巡線(xiàn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)

I 4 6 8 8 8 9 9 0 0 0 4 6 8 82 9 9 9 9 核心主板........................... 2 2 2 2 31.1設(shè)計(jì)背景4本設(shè)計(jì)要求巡線(xiàn)機(jī)器人在白色的場(chǎng)地上，通過(guò)控制機(jī)器人的轉(zhuǎn)向角度和車(chē)速，使機(jī)器人能自動(dòng)地沿著一條任意給定的黑色帶狀引導(dǎo)線(xiàn)行駛。在本設(shè)計(jì)中巡線(xiàn)機(jī)器人接收到紅外遙控器或鍵盤(pán)給出的開(kāi)始及目標(biāo)位置信5……號(hào)軌道，LLG檢測(cè)2、4、6……號(hào)軌道，實(shí)現(xiàn)既定軌道塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)總體邏輯結(jié)構(gòu)框架圖如圖1-1所示。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)檢測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)避障系統(tǒng)巡線(xiàn)系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)初始化56該探測(cè)地面黑線(xiàn)的原理是：光線(xiàn)照射到地面并反射，由于黑線(xiàn)和白紙的反射系的示意圖如圖2-1所示。圖2-2黑線(xiàn)探測(cè)原理圖本電路(如圖2-2)利用紅外傳感器在不同路面環(huán)境的條件下光線(xiàn)是否反射在正常狀態(tài)下每個(gè)紅外傳感器感光量相同，通過(guò)調(diào)節(jié)變阻器，使得電壓輸出7變化送到單片機(jī)控制機(jī)器人的調(diào)整方向。只有紅外傳感器進(jìn)入黑色引導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)才能2.3避障系統(tǒng)根據(jù)要求我對(duì)以下方案中進(jìn)行了比較。方案一采用激光傳感器測(cè)距。能非常準(zhǔn)確地測(cè)出小車(chē)與障礙物的距離，但價(jià)格也高，處理復(fù)雜，不符合我方案二采用超聲波傳感器進(jìn)行避障。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷方案。方案三采用左右兩個(gè)紅外傳感器。紅外傳感器，是目前使用比較普遍的一兩個(gè)紅外傳感器的檢測(cè)距離為10—80cm,開(kāi)關(guān)量輸出(TTL電平),簡(jiǎn)單、可靠。我們采用這種電路，能可靠地檢測(cè)左前方、右前方、前方的障礙情況，為成功避圖2-3紅外發(fā)射及接收處理電路8方案一采用液晶顯示屏，其能耗相對(duì)較低，又稱(chēng)LCD,它是由一定數(shù)量的彩(1)低輻射，益健康；(3)畫(huà)面柔和不傷眼；LCD1602可以顯示32個(gè)字符(共兩行)液晶模塊。其管腳接口如圖2-4所Lcd1602RAM地址映射圖如圖2-5所示，其控制器內(nèi)部帶有80×8位(80字節(jié))的RAM緩沖區(qū)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如：圖2-5所示。=m2讀狀態(tài)9圖2-5LCD1602RAM地址映射圖放棄了此方案。我們所選用的直流電機(jī)減速比為1:48,減min能夠較好的滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，因此選擇了此方案。2.5.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案一各種傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片L293D,驅(qū)動(dòng)小車(chē)控制實(shí)現(xiàn)小車(chē)的加、減速，電路原理圖如圖2-6。方案二直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，因此本設(shè)計(jì)選用了方案一。圖2-6L293D電路原理圖89C52單片機(jī)雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。89C52單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式s]。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHz到12MHz振蕩晶體選擇11.0592MHz,電容選擇22pF。