智能機(jī)器人報(bào)告

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1、 智能機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐報(bào)告 ——循跡小車 學(xué) 院 自動(dòng)化科學(xué)與工程學(xué)院 學(xué)生姓名 陳志亮 學(xué)生學(xué)號(hào) 201130610255 指導(dǎo)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(jiǎn)單的尋線小車的制作方法，下文將介紹設(shè)計(jì)過(guò)程中的各個(gè)細(xì)節(jié)，遇到的問(wèn)題，設(shè)計(jì)步驟，硬件組成，軟件設(shè)計(jì)原理。 考慮到時(shí)間和硬件精度問(wèn)題，我們這組的尋線小車的各個(gè)組成部分均在網(wǎng)上購(gòu)買而來(lái)。主要包括了2

2、輪驅(qū)動(dòng)的智能小車底盤(pán)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，四路紅外對(duì)管尋線模塊，51單片機(jī)最小系統(tǒng)板。尋線小車是以智能小車底盤(pán)為基礎(chǔ)，各部分的元器件通過(guò)螺絲固定在底盤(pán)上，形成一個(gè)小車的基本硬件模型。 本組的智能小車采用4路紅外對(duì)管尋線模塊進(jìn)行判斷是否轉(zhuǎn)彎，例如：當(dāng)最左邊的紅外對(duì)管檢測(cè)到黑線的時(shí)候，小車進(jìn)行“轉(zhuǎn)直角”，即左邊的輪子后退，右邊的輪子前進(jìn)。從而修正小車的前進(jìn)方向。 小車主要由四部分組成，分別是單片機(jī)芯片部分，傳感器部分，電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分和電源部分。四部分協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)，轉(zhuǎn)彎的動(dòng)作。 下面正文部分將介紹小車的各個(gè)元器件的功能，組成，驅(qū)動(dòng)原理和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等必要的敘述，詳細(xì)說(shuō)明本組設(shè)計(jì)的思想。

3、 一、 硬件部分 我負(fù)責(zé)的是硬件部分，以下是硬件部分的相關(guān)說(shuō)明，包括硬件總體結(jié)構(gòu)，各部分器件的構(gòu)造，原理，作用以及安裝搭建硬件時(shí)遇到的一些問(wèn)題以及對(duì)應(yīng)解決方法。 1、 系統(tǒng)總框圖： 電機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 90C51 紅外對(duì)管檢測(cè)模塊 電源驅(qū)動(dòng) 本組的智能小車主要包括了四個(gè)模塊：分別是STC 90C516RD+主控模塊，四路紅外對(duì)管檢測(cè)模塊，電源模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。 STC 90C516RD+主控模塊是智能

4、小車的控制部分，相當(dāng)于人的大腦。它接收四路紅外對(duì)管檢測(cè)模塊發(fā)出的信號(hào)，分析信號(hào)從而判斷小車將要采取的下一步動(dòng)作，再輸出控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而控制小車的前進(jìn)方向。 四路紅外對(duì)管檢測(cè)模塊是檢測(cè)和傳感模塊，相當(dāng)于小車的眼睛，在小車前進(jìn)的過(guò)程中，紅外對(duì)管感應(yīng)路面的光線，將光線信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)電信號(hào)傳送給主控模塊進(jìn)行判斷，輔助主控模塊對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行控制，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，接受單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)并作出相應(yīng)動(dòng)作，相當(dāng)于整個(gè)控制系統(tǒng)的“肌肉”，實(shí)際上因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的信號(hào)太小，控制信號(hào)必須經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊放大，然后再驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 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(dá)到不需頻繁更換電池的目的。 2、 各部分元件說(shuō)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(dāng)于人的大腦。它接收四路紅外對(duì)管檢測(cè)模塊發(fā)出的信號(hào)，分析信號(hào)從而判斷小車將要采取的下一步動(dòng)作，再輸出控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而控制小車的前進(jìn)方向。 2) 四路紅外對(duì)管檢測(cè)模塊 四路紅外對(duì)管檢測(cè)模塊是檢測(cè)和傳感模塊，相當(dāng)于小車的眼睛，在小車前進(jìn)的過(guò)程中，紅外對(duì)管感應(yīng)路面的光線，將光線信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)電信號(hào)傳送給主控模塊進(jìn)行判斷，輔助主控模塊對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行控

