機(jī)電綜合實(shí)驗(yàn)兩輪智能移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(共27頁(yè))

1、機(jī)電綜合實(shí)驗(yàn) 之機(jī)電一體化綜合控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告書 題 目：兩輪智能移動(dòng)機(jī)器人 實(shí) 驗(yàn) 者： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 日 期：2013.12.29 目錄1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3二、實(shí)驗(yàn)對(duì)象.3三、設(shè)計(jì)原理.3四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程.7五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備.7六、實(shí)驗(yàn)步驟及報(bào)告.7 1、實(shí)驗(yàn)前的安裝調(diào)試.7 2、小車按預(yù)定路線行走.9 3、小車勻加速/減速運(yùn)動(dòng).11 4、 小車觸須避障.13 5、小車紅外避障.22七、心得.25八、本實(shí)驗(yàn)對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響.26一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握機(jī)器人機(jī)械工作方式、觸覺(jué)開(kāi)關(guān)及紅外導(dǎo)航工作原理，掌握機(jī)器人尾隨行走所需的閉環(huán)控制算法 2、學(xué)會(huì)運(yùn)用 C 語(yǔ)言初次編寫少量的程序，運(yùn)用編譯器編譯生成可執(zhí)

2、行文件，然后下載到單片機(jī)上，通過(guò)串口觀察機(jī)器人上的單片機(jī)教學(xué)板的執(zhí)行結(jié)果 二、設(shè)計(jì)對(duì)象本項(xiàng)目是使用典型的機(jī)器人工程對(duì)象，采用STC8952單片機(jī)作為大腦，行走機(jī)構(gòu)為兩個(gè)車輪，采用伺服電機(jī)控制。觸覺(jué)導(dǎo)航采用觸覺(jué)開(kāi)關(guān)，紅外導(dǎo)航采用發(fā)射紅外線遇障礙反射技術(shù)導(dǎo)航。三、設(shè)計(jì)原理 運(yùn)用STC8952單片機(jī)，采用C語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行編程，控制機(jī)器人伺服電機(jī)以不同速度運(yùn)動(dòng)是通過(guò)讓單片機(jī)輸入、輸出接口輸出不同的脈沖序列來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如控制機(jī)器人伺服電機(jī)以不同速度運(yùn)動(dòng)是通過(guò)讓單片機(jī)的輸入/輸出（I/O）口輸出不同的脈沖序列來(lái)實(shí)現(xiàn)的。51 系列單片機(jī)是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Fl

3、ash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash.單片機(jī)各 I/O 接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且每個(gè) 8 位并行 I/O 口的使用方式也不太一樣。AT89S52 引腳如圖所示，AT89S52 共有44 根引腳，其中 32 根是 I/O 端口引腳。在這 32 根引腳中，有29 根具備兩種用途，既可作為I/O 端口，也可作為控制信號(hào)或地址及數(shù)據(jù)線。機(jī)器人伺服電機(jī)控制信號(hào)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零的控制信號(hào)時(shí)序圖圖 1所示是

4、高電平持續(xù) 1.5ms 低電平持續(xù) 20ms，然后不斷重復(fù)的控制脈沖序列。該脈沖序列發(fā)給經(jīng)過(guò)零點(diǎn)標(biāo)定后的伺服電機(jī)，伺服電機(jī)不會(huì)旋轉(zhuǎn)程序段： while(1)P1_0=1; /P1_0輸出高電平delay_nus(1500); /延時(shí)1.5msP1_0=0; /P1_0輸出低電平delay_nus(20000); /延時(shí)20ms圖 2所示是高電平持續(xù) 1.3ms 低電平持續(xù) 20ms，然后不斷重復(fù)的控制脈沖序列。該脈沖序列發(fā)給經(jīng)過(guò)零點(diǎn)標(biāo)定后的伺服電機(jī)，伺服電機(jī)順時(shí)針全速旋轉(zhuǎn)。程序段： while(1)P1_0=1; /P1_0輸出高電平delay_nus(1300); /延時(shí)1.3msP1_0=

5、0; /P1_0輸出低電平delay_nus(20000); /延時(shí)20ms圖 3所示是高電平持續(xù) 1.7ms 低電平持續(xù) 20ms，然后不斷重復(fù)的控制脈沖序列。該脈沖序列發(fā)給經(jīng)過(guò)零點(diǎn)標(biāo)定后的伺服電機(jī)，伺服電機(jī)逆時(shí)針全速旋轉(zhuǎn)。程序段：While（1）P1_0=1; /P1_0輸出高電平delay_nus(1700); /延時(shí)1.7msP1_0=0; /P1_0輸出低電平delay_nus(20000); /延時(shí)20ms從圖 1、2和3可知，控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速的是高電平持續(xù)的時(shí)間，當(dāng)高電平持續(xù)時(shí)間為 1.3ms 時(shí)，電機(jī)順時(shí)針全速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)高電平持續(xù)時(shí)間1.7ms 時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針?biāo)傩D(zhuǎn)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

