基于單片機(jī)的礦井機(jī)器人障礙物探測(cè)系統(tǒng)

1、2015屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目: 基于單片機(jī)的礦井機(jī)器人障礙物探測(cè)系統(tǒng) 院系名稱： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 2015 年 05 月 8日1摘 要井下救援時(shí)，礦井機(jī)器人在對(duì)井下未知環(huán)境的探測(cè)顯得尤為重要。文中設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的礦井機(jī)器人障礙物探測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由以下幾大部分構(gòu)成：測(cè)距模塊用的是超聲波測(cè)距傳感器；信息傳遞模塊用的是藍(lán)牙無線傳輸；控制模塊用STC89C52單片機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行；動(dòng)力模塊由電池驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)控制機(jī)器人的動(dòng)作。用KEIL軟件對(duì)STC89C52單片機(jī)進(jìn)行編程控制系統(tǒng)運(yùn)行。系統(tǒng)首先通過超聲波測(cè)距傳感器對(duì)前方障礙

2、物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如無障礙物系統(tǒng)通過通信模塊傳遞出信息，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)是機(jī)器人前進(jìn)；如發(fā)現(xiàn)障礙物，計(jì)算障礙物與機(jī)器人之間的距離，傳出距離信息，控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)障礙物進(jìn)行規(guī)避，繼續(xù)檢測(cè)前方是否有障礙物。系統(tǒng)就這樣循環(huán)運(yùn)行。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，我們要求系統(tǒng)必須對(duì)前方障礙物的距離做出準(zhǔn)確的判斷，及時(shí)避開障礙物，選擇可以通過的路徑繼續(xù)探測(cè)，同時(shí)將測(cè)出的信號(hào)傳遞出來以方便救援人員及時(shí)掌握井下的環(huán)境信息快速制定救援方案。關(guān)鍵詞：礦井機(jī)器人；單片機(jī)；避障；測(cè)距；信號(hào)傳遞Title Mine robot obstacle detection system based on MCU Abstract Mine rescue

3、robot, mine is particularly important in the detection of underground unknown environment. This paper designs a detection system of mine robot obstacle based on MCU. This system is mainly composed of the following parts: the ranging module is used in ultrasonic ranging sensor; information transmissi

4、on module is used in Bluetooth wireless transmission; control of the whole system using STC89C52 Microcontroller control module operation; power module is powered by a battery of two DC motor control robot action. Programming the control system of STC89C52 Microcontroller with KEIL software. The sys

5、tem first through the ultrasonic ranging sensor for monitoring the obstacles, such as no obstacle system conveys information through the communication module, and the driving motor is the robot forward; obstacles such as discovery, calculate the distance between the robot and obstacle distance, spre

6、ad information, the controller drives the motor with obstacle avoidance, to detect whether there is in front of obstacle. This system operation cycle. When the system is running, we require the system must be on the front obstacle distance to make accurate judgments, to avoid obstacles, path selecti

7、on can also be measured to detect, signaling to facilitate rescue personnel to control the underground environment information quickly develop rescue plan.Keywords: Mine robot; MCU; obstacle avoidance; measurement; signal transmission. 目 錄1 引言 41.1 礦井機(jī)器人的研究意義 41.2 礦井機(jī)器人的概念 41.3 國內(nèi)外礦井機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 51.4 本文

8、主要內(nèi)容介紹 62 礦井機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案 72.1 礦井機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案論證 7 2.2 礦井機(jī)器人總體設(shè)計(jì)要求 92.3 礦井機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案103 礦井機(jī)器人硬件電路的設(shè)計(jì)123.1 礦井機(jī)器人各硬件部分芯片介紹123.2 礦井機(jī)器人核心電路的設(shè)計(jì)153.3 礦井機(jī)器人外圍電路的設(shè)計(jì)163.4 礦井機(jī)器人硬件電路總體設(shè)計(jì)184 礦井機(jī)器人系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 194.1 程序的開發(fā)環(huán)境介紹194.2 礦井機(jī)器人各模塊程序設(shè)計(jì)204.3 礦井機(jī)器人總體程序設(shè)計(jì)255 礦井機(jī)器人系統(tǒng)調(diào)試265.1 礦井機(jī)器人各硬件模塊調(diào)試265.2 礦井機(jī)器人系統(tǒng)總體調(diào)試28結(jié) 論30致 謝32參考文獻(xiàn)33附

9、錄 A351引言1.1礦井機(jī)器人的研究意義我們國家是礦產(chǎn)大國，各種礦物質(zhì)資源十分豐富，隨著近些年人民物質(zhì)生活的不斷提高，礦物資源的開采力度不斷加大，特別體現(xiàn)在煤炭能源領(lǐng)域，由于我們是發(fā)展中國家，我國的資源開發(fā)的現(xiàn)代化程度還不是很高，主要還是依靠人工在井下進(jìn)行開采。由于井下環(huán)境的復(fù)雜性，造成全國各地特別是礦物主產(chǎn)地的礦難事故不斷發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)2012年，我國大陸發(fā)生的礦難共造成102人受傷，448人死亡，3人失蹤。2013年我國大陸地區(qū)發(fā)生礦難共造成329人死亡，64人受傷，1人下落不明。2014年，我國大陸發(fā)生的礦難共造成138人受傷，269人死亡，29人失蹤。國家遭受重大損失，一個(gè)個(gè)礦工

