智能機(jī)器人報(bào)告

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 201130610255 指導(dǎo)教師 陳安 提交日期 年 月 日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(shè)計(jì)過程中的各個(gè)細(xì)節(jié)，遇到的問題，設(shè)計(jì)步驟，硬件組成，軟件設(shè)計(jì)原理。考慮到時(shí)間和硬件精度問題，我們這組的尋線小車的各個(gè)組成部分均在網(wǎng)上購買而來。主要包括了2輪驅(qū)動(dòng)的智能小車底盤，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，四路紅外對管尋線模塊，51單片機(jī)最小系統(tǒng)板。尋線小車是以智能小車底盤為基礎(chǔ)，各部分的元器件通過螺絲固定在底盤上，形成一個(gè)小車的基本硬件模型。本組的智能小車采用4路紅外對管尋線模塊進(jìn)行判斷是否轉(zhuǎn)彎，

2、例如：當(dāng)最左邊的紅外對管檢測到黑線的時(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)說明本組設(shè)計(jì)的思想。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)遇到的一些問題以及對應(yīng)解決方法。1、 系統(tǒng)總框圖：電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)90c51紅外對管檢測模塊電源驅(qū)動(dòng)本組的智能小車主要包括了四個(gè)

3、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(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)作，再輸出控制信號給電機(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。四路紅外對管檢測模塊是檢測和傳感模塊，相當(dāng)于小車的眼睛，在小車前進(jìn)的過程中，紅外對管感應(yīng)路面的光線，將光線信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)電信號傳送給主控模塊進(jìn)行判斷，輔助主控模塊對電機(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)出的信號并作出相應(yīng)動(dòng)作，相當(dāng)于整個(gè)控制系統(tǒng)的“肌

4、肉”，實(shí)際上因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的信號太小，控制信號必須經(jīng)過驅(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usb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(dòng)作，再輸出控制信號給電機(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(dāng)于小車的眼睛，在小車前進(jìn)的過程中，紅外對管感應(yīng)路面的光線，將光線信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)

5、電信號傳送給主控模塊進(jìn)行判斷，輔助主控模塊對電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行控制，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。中控板：簡介：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)輸出的信號太小，控制信號必須經(jīng)過驅(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

6、通道具有 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(jié)構(gòu)圖：3、 硬件安裝搭建時(shí)遇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

7、分硬件元件時(shí)應(yīng)當(dāng)先對布局作出整體的構(gòu)思，然后再動(dòng)手安裝。剛開始時(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)等問題，后來經(jīng)過反復(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)真讀懂了說明書，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) 四路紅外對管檢測模塊與中控板lm339的連接問題；首先是對四個(gè)紅外對管檢測模塊與中控板的四組接口的測試，開始時(shí)是采用隨機(jī)配對方式，結(jié)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)過硬件與軟件的結(jié)合以及系統(tǒng)的簡化，將四個(gè)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 90

8、c516rd+主控模塊與電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的連接問題；開始時(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)，后來經(jīng)過查閱相關(guān)資料以及詢問，討論，發(fā)現(xiàn)p1口無對應(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題。二、軟件設(shè)計(jì)部分（1） 流程圖開始初始化n2、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(zhuǎn)小右轉(zhuǎn)2燈檢測到黑線n大右轉(zhuǎn)大左轉(zhuǎn)y1燈檢測到黑線y（二）軟件程序#include#include#define uint unsigned intsbit l1= p20; /四路尋跡模塊接口第一路sbit l2= p21; /四路尋跡模塊接口第二

9、路sbit r1= p22; /四路尋跡模塊接口第三路sbit r2= p23; /四路尋跡模塊接口第四路sbit in12=p05;/左馬達(dá)sbit in11=p04;sbit in22=p03;/右馬達(dá)sbit in21=p02;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;

10、/右輪前進(jìn)#define right_moto_back in21=0,in22=1;/右輪后退#define right_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;xk;x+) for(y=0;y110;y+);void run() /前進(jìn)函數(shù) left_moto_go; right_moto_go; delay(30); left_moto_stp; right_moto_stp; delay(10); /調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速void back(void) /后退函數(shù) left_moto_back; r

11、ight_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_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); vo

12、id stop() left_moto_stp; 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) left_moto_back; right_moto_go; delay(10); left_moto_stp; right_moto_st

13、p; 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&l2=0&r1=0&r2=0) m=0; if(l2) m=1; f1=0; f2=0; if(r1) m=2; f1=0; f2=0; if(l1|f1=1) m=3; f1=1; if(r2|f2=1) m=4; f2=1; switch(m) case 0: run(); break; case 1: left(); break; case 2: right(); break; case 3

14、: bigleft(); break; case 4: bigright(); break; default : break; （三）程序說明1. 直走實(shí)現(xiàn)：左右輪子同時(shí)前進(jìn)，在實(shí)際調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沒有調(diào)速的時(shí)候，車速過快，導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎的時(shí)候效果不理想，所以在寫程序的時(shí)候特意加上了調(diào)速部分，主要通過調(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; 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)過多次的調(diào)試，我們得到了本組小車最好的占空比為3

15、：1，既保持了速度上有一定的優(yōu)勢，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)槿绻伎毡忍蟮脑?，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

16、，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)：通過使左輪前進(jìn)，右輪停止的方法，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. 具體工作過程：開機(jī)的時(shí)候，四路紅外對管檢測模塊全部檢測到白板，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)，四路紅外對管有檢測到都是白板