電機(jī)控制接口插座3、運用C語言編程，運用編譯器編譯生成可執(zhí)行文件并下載到單片機(jī)，用用口調(diào)試軟件查看單片機(jī)輸出信息。建立用戶文件夾，方便管理程序，拷入編譯所需頭文件。進(jìn)入編程系統(tǒng)（KeiluVision2IDE）:1）新建項目工程（*uv2）：Project-NewProject:,命名，保存在新建立的用戶文件夾內(nèi)；選擇單片機(jī)生產(chǎn)公司及類型：Atmel、AT89S52。2）新建C程序文件：File-New;編輯好程序，保存為*.c

4、的文件。注意程序關(guān)鍵字的拼寫，英文標(biāo)點，字母的大小寫等。3）添加C程序到項目工程：SourceGroup1右鍵單擊一AddFilestoGroupSourceSourceGroup1前面出現(xiàn)十號，單擊它出現(xiàn)剛才添加的C程序文件名，單擊此C文件，Keil會自動識別關(guān)鍵字，并以不同的顏色提示用戶加以注意，這樣會使用戶少犯錯誤，有利于提高編程效率。4）生成執(zhí)行文件十六進(jìn)制目標(biāo)代碼文件（*hex）:Target1右鍵單擊一Optionfortarget（Target1'-Output一選中“CreateHexFi:"一連接編譯生成可執(zhí)行文件*hex。編譯要求沒有錯誤產(chǎn)生，允許出現(xiàn)警告

5、。進(jìn)入下載系統(tǒng)（SLISP）:1）參數(shù)選擇：并口LPT1;下載速度選擇TURBO模式；單片機(jī)型號：AT89S52;2）選擇執(zhí)行文件：Flash*hex；3）單擊“編程”進(jìn)行下載。注意：要將ISP下載線連接計算機(jī)和機(jī)器人教學(xué)板，電源接好，開關(guān)撥到“1”檔位置，給教學(xué)板通電。從執(zhí)行文件下載到單片機(jī)的那個時刻開始，程序就開始運行。單片機(jī)向計算機(jī)發(fā)送信息?？衫么谡{(diào)試軟件查看單片機(jī)輸出信息，“Resef按鈕可讓下載到單片機(jī)內(nèi)的程序重新運行一次。4、做完實驗斷開電源，將開關(guān)撥到“0”檔，系統(tǒng)在不使用時沒有消耗電能，電池可以用的更久。拆卸串并口線還原。四、實驗程序1、教材程序HelloRoBot.Co2

6、、利用while循環(huán)與delay_nms（）函數(shù)（毫秒級的延時）編程：每秒發(fā)送一個信息（內(nèi)容為英文自己定），通過串口顯示在計算機(jī)上。delay_nms（）函數(shù)在BoeBot.h頭文件中有定義。即#include<Boebot.h>,編譯時系統(tǒng)講根據(jù)頭文件自動將延時函數(shù)插入到程序中。五、實驗報告要求1、按要求：每秒發(fā)送一個信息（內(nèi)容為英文自己定），通過串口顯示在計算機(jī)上，進(jìn)行程序設(shè)計。2、程序調(diào)試心得。3、觀察到的程序運行效果并加以分析。六、思考題1、什么是單片機(jī)？2、MCS51、8051、C51、AT89S52之間是什么關(guān)系？3、寶貝車機(jī)器人采用的AT89S52單片機(jī)的特點是什么？

7、4、#include<uart.hafe文件的作用是什么？5、程序HelloRoBot.c中while（1）;的作用是什么？注：實驗操作現(xiàn)場檢查。實驗二C51接口與伺服電機(jī)控制一、實驗?zāi)康?、理解和掌握C51單片機(jī)的輸入輸出接口的特性;2、理解機(jī)器人伺服電機(jī)PWM調(diào)速原理，C語言編程輸出脈沖序列控制機(jī)器人輪子運動。二、實驗設(shè)備及軟件寶貝車機(jī)器人、ISP下載線、串行接口、并行接口、計算機(jī)、電源、螺絲刀、紅色發(fā)光二極管2個和470。電阻2個。KeiluVision2IDE集成開發(fā)環(huán)境、SLISP下載軟件、串口調(diào)試軟件。三、實驗內(nèi)容和步驟1、用C51單片機(jī)的P1口的位輸出高低電平控制LED發(fā)光