10、家庭的破碎，讓我們的心情隨之低落。在這種情況下，礦井救災(zāi)也就顯得十分重要。礦難一旦發(fā)生，礦井底下環(huán)境會(huì)發(fā)生很大的變化，在救災(zāi)的同時(shí)二次災(zāi)害如影隨形，這就對(duì)救災(zāi)人員的生命安全造成巨大威脅，不僅為救災(zāi)造成不便，而且很容易上演第二次悲劇。2006年8月21日，貴州省畢節(jié)地區(qū)納雍縣貝勒煤礦井下發(fā)生燃燒事故，六枝工礦集團(tuán)公司礦山救護(hù)大隊(duì)接報(bào)后前去幫助撲救。 8月23日下午4時(shí)30分左右，貝勒煤礦發(fā)生瓦斯爆炸，礦山救護(hù)大隊(duì)12名救護(hù)人員，有4人安全升井，8人遇難.為了在救災(zāi)的同時(shí)盡可能地減少二次災(zāi)害的發(fā)生，及時(shí)掌握礦井下面的環(huán)境狀況就顯得非常重要。這就要求我們?cè)O(shè)計(jì)一種可代替人工的機(jī)器對(duì)礦井下面的情況作出及

11、時(shí)的測(cè)量。礦井機(jī)器人就是在這種情況下被提出的。礦難發(fā)生后，在救災(zāi)時(shí)，我們地面救災(zāi)人員先通過礦井機(jī)器人對(duì)井下環(huán)境做出準(zhǔn)確的判斷，再制定最為適合的救災(zāi)方案。既可以以最快的時(shí)間就出井下被困的礦工，又可以避免救災(zāi)人員的傷害，盡最大可能把損失降到最低。可見礦井機(jī)器人在救災(zāi)過程中具有十分重要意義。1.2礦井機(jī)器人的概念隨著現(xiàn)代科技水平的不斷提高，越來越多的智能機(jī)器人被研制出來。機(jī)器人是一種能夠自動(dòng)工作的機(jī)器裝置。我們既可以對(duì)它進(jìn)行遙操作，也可以讓它按照預(yù)先設(shè)定的程序運(yùn)行?，F(xiàn)在的智能機(jī)器人可以按照我們?cè)O(shè)定的智能控制原則行動(dòng)。機(jī)器人的的任務(wù)是協(xié)助或取代我們的工作，從事一些重復(fù)率高、強(qiáng)度大、危險(xiǎn)的工作。礦井機(jī)器

12、人就是在看礦井下代替我們工作的自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，它對(duì)礦井下位置環(huán)境進(jìn)行測(cè)量探測(cè)，并將測(cè)量的環(huán)境數(shù)據(jù)傳送至地面人員，讓我們對(duì)井下的環(huán)境進(jìn)行判斷，做出進(jìn)一步的行動(dòng)方案。礦井機(jī)器人在組成上與其他機(jī)器人無異，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置、控制系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是礦井機(jī)器人的本體架構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用車型架構(gòu)，四個(gè)輪子采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。車型架構(gòu)主要是保證礦井機(jī)器人在礦井未知道路環(huán)境條件下行進(jìn)的穩(wěn)定性。四個(gè)車輪的非對(duì)稱排列防止機(jī)器人在遇到障礙時(shí)兩個(gè)輪子同時(shí)被抬空而造成機(jī)器人不能前行。機(jī)器人頂蓋采用鋼板防護(hù)，防止井道上方墜落物墜落造成主機(jī)損壞。驅(qū)動(dòng)裝置是執(zhí)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的裝置。本設(shè)計(jì)采用驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)兩個(gè)直流電動(dòng)

13、機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)?？刂茊卧l(fā)出指令控制機(jī)器人的兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行線、角的位移。線位移時(shí)控制單元同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)同速運(yùn)動(dòng)，角位移時(shí)控制單元驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)做差速運(yùn)動(dòng)，一實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎避障。檢測(cè)裝置主要是有各種測(cè)量傳感器組成，用于探測(cè)環(huán)境信息。檢測(cè)到的環(huán)境信息傳送給控制單元，控制單元對(duì)這些環(huán)境信息作出適當(dāng)分析，進(jìn)而控制機(jī)器人的動(dòng)作并將環(huán)境信息傳送至地面人員?？刂葡到y(tǒng)是礦井機(jī)器人的核心部件，它相當(dāng)于機(jī)器人的大腦。本設(shè)計(jì)采用集中式控制，即所有的信息由一個(gè)控制器進(jìn)行控制。它將檢測(cè)裝置測(cè)量的信息分析加工，然后控制機(jī)器人的下一部動(dòng)作，同時(shí)又將檢測(cè)裝置測(cè)量的信息加工處理后傳回地面。1.3國內(nèi)外礦井機(jī)器人的

14、發(fā)展現(xiàn)狀救災(zāi)機(jī)器人的研究起步較晚，在20世紀(jì)80年代才開始對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行研究。在1995年日本的神戶大地震之后才被重視起來。隨后十幾年里這些研究處在實(shí)驗(yàn)階段里，并沒有投入實(shí)際運(yùn)用中。救災(zāi)機(jī)器人第一次參與到現(xiàn)場(chǎng)救災(zāi)是在2001年的美國911事件發(fā)生后中被大規(guī)模使用。參與救援的是由美國軍方研制的救災(zāi)機(jī)器人在這次救災(zāi)中展現(xiàn)出來了人工不能比擬的優(yōu)越性，但是也暴露出了不少缺點(diǎn)。例如機(jī)器人的防水性不好、耐熱性不強(qiáng)、抗震性較低、防爆性能較弱及其他抗惡略環(huán)境的性能不高的缺點(diǎn)。我國的救災(zāi)機(jī)器人研究晚于世界同一時(shí)期，但是近幾年發(fā)展比較快，取得了不少研究成果。例如上海交通大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，沈陽自動(dòng)化研究所都研制

