智能機器人報告

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1、 智能機器人創(chuàng)新實踐報告 ——循跡小車 學 院 自動化科學與工程學院 學生姓名 陳志亮 學生學號 201130610255 指導教師 陳安 提交日期 年 月 日 1 / 18 前言 本文主要介紹了一種簡單的尋線小車的制作方法，下文將介紹設計過程中的各個細節(jié)，遇到的問題，設計步驟，硬件組成，軟件設計原理。 考慮到時間和硬件精度問題，我們這組的尋線小車的各個組成部分均在網(wǎng)上購買而來。主要包括了2

2、輪驅動的智能小車底盤，直流電機驅動模塊，四路紅外對管尋線模塊，51單片機最小系統(tǒng)板。尋線小車是以智能小車底盤為基礎，各部分的元器件通過螺絲固定在底盤上，形成一個小車的基本硬件模型。 本組的智能小車采用4路紅外對管尋線模塊進行判斷是否轉彎，例如：當最左邊的紅外對管檢測到黑線的時候，小車進行“轉直角”，即左邊的輪子后退，右邊的輪子前進。從而修正小車的前進方向。 小車主要由四部分組成，分別是單片機芯片部分，傳感器部分，電機驅動部分和電源部分。四部分協(xié)調工作，實現(xiàn)小車的前進，轉彎的動作。 下面正文部分將介紹小車的各個元器件的功能，組成，驅動原理和控制系統(tǒng)設計等必要的敘述，詳細說明本組設計的思想。

3、 一、 硬件部分 我負責的是硬件部分，以下是硬件部分的相關說明，包括硬件總體結構，各部分器件的構造，原理，作用以及安裝搭建硬件時遇到的一些問題以及對應解決方法。 1、 系統(tǒng)總框圖： 電機 電機驅動 90C51 紅外對管檢測模塊 電源驅動 本組的智能小車主要包括了四個模塊：分別是STC 90C516RD+主控模塊，四路紅外對管檢測模塊，電源模塊和電機驅動模塊。 STC 90C516RD+主控模塊是智能

4、小車的控制部分，相當于人的大腦。它接收四路紅外對管檢測模塊發(fā)出的信號，分析信號從而判斷小車將要采取的下一步動作，再輸出控制信號給電機驅動模塊，進而控制電機的運轉，從而控制小車的前進方向。 四路紅外對管檢測模塊是檢測和傳感模塊，相當于小車的眼睛，在小車前進的過程中，紅外對管感應路面的光線，將光線信號轉換為對應電信號傳送給主控模塊進行判斷，輔助主控模塊對電機驅動模塊進行控制，從而控制電機的運轉。 電機驅動模塊，接受單片機發(fā)出的信號并作出相應動作，相當于整個控制系統(tǒng)的“肌肉”，實際上因為單片機輸出的信號太小，控制信號必須經(jīng)過驅動模塊放大，然后再驅動電機。 電源模塊，在電源方面我們是直接采用US

5、B接口供電，以達到不需頻繁更換電池的目的。 2、 各部分元件說明： 1) STC 90C516RD+主控模塊 STC 90C516RD+主控模塊是智能小車的控制部分，相當于人的大腦。它接收四路紅外對管檢測模塊發(fā)出的信號，分析信號從而判斷小車將要采取的下一步動作，再輸出控制信號給電機驅動模塊，進而控制電機的運轉，從而控制小車的前進方向。 2) 四路紅外對管檢測模塊 四路紅外對管檢測模塊是檢測和傳感模塊，相當于小車的眼睛，在小車前進的過程中，紅外對管感應路面的光線，將光線信號轉換為對應電信號傳送給主控模塊進行判斷，輔助主控模塊對電機驅動模塊進行控

6、制，從而控制電機的運轉。 中控板： 簡介： 此模塊是為智能小車、機器人等自動化機械裝置提供一種多用途的紅外線探測系統(tǒng)的解決方案。使用紅外線發(fā)射和接收管等分立元件組成探頭，并使用LM339電壓比較器作為核心器件構成中控電路。此系統(tǒng)具有的多種探測功能能極大的滿足各種自動化、智能化的小型系統(tǒng)的應用。 3) 電機驅動模塊 電機驅動模塊，接受單片機發(fā)出的信號并作出相應動作，相當于整個控制系統(tǒng)的“肌肉”，實際上因為單片機輸出的信號太小，控制信號必須經(jīng)過驅動模塊放大，然后再驅動電機。 L9110特點： 低靜態(tài)工作電流； 寬電源電壓范圍：2.5V-12V； 每通