8、二極管的閃爍?？唇滩母戒汣,關(guān)于面包板及LED的介紹。面包板上共有18行插座，通過中間槽分為兩列。每一行由5個插座組成，這5個插座在面包板上是電氣相連的，如將兩根導(dǎo)線分別插入五口插座行的任意兩個插座中，它們都是電氣相連的。“GND”對應(yīng)于教學(xué)板的接地端，“Vcc”指校準(zhǔn)的+5V電壓。發(fā)光二極管（如圖2.1）是單向?qū)щ姷碾娮庸?，長腳為正極，短腳為負(fù)極，必須連接正確，否則不能正常工作。通過5mA左右即可發(fā)光，電流越大，其亮度越強(qiáng)，但若電流過大，會燒毀二極管。給發(fā)光二極管串聯(lián)一個電阻的目的是限制通過發(fā)光二極管的電流不要太大。D1-|4|vccLED圖2.1LED零件圖圖2.2發(fā)光二極管與I/O腳P1

9、_0的連接色環(huán)電阻為五色，用五條色環(huán)表示電阻的阻值大小。黑0棕1紅2橙3黃4綠5藍(lán)6紫7灰8白9金、銀表示誤差具體如下：第一條色環(huán)：阻值的第一位數(shù)字；第二條色環(huán)：阻值的第二位數(shù)字；第三條色環(huán)：阻值的第三未數(shù)字；第四條色環(huán)：阻值乘數(shù)的10的幕數(shù)；第五條色環(huán)：誤差（常見是棕色，誤差為1%）。由此，470Q電阻為黃紫黑黑棕。參考教材一個發(fā)光二極管閃爍的LED電路搭建（如圖2.2）及程序HighLowLed.c。注意，在教學(xué)底板上搭建電路時要斷開電源。教材有程序是兩個LED同時閃爍，要求修改程序讓兩個LED交替亮或者滅，也可以改變延時函數(shù)參數(shù)n的值，改變LED閃爍頻率。【拓展訓(xùn)練】實現(xiàn)4個或更多LED

10、流水燈控制，對應(yīng)流水燈從全滅到一個一個亮或者對應(yīng)流水燈從全亮到一個一個滅。編程方法與兩個LED閃爍類似，接入的LED二極管繼續(xù)接在面包板左側(cè)其他的端口位上。注意，程序控制各引腳輸出高低電平要與所接的端口要一一對應(yīng)起來。2、兩伺服電機(jī)調(diào)零。在操作之前，先確認(rèn)一下機(jī)器人兩個伺服電機(jī)的電源控制線（如圖2.3）是否已經(jīng)正確的連接到C51單片機(jī)教學(xué)板的兩個專用電機(jī)控制接口上。P1_1引腳控制左邊電機(jī)，P1_0引腳控制右邊電機(jī)，在電路板上我們分別采用W、R、B來表示信號線、電源線和地，電機(jī)控制線顏色與教學(xué)板接口對應(yīng)字母一致（白紅黑對應(yīng)WRB）。十字角喉、圖2.3伺服電機(jī)實物圖圖2.4電壓“占空比”與平均電

11、壓關(guān)系電機(jī)調(diào)速應(yīng)用PWM（脈寬調(diào)制）基本原理，通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率改變負(fù)載兩端的電壓。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。如圖2.4,在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時，速度增加；電機(jī)斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。高電平持續(xù)的時間控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，即脈沖寬度控制連續(xù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)速度和方向。將時間間隔為20ms,脈寬為1.5ms的一系列脈沖稱為零點標(biāo)定信號，電機(jī)轉(zhuǎn)速為零，機(jī)器人輪子靜止