15、出用于救災(zāi)的機(jī)器人，清華大學(xué)和中國礦業(yè)大學(xué)研制出了用于煤炭礦井下的礦井救災(zāi)機(jī)器人。但是大都停留在樣機(jī)研究中，在救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)使用的寥寥無幾。日本大阪大學(xué)研制的蛇形機(jī)器人可以再廢墟上前進(jìn)，全身都裝有傳感器用以測(cè)量不同的環(huán)境變量，頭部還有一個(gè)監(jiān)視器用以尋找幸存者。美國很早就開始了不同種類的機(jī)器人研究，科技水平也比較高。最具代表的就是美國的勇氣號(hào)火星車、機(jī)遇號(hào)火星車、好奇號(hào)火星車等等。美國的一些科技公司研制出的救災(zāi)機(jī)器人可以適應(yīng)不同的地形環(huán)境。在執(zhí)行偵察任務(wù)治愈還可以尋找幸存者，并與幸存者進(jìn)行視頻通話。我國第一臺(tái)煤礦搜救機(jī)器人采用的控制方式是機(jī)器人自主避障和遙控引導(dǎo)結(jié)合的控制方式。它既能實(shí)時(shí)傳回事故現(xiàn)場(chǎng)的

16、環(huán)境狀況，又能為事故現(xiàn)場(chǎng)人員提供急救用品。1.4本文的主要內(nèi)容介紹 本文介紹了基于STC89C52單片機(jī)的障礙物探測(cè)機(jī)器人。整體分為四大部分組成，由STC89C52單片機(jī)組成的控制單元控制整個(gè)機(jī)器人的障礙物檢測(cè)、避障、信號(hào)傳遞和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。由ULN2803驅(qū)動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)組成的動(dòng)力單元負(fù)責(zé)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。由HC-SR04超聲波探測(cè)模塊構(gòu)成的障礙物檢測(cè)模塊可以測(cè)量機(jī)器人與障礙物之間的距離，使機(jī)器人成功避障。由HC05-V1.0藍(lán)牙傳輸模塊構(gòu)成的信號(hào)傳遞系統(tǒng)可以及時(shí)的將井下的環(huán)境信息及時(shí)傳遞給救災(zāi)人員，以方便制定救災(zāi)方案。2礦井機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案 本章主要介紹了礦井機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)，包括控制芯片

17、的選擇，超聲波測(cè)距模塊的選擇，通信模塊芯片的選擇，驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)芯片的選擇以及開發(fā)環(huán)境的選擇。從硬件和軟件角度確定礦井機(jī)器人的總體方案。2.1礦井機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案論證2.1.1單片機(jī)的選擇 全球有很多科技公司研制和開發(fā)單片機(jī)，制造出很多不同種類的產(chǎn)品，面向各個(gè)領(lǐng)域。其中美國Inter公司研發(fā)的51系列單片機(jī)用途最廣。許多科技公司基于51內(nèi)核開發(fā)出不同種類、不同型號(hào)的產(chǎn)品。根據(jù)目前單片機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展情況可以大致將單片機(jī)分為通用型/專用型、總線型/非總線型、工控型/家電型。 本設(shè)計(jì)選擇的STC89C52型單片機(jī)作為控制芯片。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能8位微控制器。具有

18、8K 字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器，512B的RAM，4個(gè)8位的串行I/O口，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB的內(nèi)存，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行通信口，另外為STC89C52單片機(jī)可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器停止工作，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)行頻率35MHz，6T/12T可選。 STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備

19、的功能。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。有其它單片機(jī)相比價(jià)格便宜、支持在線下載程序、編程簡(jiǎn)單、適合初學(xué)者練習(xí)。 所以STC89C52單片機(jī)不管從性能、價(jià)格還是方便性都比其他類型單片機(jī)更具優(yōu)勢(shì)。2.1.2超聲波測(cè)距模塊的選擇 本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)重要功能就是障礙物探測(cè)，探測(cè)障礙物并測(cè)量障礙物與機(jī)器人之間的距離。這就必須用到測(cè)距傳感器。測(cè)距傳感器按工作原理主要有超聲波測(cè)距傳感器、激光測(cè)距傳感器、紅外線測(cè)距傳感器。 激光測(cè)距傳感器的工作原理是通過激光二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激

20、光束，激光束在遇到目標(biāo)后發(fā)生散射，部分散射光被接收傳感器接收，同時(shí)計(jì)算激光束從發(fā)射到接收所經(jīng)歷的時(shí)間t，這段時(shí)間t乘以光速c再除以2就是目標(biāo)與激光傳感器之間的距離。計(jì)算公式為：注：其中S為目標(biāo)與傳感器之間的距離，C為真空中的光速，T為激光束發(fā)射到接收 之間的時(shí)間。 紅外線測(cè)距傳感器的工作原理是利用紅外光信號(hào)遇到不同距離的障礙物反射回來的紅外光信號(hào)強(qiáng)度削減多少不同的原理工作的。紅外線測(cè)距傳感器有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射器和接收器，紅外信號(hào)發(fā)射器發(fā)射某種特定頻率的紅外光信號(hào)，紅外光信號(hào)遇到障礙物后被反射，反射的光信號(hào)強(qiáng)度與障礙物的距離成一定的函數(shù)關(guān)系，距離遠(yuǎn)的障礙物反射的紅外光信號(hào)強(qiáng)度比較低，近的障礙物反

21、射的紅外光信號(hào)強(qiáng)度比較強(qiáng)。這其中有確定的函數(shù)關(guān)系。 超聲波傳感器的工作原理是根據(jù)聲波在傳播過程中遇到障礙物發(fā)生反射的原理制成的。聲波在空氣中的傳播速度與溫度、氣壓因素有關(guān)。在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓15的條件下聲波傳遞的速度約為340m/s。超聲波傳感器通過超聲波發(fā)生器向前方發(fā)射一束超聲波脈沖，同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波脈沖在向前傳遞時(shí)遇到障礙物后聲波發(fā)生反射，反射的聲波被接收器接收到時(shí)，通過電路計(jì)算聲波在發(fā)射到返回所經(jīng)歷的時(shí)間。通過聲波的傳播速度和傳播時(shí)間計(jì)算出障礙物與傳感器之間的距離。計(jì)算公式為：注：L為障礙物與傳感器之間的距離 激光測(cè)距雖說精度比較高，但是成本也比較高，在礦井復(fù)雜的環(huán)境條件特別是粉塵很難工