7、道具有 800mA 連續(xù)電流輸出能力； 較低的飽和壓降； TTL/CMOS 輸出電平兼容，可直接連CPU； 輸出內置鉗位二極管，適用于感性負載； 控制和驅動集成于單片 IC 之中； 具備管腳高壓保護功能； 工作溫度：0℃-80℃。 輸入輸出的邏輯關系： 典型應用電路： 4) 電源模塊： 本組電源模塊采用移動電源USB接口進行供電，避免了采用電池組供電的電壓不足，電源輸出電壓不穩(wěn)定，結構臃腫，頻繁更換電池等問題，從而簡化了系統(tǒng)，提高了工作效率。 5) 底板 底板是所有部件的載體，其規(guī)格如下： 總體結構圖： 3、 硬件安裝搭建時遇

8、到的困難及解決方法： 1) 各部分硬件元件的安裝布局問題： 由于底板的容量有限，在安裝各部分硬件元件時應當先對布局作出整體的構思，然后再動手安裝。剛開始時由于構思不成熟和經(jīng)驗不足導致了布局紊亂以及安裝不穩(wěn)等問題，后來經(jīng)過反復討論及多次嘗試安裝才理清思路，安裝完成。我們花時間認真讀懂了說明書，了解各個元器件的作用，又從網(wǎng)上收集了一些資料，經(jīng)過各個組員的討論，最終成功搭建了硬件的安裝結構。 2) 四路紅外對管檢測模塊與中控板LM339的連接問題； 首先是對四個紅外對管檢測模塊與中控板的四組接口的測試，開始時是采用隨機配對方式，結果發(fā)現(xiàn)這樣做不容易理清思路，會使后面的編程陷入紊亂；后來經(jīng)

9、過硬件與軟件的結合以及系統(tǒng)的簡化，將四個紅外對管檢測模塊按順序一一接到中控板的四組接口。 3) STC 90C516RD+主控模塊與電機驅動單元的連接問題； 開始時采用主控板的P1接口，發(fā)現(xiàn)電機不能按預定的規(guī)則進行運轉，后來經(jīng)過查閱相關資料以及詢問，討論，發(fā)現(xiàn)P1口無對應上拉電阻，不能輸出高電平控制電機驅動單元；于是改用P0接口，有效地避免了前述問題。 二、軟件設計部分 （1） 流程圖 開始 初始化 N 2、3燈檢測到黑線 1、4燈檢測到黑線 Y 有檢測到黑線嗎 直走 N 小左轉 小右轉

10、 2燈檢測到黑線 N 大右轉 大左轉 Y 1燈檢測到黑線 Y （二）軟件程序 #include #include #define uint unsigned int sbit l1= P2^0; //四路尋跡模塊接口第一路 sbit l2= P2^1; //四路尋跡模塊接口第二路 sbit r1= P2^2; //四路尋跡模塊接口第三路 sbit r2= P2^3; //四路尋跡模塊接口第四路 sbit IN12=P0^5;//左馬達 sbit IN11=P0^4; sbit IN22=P0^3;//右馬達

11、 sbit IN21=P0^2; int f1,f2; //標志位 int m; #define Left_moto_go {IN11=1,IN12=0;} //左輪前進 #define Left_moto_back {IN11=0,IN12=1;}// 左輪后退 #define Left_moto_stp {IN11=0,IN12=0;}//左輪停止 #define Right_moto_go {IN21=1,IN22=0;}//右輪前進 #define Right_moto_back {IN21=0,IN22=1;}//右輪后退 #define Righ

12、t_moto_stp {IN21=0,IN22=0;}//右輪停止 void delay(uint k) //延時函數(shù) { uint x,y; for(x=0;x

13、; //調節(jié)轉速 } void back(void) //后退函數(shù) { Left_moto_back; Right_moto_back; delay(20); //調節(jié)轉速 Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(100); //調節(jié)轉速 } void left() //左電機不動，右電機前進 { Left_moto_stp; Right

14、_moto_go; delay(10); Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(40); } void right() //左電機前進，右電機不動 { Left_moto_go; Right_moto_stp; delay(10); Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(40); } void stop() { Left_moto_stp;