在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充頻率用11.0592MHz時(shí)C9取0.1μF,R7取10KQ。圖2-789S52單片機(jī)復(fù)位電路鍵1,巡線(xiàn)機(jī)器人將按1號(hào)路徑行駛，輸入按鍵2,巡線(xiàn)機(jī)器人將按2號(hào)路徑行紅外遙控是目前使用最廣的一種遙控手段。紅外線(xiàn)遙控裝置具有體積小、功紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境、不干擾其他電器設(shè)備。由于其無(wú)法穿透容易，可進(jìn)行多路遙控。其遙控范圍為4-6米，接收靈敏可靠，抗干擾能力強(qiáng)。巡紅外發(fā)射電路，紅外接收電路及控制部分。結(jié)構(gòu)框圖如圖2-8所示。2.9語(yǔ)音系統(tǒng)器人，連續(xù)響兩聲為前方有障礙，連續(xù)響三聲為到達(dá)指定位置[2]。電路原理圖如圖2-9所示。系統(tǒng)接收部分(一體化紅外接收頭)按鍵部分控制部分發(fā)射部分A遙控部分B接收部分圖2-8紅外遙控電路框圖(A)發(fā)射電路框圖(B)接收電路框圖圖2-9語(yǔ)音模塊電路原理圖圖2-10主板電路總原理圖下圖2-10主板電路總原理圖下Ⅲ987654321P1.P4.0圖6PRESTP32要4459B55U1寫(xiě)五S4H4q78q78h01…7…四R7PRX晶振k1GND電源開(kāi)關(guān)CINJ+220uF1104P3.2(NT0)P26A14P2C(A8)單片機(jī)最小系統(tǒng)(定時(shí)系統(tǒng))A02代口11iNDNDINIIN413GNDGNDP6N2IN3J8(11(1115071紅外遙控返回按鍵器2121521mWm2222PKV2P0OAEmOV4=2rD57一57一421N(r?C巡線(xiàn)系統(tǒng)巡線(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)要求巡線(xiàn)機(jī)器人在白色的場(chǎng)地上,通過(guò)控制機(jī)器人的轉(zhuǎn)向角度和車(chē)速,使機(jī)器人能自動(dòng)地沿著一條任意給定的黑色帶狀引導(dǎo)線(xiàn)行駛并識(shí)別每一個(gè)節(jié)點(diǎn)信息，直至到達(dá)指定位置，待接收到返回信息后，180°轉(zhuǎn)彎并原路返3軟件設(shè)計(jì)按遙控器電源鍵啟動(dòng)機(jī)器人顯示系統(tǒng),顯示“Hellowelcome”，按遙控鍵始巡線(xiàn)行駛，到達(dá)左側(cè)第一個(gè)軌道處，機(jī)器人開(kāi)始向左轉(zhuǎn)75°,開(kāi)始巡線(xiàn)進(jìn)入1hands"等待返回鍵鍵值，當(dāng)按下返回鍵后，機(jī)器人180°轉(zhuǎn)彎繼續(xù)巡線(xiàn)行駛，在檢測(cè)到主軌道時(shí)，右轉(zhuǎn)75°,向前巡線(xiàn)行駛，進(jìn)入主軌道，直到檢測(cè)到起始位置，機(jī)器人180度轉(zhuǎn)彎后停止運(yùn)動(dòng)。在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的全程中避障系統(tǒng)一直起開(kāi)始開(kāi)始左轉(zhuǎn)進(jìn)入單號(hào)軌道轉(zhuǎn)180°前進(jìn)結(jié)束軌道圖3-1主程序簡(jiǎn)要邏輯流程圖3.2路徑選取子程序行檢測(cè)，利用定時(shí)器T2進(jìn)行1ms定時(shí)，獨(dú)立于其他子程序，其規(guī)則是等待傳感器當(dāng)一個(gè)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到另外一個(gè)狀態(tài)時(shí)LGCOUNT++,這樣就完成了路徑的識(shí)別，左側(cè)和右側(cè)傳感器分別計(jì)數(shù)，由主程序判斷路徑值，如路徑1的判LLGCOUNT!=1”,進(jìn)入1號(hào)路徑后，由主程序置LLGCOUNT值為0,到彎道時(shí)向右拐75°,然后再由主程序置LLGCOUNT值為0,到達(dá)起始位置時(shí)LLGCOUNT值為1,再由主程序置LLGCOUNT值為0,停止此次任務(wù)。是是控?cái)?shù)據(jù)接收信號(hào)謝否是否否否是是是進(jìn)入返回程序否接收鍵盤(pán)或遙接收信號(hào)為結(jié)束是是顯示相應(yīng)文字否圖3-3LCD1602液晶顯示流程圖巡線(xiàn)子程序的邏輯流程圖如圖3-4所示。