12、不動。如果電機(jī)沒有進(jìn)行零點標(biāo)定，機(jī)器人輪子會轉(zhuǎn)動，如圖2.5所示，用螺絲刀輕輕調(diào)節(jié)馬達(dá)上的電位器，直到馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動。如電機(jī)已經(jīng)完成了零點調(diào)節(jié)，不會轉(zhuǎn)動。但是損壞了或有缺陷的電機(jī)有時也不轉(zhuǎn)動。繼續(xù)檢測：當(dāng)高電平持續(xù)時間為當(dāng)高電平持續(xù)時間為當(dāng)高電平持續(xù)時間為當(dāng)高電平持續(xù)時間為1.3 ms時，電機(jī)順時針全速旋轉(zhuǎn)；ms時，電機(jī)逆時針全速旋轉(zhuǎn)；ms1.5ms之間時，電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn);ms1.7ms之間時，電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)。圖2.5.1經(jīng)過孔把螺絲刀插入電位器圖2.5.2輕輕的旋轉(zhuǎn)螺絲刀調(diào)節(jié)電位器3、測試電機(jī)，改變脈沖寬度控制機(jī)器人運動速度和方向。如圖2.6,定義機(jī)器人的前、后、左、右四個方向。例程中使用pr

13、intf函數(shù)是為了起提示作用，若覺得用口線影響機(jī)器人的運動，可以不用此函數(shù)。將程序下載到單片機(jī)，關(guān)閉機(jī)器人電源開關(guān)，斷開ISP下載線，將開關(guān)撥到“2”檔，觀察寶貝車運動情況。左右圖2.6機(jī)器人及其前進(jìn)方向的定義四、實驗程序1、教材有程序是兩個LED同時閃爍及一個LED閃爍（程序HighLowLed.c）,要求修改程序讓兩個LED交替閃爍，也可以改變延時函數(shù)參數(shù)n的值，改變LED閃爍頻率。*編程實現(xiàn)4個或更多LED流水燈控制，對應(yīng)流水燈從全滅到一個一個亮或者對應(yīng)流水燈從全亮到一個一個滅。2、編程實現(xiàn)兩伺服電機(jī)調(diào)零，可以分別調(diào)零，也可一起調(diào)零。教材有代碼實現(xiàn)右輪調(diào)零，注意編程的完整性。3、驗證Bo

14、thServosThreeSeconds.C!否向前進(jìn)3s,后退3s。并根據(jù)此程序按照實驗報告要求編程。五、實驗報告要求1、編程及電路原理圖實現(xiàn)兩個LED交替閃爍，觀察到的運行效果并加以分析，程序調(diào)試心得。有興趣的同學(xué)還可以完成4個或更多LED流水燈控制，對應(yīng)流水燈從全滅到一個一個亮或者對應(yīng)流水燈從全亮到一個一個滅。要求編程及電路原理圖，觀察到的運行效果并加以分析，程序調(diào)試心得。2、編程實現(xiàn)兩伺服電機(jī)調(diào)零，可以分別調(diào)零，也可一起調(diào)零，觀察到的運行效果并加以分析，程序調(diào)試心得。3、控制兩個電機(jī)的delay_nus函數(shù)的參數(shù)n有不同的組合，各種組合的運動狀況填寫下表。P1_1P1_0描述運動狀況1

15、7001300全速，P1_1電機(jī)逆時針，P1_0電機(jī)順時針1300170017001700130013001500170015001300130015001700150015001500兩個電機(jī)都靜止六、思考題1、LED閃爍的工作原理，即引腳輸出高低電平信號，發(fā)光二極管會滅或者亮的原因是什么？2、LED閃爍的實驗中，逐漸減小延時函數(shù)參數(shù)n的值，還能看到LED閃爍嗎？為什么？3、LED閃爍的實驗中，分別將開關(guān)撥到“1”與“2”，看實驗現(xiàn)象有什么區(qū)別？分析原因。4、將電機(jī)調(diào)零的程序下載到單片機(jī)，開關(guān)撥到“2”，按“Reset”按鈕，輪子仍轉(zhuǎn)動，不能完全停下來，試分析有哪些原因造成的？5、編程給與P

16、1_1連接的左輪發(fā)出脈寬為1.7ms,與P1_0連接的右輪發(fā)出脈寬1.3ms,觀察到寶貝車后退，分析是什么原因引起的?注：實驗操作現(xiàn)場檢查。實驗三C語言函數(shù)與機(jī)器人巡航控制一、實驗?zāi)康?、掌握對單片機(jī)編程使機(jī)器人做基本的巡航動作：向前，向后，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)和原地旋轉(zhuǎn)。通過測試機(jī)器人脈沖數(shù)與機(jī)器人運動距離的關(guān)系，實現(xiàn)機(jī)器人的精確動作。2、掌握編寫程序時機(jī)器人由突然啟動或停止變?yōu)橹鸩郊铀倩驕p速運動。3、寫一些執(zhí)行基本巡航動作的函數(shù)，每一個函數(shù)都能夠被多次調(diào)用。4、將復(fù)雜巡航運動記錄在數(shù)組中，編寫程序執(zhí)行這些巡航運動。二、實驗設(shè)備及軟件寶貝車機(jī)器人、ISP下載線、串行接口、并行接口、計算機(jī)、電源。Kei