6、制，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 中控板： 簡(jiǎn)介： 此模塊是為智能小車、機(jī)器人等自動(dòng)化機(jī)械裝置提供一種多用途的紅外線探測(cè)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(gòu)成中控電路。此系統(tǒng)具有的多種探測(cè)功能能極大的滿足各種自動(dòng)化、智能化的小型系統(tǒng)的應(yīng)用。 3) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，接受單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)并作出相應(yīng)動(dòng)作，相當(dāng)于整個(gè)控制系統(tǒng)的“肌肉”，實(shí)際上因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的信號(hào)太小，控制信號(hào)必須經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊放大，然后再驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 L9110特點(diǎn)： 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(nèi)置鉗位二極管，適用于感性負(fù)載； 控制和驅(qū)動(dòng)集成于單片 IC 之中； 具備管腳高壓保護(hù)功能； 工作溫度：0℃-80℃。 輸入輸出的邏輯關(guān)系： 典型應(yīng)用電路： 4) 電源模塊： 本組電源模塊采用移動(dòng)電源USB接口進(jìn)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(jié)構(gòu)臃腫，頻繁更換電池等問(wèn)題，從而簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)圖： 3、 硬件安裝搭建時(shí)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(wèn)題： 由于底板的容量有限，在安裝各部分硬件元件時(shí)應(yīng)當(dāng)先對(duì)布局作出整體的構(gòu)思，然后再動(dòng)手安裝。剛開(kāi)始時(shí)由于構(gòu)思不成熟和經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致了布局紊亂以及安裝不穩(wěn)等問(wèn)題，后來(lái)經(jīng)過(guò)反復(fù)討論及多次嘗試安裝才理清思路，安裝完成。我們花時(shí)間認(rèn)真讀懂了說(shuō)明書(shū)，了解各個(gè)元器件的作用，又從網(wǎng)上收集了一些資料，經(jīng)過(guò)各個(gè)組員的討論，最終成功搭建了硬件的安裝結(jié)構(gòu)。 2) 四路紅外對(duì)管檢測(cè)模塊與中控板LM339的連接問(wèn)題； 首先是對(duì)四個(gè)紅外對(duì)管檢測(cè)模塊與中控板的四組接口的測(cè)試，開(kāi)始時(shí)是采用隨機(jī)配對(duì)方式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這樣做不容易理清思路，會(huì)使后面的編程陷入紊亂；后來(lái)經(jīng)

9、過(guò)硬件與軟件的結(jié)合以及系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，將四個(gè)紅外對(duì)管檢測(cè)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(jī)驅(qū)動(dòng)單元的連接問(wèn)題； 開(kāi)始時(shí)采用主控板的P1接口，發(fā)現(xiàn)電機(jī)不能按預(yù)定的規(guī)則進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，后來(lái)經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料以及詢問(wèn)，討論，發(fā)現(xiàn)P1口無(wú)對(duì)應(yīng)上拉電阻，不能輸出高電平控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元；于是改用P0接口，有效地避免了前述問(wèn)題。 二、軟件設(shè)計(jì)部分 （1） 流程圖 開(kāi)始 初始化 N 2、3燈檢測(cè)到黑線 1、4燈檢測(cè)到黑線 Y 有檢測(cè)到黑線嗎 直走 N 小左轉(zhuǎn) 小右轉(zhuǎn)

10、 2燈檢測(cè)到黑線 N 大右轉(zhuǎn) 大左轉(zhuǎn) Y 1燈檢測(cè)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(dá) sbit IN11=P0^4; sbit IN22=P0^3;//右馬達(dá)

11、 sbit IN21=P0^2; int f1,f2; //標(biāo)志位 int m; #define Left_moto_go {IN11=1,IN12=0;} //左輪前進(jìn) #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(jìn) #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(shí)函數(shù) { uint x,y; for(x=0;x

