ch07綜合比賽項目-“機器人高鐵游中國”比賽

綜合比賽項目——“機器人高鐵游中國”比賽新工科建設(shè)之路·機器人技術(shù)與應(yīng)用系列應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)機器人制作與開發(fā)(單片機技術(shù)及應(yīng)用)(第2版)第七章01采用RFID讀卡器讀取RFID卡號采用RFID讀卡器讀取RFID卡號本章使用的RFID讀卡器如圖7.2所示。該讀卡器具有以下特點。①可低功耗讀取無源RFID卡（標簽卡）。②采用串口，波特率為9600bit/s。③輸入Oxab時，允許啟用軟件。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號該讀卡器只能讀取EM4100無源電子標簽卡，這些電子標簽卡屬于只讀系列125kHz標簽卡，每個標簽卡包含一個唯一的標識符（ID）。RFID讀卡器在讀到ID后，通過串口將其傳輸給單片機或其他信息處理設(shè)備。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號當(dāng)RFID讀卡器開始工作，并且RFID標簽在其有效讀取的范圍內(nèi)時，其將唯一的ID以l4字節(jié)的十六進制ID和1字節(jié)的校驗碼的方式發(fā)送給主機。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號采用RFID讀卡器讀取RFID卡號發(fā)送信息的格式如表7.1所示。單片機在接收RFID讀卡器發(fā)回的信息時，校驗碼有助于識別正確的接收信息。前面4字節(jié)是實際標簽卡的唯一ID，最后1字節(jié)是校驗碼。例如，1個標簽卡的有效ID是008e3dc6（0009321926），將按照如下位來發(fā)送：0x00，0x8e，0x3d，0xc6，0x75。所有的通信都傳送8個數(shù)據(jù)位（無校驗位）、1個停止位，從最低位開始。RFID讀卡器串口通信波特率固定為9600bit/s。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號當(dāng)RFID讀卡器上電且單片機TX端口給模塊發(fā)一次啟動信號時，RFID讀卡器進入一次有效狀態(tài)，驅(qū)動天線查詢標簽卡。該模塊處于活動狀態(tài)，電流消耗會增加。當(dāng)標簽卡面對天線且在RFID天線區(qū)域的正前方，保證距離不超過5cm時，RFID讀卡器即可正常讀取標簽卡信息。在復(fù)雜電磁環(huán)境中，建議在讀取標簽卡信息過程中增加1s間隔，避免由于電磁噪聲導(dǎo)致誤讀發(fā)生。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號RFID讀卡器接口特性采用RFID讀卡器讀取RFID卡號在Vcc=5V，Ta=25℃時，RFID讀卡器的直流特性如表7.2所示。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號RFID讀卡器僅用4個引腳（Vec，TX，RX，GND），4個引腳的說明如表7.3所示。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號引腳排列如圖7.3所示。RFID讀卡器的安裝和電路連接RFID讀卡器的安裝本任務(wù)需要將RFID讀卡器安裝到機器人的前端，安裝RFID讀卡器所需的配件包括：RFID讀卡器1個、M3×20單通銅螺柱1個、開槽連接桿件1個、4-Pin杜邦線1條、螺釘和螺母若干、導(dǎo)線若干。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號采用RFID讀卡器讀取RFID卡號在安裝RFID讀卡器所需的機械配件中，M3×20單通銅螺柱和開槽連接桿件分別如圖7.4和圖7.5所示。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號采用RFID讀卡器讀取RFID卡號用連接件和連接桿將RFID讀卡器固定于機器人的前端，具體的安裝方式如圖7.6和圖7.7所示。