17、luVision2IDE集成開發(fā)環(huán)境、SLISP下載軟件、串口調(diào)試軟件。三、實驗內(nèi)容和步驟1、驗證教材程序ForwardLeftRightBackward.c看機(jī)器人是否向前、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)及向后走。如果寶貝車向前運動的過程輕微向左或右偏移，不是一條直線。結(jié)果就是左輪與右輪程序上是以全速行駛，實際輸出有速度差，要么左輪速度太慢，要么右輪速度太慢。讓輪子加速不太實際，但是減小輪子的速度就可以解決問題電機(jī)速度是脈沖寬度即程序中延時函數(shù)delay_nus的參數(shù)n決定的。n越接近1500,電機(jī)轉(zhuǎn)速越慢。要重復(fù)試驗得到一個比較準(zhǔn)確的輸出。將確定好的沿直線運動的參數(shù)更新到程序ForwardLeftRightB

18、ackward.c中相應(yīng)的值。利用for循環(huán)控制電機(jī)的運行時間，由小車運動形式?jīng)Q定輸出距離或角度。例程中for循環(huán)的循環(huán)次數(shù)為65,小車運行時間為1.5s,運行距離減半。for循環(huán)的循環(huán)次數(shù)為26,電機(jī)的運行時間決定小車旋轉(zhuǎn)的角度。調(diào)整for循環(huán)的循環(huán)次數(shù)得到非常接近你想要的旋轉(zhuǎn)角度。由于每個小車的情況不一樣，在向左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)中for循環(huán)的循環(huán)次數(shù)增加或減少電機(jī)的轉(zhuǎn)角，使寶貝車旋轉(zhuǎn)期望的角度，例如旋轉(zhuǎn)90度。如果發(fā)現(xiàn)一個值使旋轉(zhuǎn)超過90°,而另一個使旋轉(zhuǎn)小于90°,嘗試選擇一個使其旋轉(zhuǎn)更多的值，然后稍微減小電機(jī)速度。測試一下你的小車要循環(huán)多少次才能旋轉(zhuǎn)90度。在轉(zhuǎn)彎半徑較大時

19、，可以采用一個電機(jī)增速另一個電機(jī)減速的方法轉(zhuǎn)彎。由于小車結(jié)構(gòu)的影響，這種方法轉(zhuǎn)彎較慢，轉(zhuǎn)彎半徑較大，效果受運動速度的影響大。在需要轉(zhuǎn)彎半徑較小時，可以采用一個電機(jī)轉(zhuǎn)動，而另一個靜止的方法。兩個電機(jī)等速反向轉(zhuǎn)動可以實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎。測試寶貝車速度。將寶貝車放在尺子旁邊，確保輪子接觸的地面與尺子的0厘米對齊在一條線上，按復(fù)位鍵重新運行程序，讓寶貝車向前走1秒鐘，測量從出發(fā)點到機(jī)器人停下來所接觸的地面距離，測量結(jié)果就是以厘米/s為單位的。2、將加速或減速與基本巡航動作結(jié)合起來，使機(jī)器人的每一個動作都能夠勻加速或勻減速。參考教材程序StartAndStopWithRamping.c及相似代碼更改Forwa

20、rdLeftRightBackward.Co3、教材程序MovementsWithFuntions.c、MovementsWithOneFuntion.c運行結(jié)果與ForwardLeftRightBackward.c產(chǎn)生的效果是相同的，用函數(shù)調(diào)用簡化運動程序。修改MovementsWithOneFuntion.c使機(jī)器人走一個正方形。4、驗證程序NavigationWithSwitch.c是否走了一個矩形。使用數(shù)組或調(diào)用函數(shù)編寫程序，使機(jī)器人按你的想法運動，實現(xiàn)較為復(fù)雜的運動。【拓展訓(xùn)練】編程使履帶坦克機(jī)器人、相撲機(jī)器人、爬蟲機(jī)器人巡航控制。四、實驗程序1、驗證教材程序ForwardLeftR