22、作。而紅外線測(cè)距陳本雖說不高但是在礦井下紅外線發(fā)射和接收裝置易被污染，從而造成模塊不能被使用。超聲波具有很強(qiáng)的穿透性，制造成本也比較低，對(duì)設(shè)備要求也比較低，因此本設(shè)計(jì)采用HC-SR04超聲波測(cè)距模塊用于障礙物測(cè)量。2.1.3驅(qū)動(dòng)模塊的選擇 本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)6v直流電動(dòng)機(jī)作為機(jī)器人的動(dòng)力源，為機(jī)器人在礦井復(fù)雜條件下的移動(dòng)提供保障。這兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)必須在控制器的控制下實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、停止和調(diào)速動(dòng)作。由于電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)電流比較大，不能直接和控制器直接相連接，因此必須使用驅(qū)動(dòng)電路對(duì)其進(jìn)行控制。 直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)有以下幾種驅(qū)動(dòng)電路：三極管電流放大驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)模塊和達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器。由于我們需

23、要驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)所以本設(shè)計(jì)選用達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器。 達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)器實(shí)際上是一個(gè)集成芯片，單片芯片同時(shí)可以8個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)由單片機(jī)的一個(gè)I/O口控制。當(dāng)需要調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，程序通過控制單片機(jī)相應(yīng)的I/O口輸出占空比不同的PWM波形控制轉(zhuǎn)速。 本設(shè)計(jì)采用一個(gè)達(dá)林頓反相驅(qū)動(dòng)器ULN2803驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)的一端接5v直流電源，另一端接ULN2803的輸出引腳，ULN2803相對(duì)應(yīng)的輸入引腳接單片機(jī)的I/O引腳。單片機(jī)的相應(yīng)I/O輸出PWM信號(hào)，由此控制直流電動(dòng)機(jī)的速度與啟停。2.14信息傳遞模塊的選擇 礦井機(jī)器人在通過超聲波測(cè)距模塊測(cè)量出機(jī)器人到障礙物的距離之后，需要將這一重要信息傳遞出來，

24、這就要用到信息傳遞模塊。 由于礦井機(jī)器人的工作環(huán)境比較特殊，礦井機(jī)器人攜帶線纜進(jìn)行通信十分不便，所以我們選擇無線信號(hào)傳遞。同有線信號(hào)相比無線信號(hào)的傳遞范圍比較廣，受環(huán)境地形因素影響比較小，但傳播距離相比比較小。目前井下無線通信仍是一大難題。本設(shè)計(jì)采用HC05-V1.0藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信。2.15軟件開發(fā)環(huán)境的選擇 本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為控制器，使用Keil軟件用C語言進(jìn)行編程。高級(jí)編程語言有很多種類，應(yīng)該說各有各的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。C語言功能比較豐富、表達(dá)能力很強(qiáng)，使用起來靈活方便，目標(biāo)程序效率高，可移植性也比較好。C語言兼顧了高級(jí)語言和低級(jí)語言的優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用面廣。C語言適合于解決

25、小型程序的編程。對(duì)于本設(shè)計(jì)C語言是可以勝任的。2.2礦井機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出的礦井機(jī)器人通過超聲波測(cè)距模塊探測(cè)前方是否有障礙物，發(fā)現(xiàn)障礙物后，控制器計(jì)算機(jī)器人與障礙物之間的距離，指示電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路作出相應(yīng)的規(guī)避動(dòng)作，避開前方障礙物，并將障礙物信息通過通信模塊傳回給地面搜救人員。機(jī)器人夠成功避開前方障礙物后，繼續(xù)對(duì)前方進(jìn)行探測(cè)。2.3礦井機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案2.3.1硬件設(shè)計(jì)方案HC-SR04超聲波測(cè)距模塊將測(cè)量到的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給STC89C52單片機(jī)控制單元，STC89C52單片機(jī)控制單元將數(shù)據(jù)分析后指示ULN2803直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，控制直流電動(dòng)機(jī)對(duì)前方是否有障礙物做出動(dòng)作，同時(shí)STC8

26、9C52單片機(jī)控制單元指示藍(lán)牙通訊模塊將障礙物信息傳送出地面搜救人員手持終端。如下圖示：2.3.1系統(tǒng)硬件框圖2.3.2軟件設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)用Keil軟件通過C語言對(duì)STC89C52單片機(jī)進(jìn)行編程。程序啟動(dòng)后，先進(jìn)行初始化，再對(duì)STC89C52單片機(jī)的各個(gè)串口進(jìn)行聲明。聲明后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)置，然后開始執(zhí)行主程序。 在主程序中先啟動(dòng)超聲波測(cè)距模塊，探測(cè)前方是否有障礙物，如果有則計(jì)算障礙物的距離，計(jì)算出距離后，啟動(dòng)藍(lán)牙模塊，將這一信息傳遞出去，并啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)障礙物進(jìn)行避障，成功避開障礙物后繼續(xù)檢測(cè)前方是否有障礙物；如果沒有，小車?yán)^續(xù)前行，繼續(xù)探測(cè)前方是否有障礙物。程序就這樣不停的循環(huán)執(zhí)行。系統(tǒng)

27、軟件流程圖，如下：圖2.3.2 系統(tǒng)軟件流程圖3 礦井機(jī)器人硬件電路的設(shè)計(jì) 本章主要講解礦井機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)原理，這是礦井機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。內(nèi)容主要講解了控制電路的設(shè)計(jì)和控制電路與外設(shè)的連接的設(shè)計(jì)。這部分涉及的難點(diǎn)和重點(diǎn)就是如何讓系統(tǒng)在控制電路的控制下有條不紊的工作。3.1 礦井機(jī)器人各硬件部分芯片介紹3.1.1 STC89C52單片機(jī)介紹STC89C52單片機(jī)是STC公司生產(chǎn)的一款基于8051內(nèi)核的增強(qiáng)型高性能單片機(jī)。6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期任意選擇；工作電壓為3.3v-5.5v；工作頻率范圍是0-40MHz，實(shí)際工作頻率可以達(dá)到48MHz；用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)；片上集