開(kāi)始開(kāi)始機(jī)器人向前走傳感器否傳感器是機(jī)器人向右走傳感器是機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)結(jié)束是機(jī)器人向后走是機(jī)器人向前走是機(jī)器人向左走傳感器傳感器否否否圖3-4巡線(xiàn)子程序邏輯流程圖PWM的波形圖如圖3-5所示。PWM調(diào)速子程序邏輯流程圖如圖3-6所示。定時(shí)器1ms是_否結(jié)束是 3.6避障子程序避障子程序的邏輯流程圖如圖3-7所示。機(jī)器人向左走機(jī)器人向左走否是機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)結(jié)束是否傳感器是開(kāi)始機(jī)器人向前走傳感器是機(jī)器人向前走否否開(kāi)始傳感器機(jī)器人向前走傳感器LGcount++LB1=1&&RB2=0傳感器否是是機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)傳感器等待返回按鍵值機(jī)器人向前走結(jié)束是是否否_3.890°、180°轉(zhuǎn)彎子程序線(xiàn)即完成90°轉(zhuǎn)彎。180°轉(zhuǎn)彎同90°轉(zhuǎn)彎。圖4-1軌道形狀4.1.1核心主板根據(jù)設(shè)計(jì)要求，繪制所能完成設(shè)計(jì)功能的電路原理圖，選擇購(gòu)買(mǎi)元器件，根機(jī)器人框架根據(jù)實(shí)際需要制作，首先確定要完成品圖如圖4-2所示。圖4-2巡線(xiàn)機(jī)器人成品正面(左)和反面(右)圖4-3巡線(xiàn)機(jī)器人主板PCB正面(左)和反面(右)422機(jī)器人框架由于硬件電路模塊比較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不可能第一步就進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。在進(jìn)行硬件功能調(diào)試以前，先對(duì)硬件電路調(diào)試和檢查。首先要檢查電路板，看看電路板即斷開(kāi)電源，再次進(jìn)行電路檢查，糾正錯(cuò)誤。直到電路各器件在上電工作情況下無(wú)異常反應(yīng)。確保電路設(shè)計(jì)正確后，進(jìn)行分模塊調(diào)試。5.2.1驅(qū)動(dòng)電路及動(dòng)力系統(tǒng)22334565678122334565678圖5-1EN1IN1IN4OUT1OUT4GNDGNDGNDOUT3OUT2OUT3IN2IN39VCC2EN29EN1IN1IN4GNDGNDGNDGND驅(qū)動(dòng)電路是巡線(xiàn)機(jī)器人控制系統(tǒng)中非常重要的部分，這部分如果不能正常工作，巡線(xiàn)機(jī)器人也就失去了應(yīng)有的意義。驅(qū)動(dòng)電路模塊調(diào)試連接方法如圖5-1所示。因?yàn)檫@部分電路用到7.2V的直流電，調(diào)試時(shí)一定要注意，待所有的線(xiàn)路連圖5-2PWM波形圖此系統(tǒng)調(diào)試將用單獨(dú)的巡線(xiàn)程序進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試時(shí)，巡線(xiàn)軌道也應(yīng)設(shè)計(jì)好，若機(jī)器人可以沿軌道完成直線(xiàn)及曲線(xiàn)行駛，則此系統(tǒng)調(diào)試成功，否則調(diào)整傳感器位置或巡線(xiàn)軌道形狀。6結(jié)論朱濤.基于STC89C52單片機(jī)的智能循跡小車(chē)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2011（31）:7751-7753+7758.報(bào),2010（05）:1232-1236.張梅美,孫鳳英.自動(dòng)循跡搬運(yùn)車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2013（01）:111-114.JuanCortés,ThierrySiméon.DISASSEMBLYPATHPLANNINGFOROBJECTSWITHARTICULATEDPARTS[J].IFACProceedingsVolumes,20：002.附錄1電路原理圖附錄1電路原理圖J川196阿P3.門(mén)145U路P0P.34P2.BVVSREST+CIGND4CtC電源開(kāi)關(guān)REST9四2P2.1(A9)2211一10"WcvEm2VO10CVPC22P 峰鳴器峰鳴器OOV4.X98D=2=2nX2M16VCCENLVCC3iNDGNDGiNDT6OTT10P16N2IN39C2EN28巡線(xiàn)系統(tǒng)附錄2PCB覆銅3D新農(nóng)大