第四界西門子傳動(dòng)杯電子競(jìng)賽

1、第四屆西門子傳動(dòng)杯電子競(jìng)賽 參賽題目：灑水機(jī)器人 2013-3-23 目 錄1 摘要32 方案比較與選擇4 2.1創(chuàng)作動(dòng)機(jī)4 2.2 創(chuàng)作價(jià)值4 2.3 方案比較43 硬件部分54 軟件部分65元件清單76 參考文獻(xiàn)81摘要：智能機(jī)器人是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人，它具有制作成本低廉，電路結(jié)構(gòu)簡單，程序調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。由于具有很強(qiáng)的趣味性，智能機(jī)器人深受廣大機(jī)器人愛好者以及高校學(xué)生的喜愛。本論文介紹的是具有自動(dòng)避障功能的智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作（以下簡稱智能機(jī)器人），論文對(duì)智能機(jī)器人的方案選擇，設(shè)計(jì)思路，以及軟硬件的功能和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析和論述。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)收測(cè)試，該智能

2、機(jī)器人的電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，系統(tǒng)反映快速、靈活，設(shè)計(jì)方案正確、可行，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定、可靠。關(guān)鍵詞： 智能機(jī)器人；自動(dòng)避障 ；測(cè)溫2方案比較與選擇創(chuàng)作動(dòng)機(jī)：智能作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等等的用途。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，較容易實(shí)現(xiàn)，但具有高度的智能化、人性化，一定程度體現(xiàn)了智能。創(chuàng)作價(jià)值：直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括：實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的加速、減速，并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。主體電路：即直流電機(jī) PWM 控制模塊。這部分電路主要由 AT89S52 單片機(jī) 的 I/O 端口、定

3、時(shí)計(jì)數(shù)器、外部中斷擴(kuò)展等控制直流電機(jī)的加速、減速以及轉(zhuǎn)彎，并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。 其間是通過 AT89S52 單片機(jī)產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號(hào)并輸入到 L298 驅(qū)動(dòng)芯片來 控制直流電機(jī)工作的。該直流電機(jī) PWM 控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：設(shè)計(jì)控制部分： 主要由 AT89S52 單片機(jī)的外部中斷擴(kuò)展電路組成。直流電機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)部分主要由電機(jī)和 L298 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。設(shè)計(jì)顯示部分：LCD 數(shù)碼顯示部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波測(cè)的距離的實(shí)時(shí)顯示。方案比較應(yīng)用場(chǎng)合：智能小車是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人，它具有制作成本低廉，電路結(jié)構(gòu)簡單，程序調(diào)試

4、方便等優(yōu)點(diǎn)。由于具有很強(qiáng)的趣味性，智能小車深受廣大機(jī)器人愛好者以及高校學(xué)生的喜愛。同時(shí)在玩具的應(yīng)用上深受小朋友的青睞。車速的控制 車速調(diào)節(jié)的方法有兩種：一是用步進(jìn)電機(jī)代替小車上原有的直流電機(jī);二是在原有直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，采用PWM調(diào)速法進(jìn)行調(diào)速。考慮到機(jī)械裝置不便于修改等因素，這里選擇后者，利用單片機(jī)輸出端輸出高電平的脈寬及其占空比的大小來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制小車的速度。經(jīng)過多次試驗(yàn)，最終確定合適的脈寬和占空比，基本能保證小車在所需要的速度范圍內(nèi)平穩(wěn)前行。3硬件部分原理圖3硬件部分原理圖3硬件部分原理圖3硬件部分 原理圖原理說明本設(shè)計(jì)題目為智能避障小車設(shè)計(jì)，主要研究小車的避障功能，小車遇到

5、障礙物時(shí)，當(dāng)距離障礙物大于40cm，PWM信號(hào)自增，驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速，小車加速前進(jìn)，當(dāng)小于30cm時(shí)，PWM信號(hào)自減，驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速，小車減速前進(jìn)，并且小車采取相應(yīng)的避障措施。這里探測(cè)裝置必不可少，因?yàn)槌暡ㄔ诰嚯x檢測(cè)方面的較準(zhǔn)確定位。所以采用超聲波傳感器作為探測(cè)裝置，由于超聲波遇到障礙物時(shí)發(fā)生像光一樣的反射和散射，在經(jīng)過多次發(fā)射之后再回到超聲波檢測(cè)端口會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的路程差，從而影響對(duì)距離的檢測(cè)進(jìn)而影響對(duì)障礙物的較準(zhǔn)確定位。通過軟件內(nèi)部校準(zhǔn)優(yōu)化消除外部物理?xiàng)l件造成的誤差從而達(dá)到對(duì)障礙物的較準(zhǔn)確定位。4軟件部分二程序結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)圖 程序結(jié)構(gòu)說明本設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序定時(shí)子程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)子

6、程序中斷子程序、顯示子程序調(diào)速子程序算法子程序構(gòu)成。主程序流程圖如圖2所示。其中：避障中斷服務(wù)子程序完成對(duì)超聲波探測(cè)器產(chǎn)生的外部中斷進(jìn)行處理，如果超出預(yù)定的危險(xiǎn)距離就左轉(zhuǎn)進(jìn)行避障。遙控中斷服務(wù)子程序完成對(duì)遙控信號(hào)產(chǎn)生的外部中斷進(jìn)行處理，對(duì)不同的遙控信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。在定時(shí)中斷服務(wù)子程序，完成定時(shí)與里程的計(jì)算。 采用紅外傳感器進(jìn)行測(cè)速。但無論是反射式紅外傳感器還是對(duì)射式紅外傳感器，他們對(duì)都對(duì)外圍環(huán)境要求較高，易受外部環(huán)境的影響，穩(wěn)定性不高，且價(jià)格較為昂貴。 紅外測(cè)障傳感器：紅外測(cè)障傳感器利用紅外線遇到障礙物會(huì)反射的原理，來檢測(cè)某一方向上是否有障礙物的存在。 紅外測(cè)距傳感器：紅外測(cè)距傳感器利

7、用紅外信號(hào)遇到障礙物距離的不同反射的強(qiáng)度也不同的原理，進(jìn)行障礙物遠(yuǎn)近的檢測(cè)。紅外測(cè)距傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號(hào)，接收管接收這種頻率的紅外信號(hào)。傳感器部分：機(jī)器人用來讀取各種外部信號(hào)的傳感器，以及控制機(jī)器人行動(dòng)的各種開關(guān)。好比人的眼睛、耳朵等感覺器官?？刂破鞑糠郑航邮諅鞲衅鞑糠謧鬟f過來的信號(hào)，并根據(jù)事前寫入的決策系統(tǒng)（軟件程序），來決定機(jī)器人對(duì)外部信號(hào)的反應(yīng)，將控制信號(hào)發(fā)給執(zhí)行器部分。好比人的大腦。 執(zhí)行器部分：驅(qū)動(dòng)機(jī)器人做出各種行為，包括發(fā)出各種信號(hào)（點(diǎn)亮發(fā)光二極管、發(fā)出聲音）的部分，并且可以根據(jù)控制器部分的信號(hào)調(diào)整自己的狀態(tài)。對(duì)機(jī)器人小車來說，最基本的就是輪子。這部分就好比人的四肢一樣。5元件清單元件數(shù)量元件數(shù)量霍爾元件A44E1個(gè)排阻5101個(gè)鐵片感應(yīng)器TL-Q5MC1個(gè)74ls002個(gè)1602LCD1個(gè)16位排線1條小車1個(gè)排針若干小磁鐵片4片電阻若