28、成512字節(jié)RAM；32個(gè)通用I/O口，復(fù)位后P0/P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口試漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展時(shí)用，不加上拉電阻，z作為I/O口用時(shí)需加上拉電阻；ISP/IAP無需專用編程器，無需專用仿真器，功能；共有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷；通用異步串行口；工業(yè)級(jí)的工作溫度在-40 - +85之間；采用PDIP封裝。圖3.1.1 STC89C52單片機(jī)3.1.2 HC-SR04模塊介紹 HC-SR04超聲波測(cè)距模塊是深圳捷深科技有限公司研發(fā)的一種非接觸式測(cè)距模塊。模塊可實(shí)現(xiàn)2cm-400cm的距離測(cè)量，最高測(cè)量精度可達(dá)3mm；工作電壓DC5V，工作電流15mA，工作

29、頻率40KHz；測(cè)量角度15度；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。 通過I/O口給超聲波模塊的TRIG端口加上超過10us的高電平信號(hào)，模塊自動(dòng)發(fā)射8個(gè)周期的40KHz的超聲波，并且自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回。如果檢測(cè)到有超聲波信號(hào)返回，模塊在ECHO引腳輸出一個(gè)持續(xù)的高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*聲速）/2。如下圖：圖3.1.2 HC-SR04超聲波測(cè)距模塊3.1.3 ULN2803驅(qū)動(dòng)芯片介紹 本設(shè)計(jì)使用的ULN2803達(dá)林頓管是日本東芝公司制造的達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)器。芯片采用8路NPN達(dá)林頓晶體管陣列，適合于低邏輯電平數(shù)字電路和較高的電流/電壓

30、要求之間的接口。 芯片包含8個(gè)NPN達(dá)林頓管；高耐壓，大電流；輸入電阻2.7K；輸入電壓5V；使用溫度范圍-40 - +85；如下圖：圖3.1.3 ULN28033.1.4 HC05-V 1.0 本設(shè)計(jì)采用HC05-V1.0藍(lán)牙模塊作為通信模塊。HC05-V1.0模塊是一款高性能的主從一體藍(lán)牙串口模塊。可用于和各種帶藍(lán)牙功能的電腦、藍(lán)牙主機(jī)、手機(jī)、PDA智能終端配對(duì)通信。 HC05-V1.0藍(lán)牙模塊接口使用TTL電平，兼容3.3/5V單片機(jī)；默認(rèn)波特率為9600；通訊距離在空曠地達(dá)10米；6排陣對(duì)外接口；工作電流1-40mA。圖3.14 HC-05-V1.0藍(lán)牙模塊3.2礦井機(jī)器人核心電路設(shè)計(jì)

31、能夠使單片機(jī)正常運(yùn)行的最簡(jiǎn)單的工作電路被稱為單片機(jī)最小系統(tǒng)，它包括單片機(jī)芯片、晶振電路、復(fù)位電路、電源四部分。本設(shè)計(jì)的單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3.2所示：圖3.2 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3礦井機(jī)器人外圍電路的設(shè)計(jì) 外圍電路主要是除了單片機(jī)的其他外部硬件：HC-SR04超聲波測(cè)距模塊、BT-HC-05-V1.0藍(lán)牙模塊、ULN2803直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。這些模塊都要與控制器-STC89C52單片機(jī)連接。以下是他們的電路原理圖。HC-SR04超聲波測(cè)距模塊原理圖：圖3.31 HC-SR04超聲波測(cè)距模塊原理圖ULN2803芯片原理圖：圖3.32 ULN2803芯片內(nèi)部電路圖（1/8單元）圖3

32、.33 ULN2803芯片內(nèi)部原理圖3.4礦井機(jī)器人硬件電路總體設(shè)計(jì) 將以上的核心芯片和外圍模塊有機(jī)的結(jié)合在一起，就構(gòu)成了礦井機(jī)器人的硬件連接電路。礦井機(jī)器人就是在這個(gè)電路上通過對(duì)核心芯片的編程運(yùn)行的。硬件電路的總體設(shè)計(jì)主要是核心電路對(duì)外圍電路的引腳，即單片機(jī)對(duì)外設(shè)的I/O口分配，只有將這些做好，系統(tǒng)才能在單片機(jī)的控制下有序高效地執(zhí)行已設(shè)定程序。圖3.41 礦井機(jī)器人硬件電路總體設(shè)計(jì)圖4 礦井機(jī)器人系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本章的內(nèi)容是本次設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)。主要內(nèi)容包括對(duì)HC-SR04超聲波模塊的程序設(shè)計(jì)，對(duì)ULN2803電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片程序的設(shè)計(jì)，對(duì)HC05藍(lán)牙模塊的程序設(shè)計(jì)和程序總體設(shè)計(jì)。4.1程序的開發(fā)環(huán)

33、境的介紹4.1.1Keil uVision2開發(fā)環(huán)境介紹Keil uVision2開發(fā)軟件是由德國Keil公司推出的基于51內(nèi)核的單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil C51的編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供C語言編程環(huán)境，還保留了匯編語言的高效快速的特點(diǎn)。Keil uVision2開發(fā)環(huán)境已經(jīng)完全集成了C51編譯器，這個(gè)開發(fā)環(huán)境包括：編譯器、匯編器、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、項(xiàng)目管理器、調(diào)試器。Keil uVision2軟件為開發(fā)者提供了十分豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境。目標(biāo)代碼生成速度快，結(jié)構(gòu)緊湊，效率非常高。圖4.1.1Keil uVision2開發(fā)環(huán)境4.1.2 STC_ISP_V48