21、ightBackward.c。2、編程反復(fù)測試一下小車要循環(huán)多少次才能旋轉(zhuǎn)精確的90度。3、編程測試寶貝車速度，測量結(jié)果就是以厘米/s為單位的。4、參考教材程序StartAndStopW讓hRamping.c及相似代碼，更改ForwardLeftRightBackward.c,使機(jī)器人的每一個動作都能夠勻加速或勻減速。5、修改MovementsWithOneFuntion.c使機(jī)器人走一個正方形。6、使用數(shù)組或調(diào)用函數(shù)編寫程序，使機(jī)器人按你的想法運動，實現(xiàn)較為復(fù)雜的運動。五、實驗報告要求1、程序設(shè)計小車要循環(huán)多少次才能旋轉(zhuǎn)精確的90度，觀察到的運行效果并加以分析，程序調(diào)試心得。2、更改Forw

22、ardLeftRightBackward.c,使機(jī)器人的每一個動作都能夠勻加速或勻減速。寫出程序，觀察到的運行效果并加以分析，程序調(diào)試心得。3、修改MovementsWithOneFuntion.c使機(jī)器人走一個正方形。寫出程序，觀察到的運行效果并加以分析，程序調(diào)試心得。4、使用數(shù)組或調(diào)用函數(shù)編寫程序，使機(jī)器人按你的想法運動，實現(xiàn)較為復(fù)雜的運動。寫出程序，觀察到的運行效果并加以分析，程序調(diào)試心得。六、思考題1、在程序ForwardLeftRightBackward.c中，向左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)的for循環(huán)的循環(huán)次數(shù)為26,這是什么意思？程序運行效果是怎樣的？2、機(jī)器人完成各種巡航動作的過程中，每次啟動和

23、停止時，動作太快，幾乎傾倒，為什么會這樣呢？采用什么方法可以解決這種問題？3、讓小車實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的方法有哪些？注：實驗操作現(xiàn)場檢查。實驗四C51接口與觸覺與航一、實驗?zāi)康?、接觸型傳感器作為輸入反饋與C51單片機(jī)的編程實現(xiàn)。2、編程使機(jī)器人基于胡須導(dǎo)航，條件判斷語句的嵌套與機(jī)器人的人工智能決策的編程使機(jī)器人逃離進(jìn)入墻角死區(qū)。二、實驗設(shè)備及軟件寶貝車機(jī)器人、ISP下載線、串行接口、并行接口、計算機(jī)、電源、安裝機(jī)器人胡須，所需硬件如圖4.1。元件清單：(1)胡須狀金屬絲2根；(2)平頭M3x22盤頭螺釘2個；13mm圓形立柱2個；M3尼龍墊圈2個；3-pin公-公接頭2個；220Q電阻2個；10kQ電

24、阻2個。圖4.1胡須硬件KeiluVision2IDE集成開發(fā)環(huán)境、SLISP下載軟件、串口調(diào)試軟件。三、實驗內(nèi)容和步驟1、通過布置恰當(dāng)?shù)碾娐罚跈C(jī)器人前端安裝并測試一個稱為胡須的觸覺開關(guān)，對C51單片機(jī)編程來監(jiān)視觸覺開關(guān)的狀態(tài)。安裝并測試機(jī)器人胡須見圖4.2。確定兩條胡須比較靠近，但又不接觸面包板上的3-pin頭，推薦保持3mm的距離。參考接線圖4.3,搭建胡須電路。色環(huán)電阻你會讀嗎？（提示：棕紅橙黃綠，藍(lán)紫灰白黑）220。電阻（紅紅黑黑棕），10kQ電阻（棕黑黑紅棕）。注意：右邊胡須狀態(tài)信息輸入是通過P1口的第4引腳完成，左邊胡須狀態(tài)信息輸入是通過P2口的第3引腳完成。也可以接其他引腳，注