13、; //調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 } void back(void) //后退函數(shù) { Left_moto_back; Right_moto_back; delay(20); //調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(100); //調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 } void left() //左電機(jī)不動(dòng)，右電機(jī)前進(jìn) { Left_moto_stp; Right

14、_moto_go; delay(10); Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(40); } void right() //左電機(jī)前進(jìn)，右電機(jī)不動(dòng) { 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(jī)前進(jìn)，右電機(jī)后退 { Left_moto_go; Right_moto_back; delay(10); Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(20); } void bigleft() //左電機(jī)后退，右電機(jī)前進(jìn)

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(shuō)明 1. 直走實(shí)現(xiàn)：左右輪子同時(shí)前進(jìn)，在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沒(méi)有調(diào)速的時(shí)候，車速過(guò)快，導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎的時(shí)候效果不理想，所以在寫(xiě)程序的時(shí)候特意加上了調(diào)速部分，主要通過(guò)調(diào)節(jié)占空比實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)如下： void run() //前進(jìn)函數(shù) { Left_moto_go;

21、 Right_moto_go; delay(30); //調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(10); //調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 } 經(jīng)過(guò)多次的調(diào)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(shì)，也保證了轉(zhuǎn)彎的時(shí)候能夠順利完成。上面程序的占空比為3:1，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 2. 左轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)：通過(guò)使左輪停止，右輪前進(jìn)的方法，可以實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)的功能，同時(shí)也要注意占空比的選擇，個(gè)人認(rèn)為占空比比前進(jìn)函數(shù)中的占空比小為好。因?yàn)槿?/p>

22、果占空比太大的話，很容易就超出軌道的范圍，具體實(shí)現(xiàn)如下： void left() //左電機(jī)不動(dòng)，右電機(jī)前進(jìn) { Left_moto_stp; Right_moto_go; delay(10); Left_moto_stp; Right_moto_stp; delay(40); } 現(xiàn)在左轉(zhuǎn)的右輪轉(zhuǎn)速占空比為1:4，比前進(jìn)時(shí)的輪子轉(zhuǎn)速占空比大為降低，但是在實(shí)際調(diào)試的時(shí)候車子在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候總有一點(diǎn)點(diǎn)的小停頓，這是不完美的地方之一。 3. 右轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)：通過(guò)使左輪前進(jìn)，右輪停止的方法，

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

24、開(kāi)機(jī)的時(shí)候，四路紅外對(duì)管檢測(cè)模塊全部檢測(cè)到白板，所以小車前進(jìn)。理想的情況是小車前進(jìn)的時(shí)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(jìn)時(shí)方向跟前進(jìn)方向有一定的偏離。 當(dāng)2燈檢測(cè)到黑線的時(shí)候，返回高電平給單片機(jī)，單片機(jī)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)，當(dāng)左轉(zhuǎn)到一定的角度時(shí)，四路紅外對(duì)管有檢測(cè)到都是白板，繼續(xù)前進(jìn)。 當(dāng)3燈檢測(cè)到黑線的時(shí)候，返回高電平給單片機(jī)，單片機(jī)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)，當(dāng)右轉(zhuǎn)到一定的角度時(shí)，四路紅外對(duì)管有檢測(cè)到都是白板，繼續(xù)前進(jìn)。 當(dāng)1燈檢測(cè)到黑線的時(shí)候，說(shuō)明線路（只針對(duì)特定線路）上左方有直角，單片機(jī)判斷要進(jìn)行左轉(zhuǎn)直角的動(dòng)作，從而發(fā)命令給驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)直角，一直到3燈檢測(cè)到黑線說(shuō)明已經(jīng)成功轉(zhuǎn)了90度，則再次執(zhí)行右轉(zhuǎn)動(dòng)作。 當(dāng)4燈檢測(cè)到黑線的時(shí)候，說(shuō)明前進(jìn)方向的右邊有直角出現(xiàn)，所以單片機(jī)判斷要進(jìn)行右轉(zhuǎn)，從而控制驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)直角，一直到2燈檢測(cè)到黑線，說(shuō)明右轉(zhuǎn)直角成功，再次執(zhí)行左轉(zhuǎn)動(dòng)作。 [在此處鍵入]