34、3燒錄軟件介紹單片機(jī)程序在電腦上編好后生成二進(jìn)制的程序.hex文件，需要把這個(gè)程序文件下載到單片機(jī)中，這就用到了燒錄軟件。本設(shè)計(jì)用的是STC公司生產(chǎn)的89c52系列單片機(jī)，所以就用到了STC_ISP燒錄軟件。圖4.1.2 STC_ISP燒錄軟件在電腦上成功安裝燒錄軟件后，打開軟件。在步驟1處選擇單片機(jī)型號(hào)；在步驟3處選擇com口，設(shè)置波特率；在步驟2處單擊打開“程序文件選項(xiàng)”，選擇相應(yīng)文件夾中的.HEX文件，.HEX文件就自動(dòng)添加在燒錄器中了；在步驟5處單擊“下載”，按照步驟5底下框中提示操作單片機(jī)。4.2礦井機(jī)器人各模塊程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中由于控制器要控制三個(gè)模塊，所以程序用不同函數(shù)對(duì)相應(yīng)的模塊

35、進(jìn)行控制。4.2.1HCSR04超聲波測(cè)距模塊的函數(shù)設(shè)計(jì)通過HC-SR04超聲波測(cè)距模塊用戶手冊(cè)對(duì)模塊進(jìn)行操作，可以使其正常工作。模塊的VCC引腳需加5V的直流電壓，GND引腳接地，模塊才能正常工作。要實(shí)現(xiàn)測(cè)距功能，通過一定的電路或軟件實(shí)現(xiàn)在模塊的Trig引腳加10個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，模塊會(huì)自動(dòng)發(fā)射40KHz的超聲波信號(hào)，然后自動(dòng)檢測(cè)是否又返回信號(hào)，檢測(cè)到返回信號(hào)后，在Echo端口輸出持續(xù)的高電平，高電平信號(hào)持續(xù)的時(shí)間就是超聲波信號(hào)從發(fā)射到接收的時(shí)間。定義超聲波檢測(cè)模塊的函數(shù)名為measure，類型為整形，無返回值。定義單片機(jī)的P1.0口為超聲波模塊高電平輸入端口，即Trig端口；P1.1

36、為模塊測(cè)距時(shí)間輸出端口，即Echo端口。程序如下：void measure()/測(cè)距函數(shù) uint t，s;TMOD=0x01;/設(shè)置定時(shí)器0工作方式1EA=1;/開總中斷ET0=1;/開定時(shí)器0中斷TH0=0;/裝入初值TL0=0;TX=1;/向Trig端口輸出高電平_nop_();/持續(xù)11個(gè)時(shí)鐘周期高電平_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();TX=0; while(!RX);/等待Echo端口的高電平 TR0=1;/開啟定時(shí)器0 while(RX);/等待Echo端口

37、低電平的到來 TR0=0;/關(guān)閉定時(shí)器0 t=TH0*256+TL0;/*/計(jì)算超聲波信號(hào)往返時(shí)間s=(t*1.7)/100;/*計(jì)算距離D=s; /將測(cè)量值賦給全局變量D4.2.2 HC-05藍(lán)牙模塊程序設(shè)計(jì)根據(jù)HC05用戶手冊(cè)，HC05藍(lán)牙模塊出廠設(shè)置是從模式，只需上電后和其他藍(lán)牙藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行配對(duì)即可。HC05的6個(gè)引腳，只需連接電源VCC、地線GND、和串行通信口TXD，RXD四個(gè)引腳，使用簡(jiǎn)單方便。將HC-05設(shè)置為從模式，模塊的TXD、RXD兩個(gè)引腳分別與單片機(jī)的RXD、TXD接口（即P3.0、P3.1）相連。在單片機(jī)內(nèi)設(shè)置串行口通信方式，將超聲波測(cè)距模塊測(cè)量的值傳給單片機(jī)的SBUF

38、寄存器，同時(shí)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，就可以通過藍(lán)牙模塊將數(shù)據(jù)傳送至手持端。下面是藍(lán)牙模塊的源程序：Viod communicate() uint x,y,z,w,d;TMOD=0x20;/設(shè)置T1定時(shí)器工作方式2TH1=0xfd;/定時(shí)器裝初值TL1=0xfd;TR0=1;/啟動(dòng)T1定時(shí)器SM0=0;/設(shè)定串口工作方式一SM1=1;d=D*100;/將浮點(diǎn)型變量D變?yōu)檎妥兞縟，并不損失數(shù)據(jù)量w=d/10000; /將D的值一個(gè)個(gè)賦給w，x，y，z，dd=d%10000;x=d/1000;d=d%1000;y=d/100;d=d%100;z=d/10;d=d%10;SBUF=table11;

39、/傳輸一個(gè)空格While(!TI);TI=0;if(w!=0) /第一個(gè)數(shù)據(jù)是0不傳送 SBUF=tablew; /發(fā)送百位 While(!TI); TI=0;SBUF=tablex; /發(fā)送十位While(!TI);TI=0;SBUF=tabley; /發(fā)送個(gè)位While(!TI);TI=0;SBUF=table10; /發(fā)送小數(shù)點(diǎn)While(!TI);TI=0;SBUF=tablez; /發(fā)送十分位While(!TI);TI=0;SBUF=tabled; /發(fā)送百分位While(!TI);TI=0;4.2.3 ULN2803直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊程序設(shè)計(jì)當(dāng)超聲波測(cè)距模塊檢測(cè)到前方有障礙物時(shí)，在