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號采用RFID讀卡器讀取RFID卡號RFID讀卡器各引腳與C51教學(xué)板的連接方式如表7.4所示。RFID讀卡器讀取標簽卡信息程序程序設(shè)計先將RFID讀卡器安裝在機器人的底部中心，并將RFID讀卡器與C51教學(xué)板連接好，接著編寫一個用RFID讀卡器讀取標簽卡信息的程序。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號該程序要完成如下功能。①驅(qū)動RFID讀卡器，使RFID讀卡器正常工作。②讀取標簽卡信息，并在PC上顯示標簽卡ID的后5位。溫濕度傳感器與溫濕度測量第2行置RFID串口初始化函數(shù)，此時RFID讀卡器處于上電待機狀態(tài)；第3行清除模擬串口定時器等待時間的標志；第4~6行是初始化定時器寄存器設(shè)置，并設(shè)定定時器的定時/計數(shù)模式。程序先進入第一個循環(huán)，再進入第二個循環(huán)。在第二個循環(huán)中不斷給RFID讀卡器發(fā)送0xab，同時判斷串口中斷接收標志RI是否為1，若標志RI為1，則RFID讀卡器讀取標簽卡信息成功，結(jié)束Oxab發(fā)送；若標志RI為0，則RFID讀卡器未讀取標簽卡信息或讀取失敗，繼續(xù)發(fā)送Oxab。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號在發(fā)送成功后進入RFID數(shù)據(jù)解析函數(shù)GetUIDQ，進入判斷語句對標簽卡信息進行處理，并將標簽卡ID的后5位顯示在PC上，否則循環(huán)執(zhí)行之前的操作。程序編譯并下載到安裝好RFID讀卡器的機器人上，打開C51教學(xué)板電源開關(guān)，并用串口線將C51教學(xué)板與PC連接起來，打開串口調(diào)試助手，查看當(dāng)標簽卡放置在RFID讀卡器上方時顯示在PC上的數(shù)字信息。采用RFID讀卡器讀取RFID卡號采用RFID讀卡器讀取RFID卡號圖7.8所示為PC接收到的機器人讀取的標簽卡信息。02利用語音芯片播報景點WT588D是一款功能強大的可重復(fù)擦寫的語音芯片。配備WT588DVoiceChip上位機操作軟件，用于修改WT588D語音芯片的控制模式，并把信息下載到SPI-Flash上。該軟件操作簡單易懂，融合了語音組合技術(shù)，大大減少了語音編輯的時間，且完全支持在線下載，即便是在WT588D通電的情況下，仍然可以通過下載器給關(guān)聯(lián)的SPI-Flash下載信息。更多WT588D語音芯片的知識讀者可查閱相關(guān)資料學(xué)習(xí)。本任務(wù)使用的WT588D語音芯片采用16Pin封裝方式利用語音芯片播報景點WT588D語音芯片介紹利用語音芯片播報景點其引腳圖如圖7.9所示。WT588D語音芯片功能概述WT588D語音芯片的控制模式有MP3控制模式、按鍵控制模式、3×8按鍵組合控制模式、并口控制模式、一線串口控制模式和三線串口控制模式。利用語音芯片播報景點①MP3控制模式。MP3控制模式下的功能有播放/暫停、停止、上一曲、下一曲、音量+、音量-。②按鍵控制模式。③3×8按鍵組合控制模式。在3×8按鍵組合控制模式下該芯片能以脈沖可重復(fù)觸發(fā)的方式觸發(fā)24個地址位語音，所觸發(fā)地址位語音可在0~219之間設(shè)置。利用語音芯片播報景點④并口控制模式。并口控制模式最多可用8個I/O端口進行控制。⑤一線串口控制模式。一線串口控制模式可通過發(fā)碼端控制語音播放、停止、循環(huán)播放和音量大小，或者直接觸發(fā)0~219地址位的任意語音，發(fā)碼時間為600~2000μs。⑥三線串口控制模式。利用語音芯片播報景點本任務(wù)使用的語音模塊是WTW500-16，對于WTW500-16語音模塊來說，其可實現(xiàn)的控制模式有按鍵控制模式、MP3控制模式、一線串口控制模式和三線串口控制模式。而并口控制模式、3×8按鍵組合控制模式對WTW500-16語音模塊來說是無效的。利用語音芯片播報景點利用語音芯片播報景點WTW500-16語音模塊各引腳與WT588D相同，引腳的說明如表7.5所示。