25、意電路與程序要匹配。圖4.2安裝機(jī)器人胡須圖4.3胡須電路示意圖圖4.4是實際的參考接線圖，安裝好的觸覺胡須的機(jī)器人如圖4.5。圖4.4胡須接線圖圖4.5安裝好觸覺胡須的機(jī)器人單片機(jī)AT89S52的四個端口P0、P1、P2和P3是可以按位來操作，從低到高依次為第0口、第1口第7口，書寫分別為PX.0、PX.1、PX.7（X取0到3）。P1&0X10:取P1.4P1P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.00x1000010000P2&0X08:取P2.3P2P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.00x0800001000P1&

26、;0X10和P2&0X08分另I提取了P1.4和P2.3的值，屏蔽了其他位。測試胡須源程序TestWhiskersc要用到調(diào)試終端，當(dāng)程序運行時要確保用口已經(jīng)接好。弄清哪條胡須是左胡須，哪條是右胡須。當(dāng)胡須沒有被碰到，使引腳電壓為5V,胡須狀態(tài)為1;當(dāng)胡須被碰到時，使引腳電壓為0V,胡須狀態(tài)為002、通過胡須導(dǎo)航。機(jī)器人行走時，如果有胡須被觸動，意味著碰到了什么。嘗試讓寶貝車向前行走，當(dāng)在其路線上遇到障礙物時，它將后退、旋轉(zhuǎn)并向另一個方向行走以避開障礙物。具體程序RoamingWithWhiskers.c。可以調(diào)整Left_Turn()和Right_Turn()子程序中for循環(huán)的循環(huán)

27、次數(shù)增加或減少電機(jī)的轉(zhuǎn)角，使寶貝車旋轉(zhuǎn)期望的角度。在空間比較狹小的地方，可以調(diào)整程序Backward。中for循環(huán)的循環(huán)次數(shù)來減少后退的距離。3、基于人工智能決策的編程使機(jī)器人逃離進(jìn)入墻角死區(qū)。編程使機(jī)器人逃離進(jìn)入墻角死區(qū)。當(dāng)寶貝車進(jìn)入墻角時，左胡須觸墻，于是它倒退，右轉(zhuǎn)。當(dāng)小車再向前行走，右胡須觸墻，于是再倒退，左轉(zhuǎn)。然后它又前進(jìn)又會碰到左墻，再次碰到右墻等，直到有人把它從困境中解救出來。使用含ifelse嵌套語句用于探測連續(xù)的、交替出現(xiàn)的胡須觸動。編程使寶貝車在行走時，輪流觸動它的胡須，胡須在經(jīng)過四次觸動之后，寶貝車會進(jìn)行后退、旋轉(zhuǎn)180。離開墻角。具體程序EscapingCorners.

28、es嘗試增加或減小變量counter的數(shù)值，觀察機(jī)器人在正常行走過程中是否有任何不同?！就卣褂?xùn)練】觸覺導(dǎo)航機(jī)器人走迷宮競賽。四、實驗報告要求1、搭建觸覺導(dǎo)航電路，測試胡須源程序TestWhiskersc畫出胡須電路示意圖，觀察到的運行效果并加以分析，程序調(diào)試心得。2、程序RoamingWithWhiskers.c觸覺導(dǎo)航的實現(xiàn)，說明胡須機(jī)器人怎樣行走。3、程序EscapingCorners.cH如何工作的。五、思考題1、觸覺導(dǎo)航的原理是什么？通過胡須導(dǎo)航時如何避開障礙物？2、語句Return(P1&0x10)?1:0的意義是什么？試作圖說明。3、語句if(P1_4state()=0)&

29、amp;&(P2_3state()=0)Backward();Left_Turn();Left_Turn();的含義是什么？4、在胡須導(dǎo)航程序中函數(shù)Forward。有變動，只發(fā)送一個脈沖，然后返回，這樣的好處是什么？5、是否有且只有一根胡須被觸動，如何通過獲取左、右胡須的狀態(tài)作出判斷？寫出具體的判斷語句。注：實驗操作現(xiàn)場檢查。實驗五C51接口與紅外線導(dǎo)航一、實驗?zāi)康?、掌握紅外傳感器作為輸入反饋與單片機(jī)的編程實現(xiàn)，讓機(jī)器人的C51單片機(jī)可以收發(fā)紅外光信號。2、使用紅外線發(fā)射和接收器件探測道路，編程實現(xiàn)高性能的IR導(dǎo)航和邊沿探測。二、實驗設(shè)備及軟件寶貝車機(jī)器人、ISP下載線、串行接口、并