40、將此數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳出后，程序控制ULN2803芯片使一個(gè)電動(dòng)機(jī)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人轉(zhuǎn)彎。再測(cè)前方是否有障礙物，如果有繼續(xù)轉(zhuǎn)彎，如果沒有，機(jī)器人執(zhí)行前行程序。Void forward(uint x) /前進(jìn)函數(shù) uint i,j; for(i=x;i>0;i-) /通過控制x的大小控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間 for(j=110;j>0;j-) m1=1; m2=1; m1=0; m2=0;Void turn_left(uint y) /左轉(zhuǎn)函數(shù) uint i,j; for(i=y;i>0;i-) /通過控制y的大小控制左轉(zhuǎn)角度 for(j=110;j>0;j-) m1=1; m1

41、=0;Void turn_right(uint z) /右轉(zhuǎn)函數(shù) uint i,j; for(i=z;i>0;i-) /通過控制y的大小控制左轉(zhuǎn)角度 for(j=110;j>0;j-) m2=1; m2=0;4.3 礦井機(jī)器人總體程序設(shè)計(jì)雖然各個(gè)模塊的程序設(shè)計(jì)可以通過定義不同的函數(shù)實(shí)現(xiàn)其功能，但是將這些函數(shù)有機(jī)的組合在一起，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定流暢的運(yùn)行還需要對(duì)這些函數(shù)進(jìn)行修改和刪減?？偝绦虻脑O(shè)計(jì)思路是先讓超聲波檢測(cè)模塊在設(shè)定的范圍內(nèi)探測(cè)前方是否有障礙物，若沒有障礙物或者障礙物不在范圍內(nèi)，系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊前進(jìn)；如果有障礙物，測(cè)量障礙物的距離，將測(cè)量值通過單片機(jī)串口傳送給藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙

42、模塊將離障礙物的距離發(fā)送給手持端，程序繼續(xù)控制驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)避障，在避障時(shí)不斷測(cè)量前方是否有障礙物，有的話繼續(xù)避障，沒有障礙物繼續(xù)前行。程序就這樣反復(fù)運(yùn)行。為了簡(jiǎn)化程序，將前進(jìn)函數(shù)和避障函數(shù)設(shè)置為帶參函數(shù)。調(diào)用時(shí)，將不同的實(shí)參賦給函數(shù)，實(shí)現(xiàn)小車避障和前進(jìn)。詳見附錄A。5 礦井機(jī)器人系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試是將程序下載到控制器中，用以控制系統(tǒng)按照設(shè)定的程序流暢穩(wěn)定的運(yùn)行。在這期間需要不斷調(diào)試程序中的各個(gè)量，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。這也是本次設(shè)計(jì)中花費(fèi)時(shí)間最多，耗費(fèi)精力最大的一部分。在這期間是我對(duì)對(duì)硬件電路以及各個(gè)模塊芯片，包括控制器深入了解的最多，最為透徹。學(xué)到了很多知識(shí)。5.1礦井機(jī)器人各硬件調(diào)試5.1.1

43、超聲波測(cè)距模塊的調(diào)試在這部分調(diào)試過程中，因?yàn)槌暡y(cè)量到的距離信息無法顯示出來，所以在這部分調(diào)試過程中將開發(fā)板中的數(shù)碼管添加了進(jìn)來，用以顯示超聲波測(cè)距模塊測(cè)量的距離，結(jié)果如下。圖5.1.1 超聲波模塊的調(diào)試5.1.2 HC05藍(lán)牙模塊的調(diào)試藍(lán)牙模塊的調(diào)試是在程序中設(shè)定了一個(gè)值，程序?qū)⑦@個(gè)值送到單片機(jī)的串口，串口和藍(lán)牙直接相連，藍(lán)牙將這一值傳送給手機(jī)藍(lán)牙。在手機(jī)上裝有一個(gè)藍(lán)牙串口助手軟件，運(yùn)行此軟件可以將單片機(jī)通過藍(lán)牙從模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)顯示在手機(jī)上，結(jié)果如下。圖5.1.2藍(lán)牙模塊的調(diào)試5.1.3 ULN2803驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)試ULN2803驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)試是直接按照原理圖連接電路，對(duì)其進(jìn)行

44、調(diào)試。調(diào)試結(jié)果如下。圖5.1.3驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)試結(jié)果5.2 礦井機(jī)器人系統(tǒng)總體調(diào)試系統(tǒng)的總體調(diào)試就是對(duì)程序中的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一檢測(cè)，這些數(shù)據(jù)如果出錯(cuò)很可能造成系統(tǒng)不能運(yùn)行，或者崩潰。調(diào)試結(jié)果如下。圖5.2系統(tǒng)總體調(diào)試結(jié) 論礦井機(jī)器人由于其可以代替人工對(duì)礦井下未知環(huán)境的探測(cè)，避免救援隊(duì)員的二次傷害，在將來的井下救援以及地質(zhì)災(zāi)害的救援過程中必將取得極大發(fā)展，這是此次畢業(yè)設(shè)計(jì)最具研究?jī)r(jià)值的地方。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)由于對(duì)硬件和軟件的要求都很高，所以耗時(shí)比較長(zhǎng)。在硬件方面，由于涉及了測(cè)距、通信、驅(qū)動(dòng)的知識(shí)，增加了設(shè)計(jì)難度。系統(tǒng)經(jīng)過多次調(diào)試才穩(wěn)定工作。在軟件方面，由于使用C語言編程，降低了程序的難度。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠取

45、得成功，前期主要是了解學(xué)習(xí)礦井機(jī)器人的工作原理、STC89C52單片機(jī)的編程，學(xué)習(xí)怎樣配置單片機(jī)的引腳，中斷、寄存器等內(nèi)容，并選取3mm亞力克板作為機(jī)器人基板，兩個(gè)180轉(zhuǎn)/分的直流電動(dòng)機(jī)作為機(jī)器人的動(dòng)力裝置。在中期主要學(xué)習(xí)了解了測(cè)距、通信、驅(qū)動(dòng)的一些知識(shí)，并選用了HC-SR04超聲波測(cè)距模塊、HC05藍(lán)牙通信模塊和ULN2803直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊作為此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的外圍電路。后期主要是對(duì)程序的設(shè)計(jì)。這一部分花費(fèi)時(shí)間比較長(zhǎng)，但最終程序調(diào)試成功。在后期調(diào)試過程中學(xué)習(xí)到了很多在前期沒有深入涉及的知識(shí)，使我對(duì)前面學(xué)的知識(shí)有了更加深入了解。在此次設(shè)計(jì)中用到了很多軟件。其中包括Keil，單片機(jī)燒錄器，單片