本任務(wù)控制WTW500-16語音模塊的模式是三線串口控制模式，三線串口控制模式由3條通信線組成，分別是片選線CS（P02）、數(shù)據(jù)線DATA（P01）和時鐘線CLK（P03），時序根據(jù)標準SPI通信方式確定。通過三線串口可以實現(xiàn)語音芯片的命令控制和語音播放功能。利用語音芯片播報景點利用語音芯片播報景點表7.6和表7.7為語音命令對應(yīng)表和語音地址對應(yīng)關(guān)系表。利用語音芯片播報景點語音芯片三線控制時序三線串口控制模式由CS（片選）、CLK（時鐘）和DATA（數(shù)據(jù)）引腳組成，時序仿照標準SPI通信方式，復(fù)位信號在發(fā)碼前先拉低1~5ms，然后拉高等待17ms，在工作時RESET需要一直保持高電平。片選信號CS拉低2~10ms以喚醒WT588D語音芯片，先接收數(shù)據(jù)低位，在時鐘的上升沿接收數(shù)據(jù)。時鐘周期在100μs~2ms之間，推薦使用300μs。利用語音芯片播報景點語音芯片三線控制時序在數(shù)據(jù)成功接收后，語音播放忙信號BUSY和輸出語音信號在20ms之后做出響應(yīng)。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時先發(fā)送低位，再發(fā)送高位，無須先發(fā)送命令碼再發(fā)送指令。D0~D7表示一個地址或者命令數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中的0x00~0xdb為地址指令，0xe0~0xe7為音量調(diào)節(jié)命令，0xf2為循環(huán)播放命令，Oxfe為停止播放命令，Oxf5為進入三線串口控制I/O端口擴展輸出命令，Oxf6為退出三線串口控制I/O端口擴展輸出命令。利用語音芯片播報景點利用語音芯片播報景點圖7.10所示為三線控制時序圖。利用語音芯片播報景點語音芯片在三線控制模式下與C51教學(xué)板的電路連接方式如表7.8所示。03實現(xiàn)“機器人高鐵游中國”比賽任務(wù)實現(xiàn)“機器人高鐵游中國”比賽任務(wù)機器人安裝完成正面圖和底部圖分別如圖7.11和圖7.12所示。實現(xiàn)“機器人高鐵游中國”比賽任務(wù)實現(xiàn)“機器人高鐵游中國”比賽任務(wù)機器人安裝完成的側(cè)面圖和頂部圖分別如圖7.13和圖7.14所示。實現(xiàn)“機器人高鐵游中國”比賽任務(wù)實現(xiàn)“機器人高鐵游中國”比賽任務(wù)為了方便讀者查閱，這里將8個QTI傳感器、RFID讀卡器、語音芯片與C51教學(xué)板的引腳連接方式一起列出（部分為重復(fù)列出），如表7.9~表7.11所示。實現(xiàn)“機器人高鐵游中國”比賽任務(wù)實現(xiàn)“機器人高鐵游中國”比賽任務(wù)實現(xiàn)“機器人高鐵游中國”比賽任務(wù)機器人循線移動策略如表7.12所示。實現(xiàn)“機器人高鐵游中國”比賽任務(wù)根據(jù)QTI傳感器返回的數(shù)據(jù)判斷機器人所處的當(dāng)前位置的方法如表7.13所示?！皺C器人高鐵游中國”算法說明本程序使用的算法是基于數(shù)字地圖的向量分析法，讀者如果第一次接觸該算法，可以多次閱讀和思考該算法的思路。實現(xiàn)“機器人高鐵游中國”比賽任務(wù)“機器人高鐵游中國”程序的流程如下：機器人從起點長沙出發(fā)，先播報長沙城市名。再朝廣州方向循線運動，到達廣州后機器人啟動RFID讀卡器讀取標簽卡信息。將讀取到的信息與第3列存儲28個城市的標簽卡信息），在找到與之相對的城市后讀取該城市的坐標值。先通過城市播報路徑數(shù)組Travelitinerary獲知該城市是否為播報城市，再通過機器人移動路徑數(shù)組path獲取上次經(jīng)過的城市長沙的坐標，以及下一個將要去的城市—一深圳的坐標。實現(xiàn)“機器人高鐵游中國”比賽任務(wù)本任務(wù)控制WTW500-16語音模塊的模式是三線串口控制模式，三線串口控制模式由3條通信線組成，分別是片選線CS（P02）、數(shù)據(jù)線DATA（P01）和時鐘線CLK（P03），時序根據(jù)標準SPI通信方式確定。通過三線串口可以實現(xiàn)