30、行接口、計算機(jī)、電源。所需元件：(1)兩個紅外檢測器，如圖5.1;(2)兩個IRLED,如圖5.2;(3)四個470。電阻(黃紫黑黑棕)；(4)兩個9013三極管,如圖5.3。123圖5,1紅外檢測器圖5.2紅外線二極管LED發(fā)射器1隼1忖2也7«*極3T£E集電極一基板bo-圖5.3.1三極管9013管腳圖圖5,3.2三極管9013結(jié)構(gòu)圖及符號圖KeiluVision2IDE集成開發(fā)環(huán)境、SLISP下載軟件、串口調(diào)試軟件。三、實驗內(nèi)容和步驟使用紅外光來照射機(jī)器人前進(jìn)的路線，確定何時有光線從被探測目標(biāo)反射回來，通過檢測反射回來的紅外光可以確定前方是否有物體。機(jī)器人使用紅外線

31、二極管LED發(fā)射紅外光線，紅外檢測器相當(dāng)于眼睛，檢測到反射回來的紅外光線,并發(fā)出信號來表明檢測到從物體反射回紅外線，如圖5.4。紅外線（IR）接收/檢測器有內(nèi)置的光濾波器，除了需要檢測980nm波長的紅外線外，幾乎不允許其他光通過。紅外檢測器還有一個電子濾波器，只允許大約38.5kHz的電信號通過。圖5.4用紅外探測障礙物1、搭建并測試IR發(fā)射和探測器對，如圖5.5。注意斷開主板和電機(jī)的電源圖5.5左側(cè)和右側(cè)IR組電路原理圖圖5.6.1左右IR組實物參考圖圖5.6.2左右IR組電路搭建實物參考圖本任務(wù)中，發(fā)送持續(xù)1ms的38.5kHz的紅外光，如果紅外光被小車路徑上的物體反射回來，紅外檢測器將

32、給微控制器發(fā)送一個信號，讓它知道已經(jīng)檢測到反射回的紅外光。當(dāng)沒有IR信號返回時，探測器的輸出狀態(tài)為高電平。當(dāng)它探測到被物體反射的38.5kHz的紅外信號時，它的輸出為低電平。放一個物體，比如手或一張紙，距離IR組大約1英寸。驗證當(dāng)你放一個物體在IR組前時，調(diào)試終端是否會顯示0,當(dāng)你將物體移開時，它是否顯示1。程序TestLeftIrPair.c僅驗證左邊IR組，要改寫程序驗證右邊IR組。或者可以同時驗證兩邊的IR組，需要改寫程序與之匹配。如果調(diào)試終端顯示的不是預(yù)料的值，檢查電路和輸入的程序。如果你總是得到0,甚至當(dāng)沒有物體在機(jī)器人前面時也是0,可能是附近的物體反射了紅外線。機(jī)器人前面的桌面是常

33、見的始作俑者。調(diào)整紅外發(fā)射器的角度，使IRLED和探測器不會受桌面等物體的影響。如果機(jī)器人前面沒有物體時絕大多數(shù)時間讀數(shù)是1,但是偶爾是0,這可能是附近的熒光燈的干擾。關(guān)掉附近的熒光燈，重新測試。注意：保持寶貝車機(jī)器人與串口電纜的連接，因為你將用調(diào)式終端來測試你的IR組。2、IR檢測器探測和避開障礙物IR檢測器的輸出與觸須的輸出非常相象。沒有檢測到物體時，輸出為高電平,檢測到物體時，輸出為低電平。采取與胡須相同的導(dǎo)航策略。3、高性能的IR導(dǎo)航，在每個脈沖之間采樣以避免碰撞。在觸須導(dǎo)航里使用的預(yù)編程機(jī)動動作很好，但是在使用IRLED和探測器時會造成不必要的遲鈍。發(fā)送脈沖給電機(jī)之前檢查障礙物，寶貝