15、 Right_moto_stp; delay(10); Left_moto_go; Right_moto_go; delay(0); } void bigright() //左電機前進，右電機后退 { Left_moto_go; Right_moto_back; delay(10); Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(20); } void bigleft() //左電機后退，右電機前進

16、 { Left_moto_back; Right_moto_go; delay(10); Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(20); } void main() { IN11=0; IN12=0; IN21=0; IN22=0; f1=0; f2=0; while(1) { if(f1==0&&f2==0) { if(l1==0

17、&&l2==0&&r1==0&r2==0) { m=0; } } if(l2) { m=1; f1=0; f2=0; } if(r1) { m=2; f1=0; f2=0; }

18、 if(l1||f1==1) { m=3; f1=1; } if(r2||f2==1) { m=4; f2=1; } switch(m) { case 0: run(); break;

19、 case 1: left(); break; case 2: right(); break; case 3: bigleft(); break; case 4:

20、 bigright(); break; default : break; } } （三）程序說明 1. 直走實現(xiàn)：左右輪子同時前進，在實際調試過程中發(fā)現(xiàn)，當沒有調速的時候，車速過快，導致轉彎的時候效果不理想，所以在寫程序的時候特意加上了調速部分，主要通過調節(jié)占空比實現(xiàn)，具體實現(xiàn)如下： void run() //前進函數(shù) { Left_moto_go;

21、 Right_moto_go; delay(30); //調節(jié)轉速 Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(10); //調節(jié)轉速 } 經(jīng)過多次的調試，我們得到了本組小車最好的占空比為3：1，既保持了速度上有一定的優(yōu)勢，也保證了轉彎的時候能夠順利完成。上面程序的占空比為3:1，通過調節(jié)占空比可以調節(jié)轉速。 2. 左轉實現(xiàn)：通過使左輪停止，右輪前進的方法，可以實現(xiàn)左轉的功能，同時也要注意占空比的選擇，個人認為占空比比前進函數(shù)中的占空比小為好。因為如

22、果占空比太大的話，很容易就超出軌道的范圍，具體實現(xiàn)如下： void left() //左電機不動，右電機前進 { Left_moto_stp; Right_moto_go; delay(10); Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(40); } 現(xiàn)在左轉的右輪轉速占空比為1:4，比前進時的輪子轉速占空比大為降低，但是在實際調試的時候車子在轉彎的時候總有一點點的小停頓，這是不完美的地方之一。 3. 右轉實現(xiàn)：通過使左輪前進，右輪停止的方法，

23、可以實現(xiàn)右轉的功能，其他同左轉。 4. 左轉直角實現(xiàn)：其實左轉直角的實現(xiàn)也可以直接用左轉的程序，但是考慮到節(jié)省時間，我們可以這樣來做：左輪后退，右輪前進，這樣的轉彎速度更快，具體實現(xiàn)如下： void bigleft() //左電機后退，右電機前進 { Left_moto_back; Right_moto_go; delay(10); Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(20); } 5. 右轉直角實現(xiàn)：跟左轉直角類似，左輪前進，右輪后退。 6. 具體工作過程：

24、開機的時候，四路紅外對管檢測模塊全部檢測到白板，所以小車前進。理想的情況是小車前進的時候一直走直線，但是由于車輪形狀不完全一樣等等原因，小車前進時方向跟前進方向有一定的偏離。 當2燈檢測到黑線的時候，返回高電平給單片機，單片機給電機驅動模塊發(fā)出指令，實現(xiàn)左轉，當左轉到一定的角度時，四路紅外對管有檢測到都是白板，繼續(xù)前進。 當3燈檢測到黑線的時候，返回高電平給單片機，單片機給電機驅動模塊發(fā)出指令，實現(xiàn)右轉，當右轉到一定的角度時，四路紅外對管有檢測到都是白板，繼續(xù)前進。 當1燈檢測到黑線的時候，說明線路（只針對特定線路）上左方有直角，單片機判斷要進行左轉直角的動作，從而發(fā)命令給驅動模塊，實現(xiàn)左轉直角，一直到3燈檢測到黑線說明已經(jīng)成功轉了90度，則再次執(zhí)行右轉動作。 當4燈檢測到黑線的時候，說明前進方向的右邊有直角出現(xiàn)，所以單片機判斷要進行右轉，從而控制驅動模塊實現(xiàn)右轉直角，一直到2燈檢測到黑線，說明右轉直角成功，再次執(zhí)行左轉動作。 [在此處鍵入]