46、機(jī)開發(fā)板驅(qū)動(dòng)，Protel99se，Visio等軟件。雖然剛開始學(xué)習(xí)比較困難，但是隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，好奇心被不斷激發(fā)，越是不懂的地方越是想弄清楚，在網(wǎng)上查資料，圖書館查資料，向指導(dǎo)老師咨詢，像電子元件市場(chǎng)的老板咨詢，找同學(xué)交流.期間雖然辛苦，但是感覺生活比較充沛，比較有動(dòng)力。對(duì)于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)總體來說比較滿意，本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的礦井機(jī)器人基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠較準(zhǔn)確的測(cè)量出障礙物的距離，并實(shí)現(xiàn)信息傳遞和避障。系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的程序穩(wěn)定有序的運(yùn)行。但是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)有幾處地方有待改進(jìn)。1、 我們不能對(duì)該機(jī)器人進(jìn)行有效的控制。系統(tǒng)一旦運(yùn)行后，它不受人的控制，只是將障礙物信息發(fā)送出去。如果在對(duì)程序加以改

47、進(jìn)，實(shí)現(xiàn)遙操作效果會(huì)更好。2、 通信模塊的有效通信距離較短。用藍(lán)牙模塊通信的最長(zhǎng)距離是在空地10米，但是礦井機(jī)器人在井下工作時(shí)，井道比較狹長(zhǎng)，甚至長(zhǎng)達(dá)幾百米，用藍(lán)牙模塊肯定不能實(shí)現(xiàn)這么長(zhǎng)距離的通信。改進(jìn)方案有兩個(gè)，一個(gè)是在井道中加中繼器。另一種方案是改用有線通信。3、 驅(qū)動(dòng)電機(jī)在井下極不安全。本設(shè)計(jì)用的是普通的直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子和碳刷之間容易產(chǎn)生電弧，這在礦井環(huán)境中容易引發(fā)瓦斯爆炸。改進(jìn)方案是使用防爆電機(jī)。 四、礦井機(jī)器人的基本架構(gòu)不穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)采用一個(gè)萬向輪，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，三點(diǎn)架構(gòu)作為基本架構(gòu)非常不穩(wěn)定，在礦井環(huán)境中路面崎嶇不平，非常容易翻車。改進(jìn)方案有兩種，一種是用非對(duì)稱四

48、輪結(jié)構(gòu)。另一種是用履帶機(jī)的結(jié)構(gòu)。 五、系統(tǒng)是屬于開環(huán)控制，控制精度不夠高。最直接體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)模塊，系統(tǒng)正常運(yùn)行后，前方無障礙物，在平地上應(yīng)該走直線，但是由于兩驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制互不干擾，又屬于開環(huán)控制，因此走的并非直線。致謝在此特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)張世杰老師，很多次向張老師問問題，張老師總是在百忙之中抽出時(shí)間為我解答，期間記得有一次晚上給張老師打電話問問題，由于在電話里說不清楚，時(shí)間又比較晚。張老師讓我第二天早上8點(diǎn)到辦公室找他。第二天早上7點(diǎn)半我就去老師辦公室等張老師，誰知張老師比我還早，已經(jīng)在那等著我了。張老師的這種為學(xué)生任勞任怨的精神使我非常感動(dòng)。遇到不能解決的難題，張老師總是想辦法引導(dǎo)我

49、，對(duì)張老師為我做的這些努力，我由衷地表示感謝，在此后的生活中我還需要不斷的努力，不斷的學(xué)習(xí)，學(xué)以致用，為社會(huì)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)1譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第四版）.北京: 清華大學(xué)出版社, 2010年6月2陳杰. 黃鴻.傳感器與檢測(cè)技術(shù)（第二版）.北京: 高等教育出版社,2010年1月3阮毅. 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第四版）.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2009年8月4張迎新.單片微型計(jì)算機(jī)原理應(yīng)用及接口技術(shù)（第二版）.國防工業(yè)出版社5郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程-入門 提高 開發(fā) 拓展全攻略.北京:電子工業(yè)出版社,2009年1月6楊武強(qiáng).機(jī)器人超聲避障控制系統(tǒng)的研究.

50、南昌大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文, 2007年6月7葛先雷.避障機(jī)器人的設(shè)計(jì) .南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院8王立鵬.基于AT89S51單片機(jī)的智能避障機(jī)器人9徐躍.基于超聲波測(cè)距的機(jī)器人定位與避障. 齊魯工業(yè)大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 ,2013年5月10張凡.履帶式移動(dòng)機(jī)器人的控制與避障. 南京理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文11蔣玉華.一種礦用無線搜救儀的設(shè)計(jì). 江蘇三恒科技集團(tuán)有限公司: 2011年4月12黃席樾，柴毅，周欣，汪先矩，黃瀚敏.汽車智能輔助操作系統(tǒng)中的障礙物檢測(cè).重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,2000年7月13劉威.無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社, 2012年1月14楊軍.無線局域網(wǎng)組建實(shí)戰(zhàn).北京：電子工業(yè)出版社,2006年4月 15張福學(xué).傳感器實(shí)用電路150例.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社,1993 16黃智偉.藍(lán)牙硬件電路.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005年8月 17夏路易，石宗義.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程-Protel 99SE.北京：北京希望電子出版社，2002年6月附錄A 礦井機(jī)器人程序代碼#include（reg52.h）#include(i