34、車持續(xù)使用電機(jī)驅(qū)動脈沖和探測，直到它繞開障礙物，然后它會繼續(xù)發(fā)送向前行走的脈沖，這樣可以大大改善寶貝車的行走性能。4、用絕緣帶模擬桌子的邊沿，邊沿探測編程。圖5.7俯視的IR組»156cm)圖5.8模擬桌面邊沿的絕緣帶邊寶貝車在桌子上行走，IR檢測器向下監(jiān)測桌子表面。只要兩個IR探測器測到桌面，寶貝車向前行走。如果有一邊的IR探測器沒有發(fā)現(xiàn)桌面(即發(fā)現(xiàn)邊沿)，寶貝車會向另一個方向轉(zhuǎn)動。四、實驗報告要求1、程序TestLefHrPair.c僅驗證左側(cè)IR組電路搭接是否正確，驗證右側(cè)IR組電路搭接是否正確可以參考程序TestLeftIrPair.c更改相應(yīng)的引腳。需要改寫程序要求同時驗證

35、兩側(cè)的IR組，注意引腳要與左側(cè)右側(cè)IR組電路原理圖匹配。采用空函數(shù)產(chǎn)生延時的程序片斷替代延時函數(shù)delay_nus(13)。畫出左側(cè)右側(cè)IR組電路原理圖，觀察到的運行效果并加以分析，程序調(diào)試心得及如何排錯的方法。2、高性能的IR導(dǎo)航，觀察到的運行效果并加以分析，程序調(diào)試心得。3、邊沿探測，觀察到的運行效果并加以分析，程序調(diào)試心得。五、思考題1、三極管9013的工作原理及在IR組中的作用。2、紅外線導(dǎo)航的原理是什么？通過紅外線導(dǎo)航時如何避開障礙物？3、do-while語句與while語句的聯(lián)系與區(qū)別。高性能的IR導(dǎo)航程序FastIrRoaming.井dowhile語句是否可以替換while語句呢

36、？4、邊沿探測的原理是什么？躲避障礙物與在桌面行走而不走到桌邊兩個實驗卻使用同樣IR組電路原理圖進(jìn)行探測，分析一下其中的核心道理。注：實驗操作現(xiàn)場檢查。實驗六C51定時器與機(jī)器人的距離檢測一、實驗?zāi)康?、掌握定時/計數(shù)器的應(yīng)用及編程實現(xiàn)。2、機(jī)器人紅外測距及跟隨策略的實現(xiàn)。二、實驗設(shè)備及軟件寶貝車機(jī)器人、ISP下載線、串行接口、并行接口、計算機(jī)、電源。KeiluVision2IDE集成開發(fā)環(huán)境、SLISP下載軟件、串口調(diào)試軟件。三、實驗內(nèi)容及步驟1、單片機(jī)AT89S52的定時/計數(shù)器提供更精確的時間。具體見教材。搭建LED的測試電路如圖6.1。程序TimeApplication.c與P1_璉接

37、的LE內(nèi)隔0.4ms閃爍一次。由于LED丁閃爍頻率過快，人的視覺反應(yīng)不夠快。為了可以看見LED丁閃爍，改程序使得LED®隔130m到爍一次。同時搭接兩個LEEDT,一個用delay_num(65)控制，一個用定時器控制延時。K1?70LED圖6.1LED的測試電路2、機(jī)器人用紅外發(fā)射頻率掃描進(jìn)行編程做距離探測。用同前面一樣的IRLED/探測電路來探測距離。選才¥5個不同頻率，然后從最高靈敏度到最低靈敏度進(jìn)行測試。首先嘗試最高靈敏度頻率，如果物體被探測到了，就讓僅次于它的高靈敏度頻率測試，觀察是否可以探測到。依賴于探測器不能再檢測到物體的紅外線頻率，就可以推斷物體的大概位置。舉例說明如圖6.1機(jī)器人如何用紅外發(fā)射頻率做距離測試。在這個例子中，目標(biāo)物體在區(qū)域3。也就是說，發(fā)送35700Hz和38460Hz頻率能發(fā)現(xiàn)物體，發(fā)送29370Hz、31230Hz以及33050Hz頻率就不能發(fā)現(xiàn)物體。如果你移動物體到區(qū)域2,那么發(fā)送33050Hz、35700Hz以及38460Hz可以發(fā)現(xiàn)物體，發(fā)送29370Hz和31230Hz頻率不能發(fā)現(xiàn)物體。區(qū)域5任何頻率下均設(shè)檢測胤物體圖6.1頻率和探測區(qū)域運行程序時，在機(jī)器人前端放一張紙或卡片對兩個IR