6、按時(shí)間順序，實(shí)驗(yàn)主要有以下內(nèi)容：1、安裝軟件并調(diào)試，電機(jī)調(diào)零2、基本巡航動(dòng)作3、讓小車行走一定的形狀（本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)路線是一個(gè)“口”字）4、完成簡(jiǎn)單觸覺(jué)導(dǎo)航5、實(shí)現(xiàn)紅外導(dǎo)航避障五、實(shí)驗(yàn)步驟及報(bào)告（一）軟件和硬件的安裝調(diào)試1、硬件連接機(jī)器人大腦需要連接電源以便運(yùn)行，同時(shí)也需要連接到PC機(jī)（或筆記本電腦）以便編程和交互。以上接線完成后，就可以用編輯器軟件來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。（1）串口的連接機(jī)器人教學(xué)板通過(guò)串口電纜連接到PC機(jī)（或筆記本電腦）上以便與用戶交互。（2）下載線的連接機(jī)器人程序通過(guò)連接到PC機(jī)或者筆記本電腦的并口上的ISP下載線來(lái)下載到教學(xué)板上的單片機(jī)內(nèi)。（3）電池的安裝本實(shí)驗(yàn)機(jī)器人采用五號(hào)堿

7、性電池給機(jī)器人電機(jī)和教學(xué)板供電，先檢查機(jī)器人底部電池盒內(nèi)是否已經(jīng)裝好電池，并是否有正常的電壓輸出。2、軟件部分在本實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，反復(fù)用到三款軟件：Keil uVision2 IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、下載軟件、串口調(diào)試軟件等。（1）Keil uVision2 IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境該軟件是德國(guó) KEIL 公司出品的 51 系列單片機(jī) C 語(yǔ)言集成開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。如果你已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)基礎(chǔ)機(jī)器人制作與編程，并掌握了 PBASIC 語(yǔ)言編程思想和基本技能，你將會(huì)發(fā)現(xiàn)，C語(yǔ)言在語(yǔ)法結(jié)構(gòu)上更加靈活，功能更加強(qiáng)大。（2）SL ISP軟件下載工具使用該軟件你可以將可執(zhí)行文件下載到你的機(jī)器人單片機(jī)上。該軟件的使用需要計(jì)算機(jī)有并行口

8、。（3）串口調(diào)試軟件此軟件是用來(lái)顯示單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的交互信息的。在硬件上，計(jì)算機(jī)至少要有串口或USB接口來(lái)與單片機(jī)教學(xué)板的串口連接。3、 電機(jī)調(diào)零啟動(dòng)Keil uVision IDE 程序，建立項(xiàng)目文件，選擇正確的芯片類型，創(chuàng)建與編輯一個(gè)調(diào)零程序，編譯后產(chǎn)生可執(zhí)行文件，并下載可執(zhí)行文件到STC8952單片機(jī)，然后觀察電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)，若轉(zhuǎn)動(dòng)，用螺絲起子手動(dòng)調(diào)零。調(diào)零程序如下：#include<BoeBot.h>#include<uart.h>int main(void)int counter;uart_Init();printf("Program Running!

9、n");for(counter=0;counter<130;counter+)/運(yùn)行3 秒P1_1=1;delay_nus(1500);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1500);P1_0=0;delay_nms(20);while(1); 二、基本巡航動(dòng)作下面的程序片段可以使其向前走：P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;delay_nms(20);下面的程序片段可以使其向后走： P1_1=1;delay_nus(1300);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(170

10、0);P1_0=0;delay_nms(20);下面的程序片段可以使你的機(jī)器人原地左轉(zhuǎn)：P1_1=1;delay_nus(1300);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;delay_nms(20);下面的程序可以使你的機(jī)器人原地右轉(zhuǎn)：P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1700);P1_0=0;delay_nms(20);實(shí)現(xiàn)一定形狀行走： 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)路線是一個(gè)“口”字，類似電機(jī)調(diào)零的相關(guān)操作，把程序?qū)雴纹瑱C(jī)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)調(diào)試。程序如下：#include<BoeBot.h>#include&l

11、t;uart.h>int main(void)int counter;uart_Init();printf("Program Running!n");for(counter=1;counter<=65;counter+)/向前P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;delay_nms(20);for(counter=1;counter<=26;counter+)/向左轉(zhuǎn)P1_1=1;delay_nus(1300);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1300);P1

12、_0=0;delay_nms(20);While（1）;（2） 勻加速/減速運(yùn)動(dòng)勻加速運(yùn)動(dòng)程序：for(pulseCount=10;pulseCount<=200;pulseCount=pulseCount+1)P1_1=1;delay_nus(1500+pulseCount);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1500-pulseCount);P1_0=0;delay_nms(20);勻減速運(yùn)動(dòng)程序：for(pulseCount=200;pulseCount>=0;pulseCount=pulseCount-1)P1_1=1;delay_nus(1500+pulse

13、Count);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1500-pulseCount);P1_0=0;delay_nms(20);兩輪機(jī)器人加速減速走程序：#include<BoeBot.h>#include<uart.h>int main(void)int pulseCount;uart_Init();printf("Program Running!n");for(pulseCount=10;pulseCount<=200;pulseCount=pulseCount+1)P1_1=1;delay_nus(1500+pulseCount

14、);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1500-pulseCount);P1_0=0;delay_nms(20);for(pulseCount=1;pulseCount<=75;pulseCount+)P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;delay_nms(20);for(pulseCount=200;pulseCount>=0;pulseCount=pulseCount-1)P1_1=1;delay_nus(1500+pulseCount);P1_1=0;P1_0=1;delay_n

15、us(1500-pulseCount);P1_0=0;delay_nms(20);while(1);（3） 觸須避障編程讓機(jī)器人通過(guò)觸覺(jué)胡須導(dǎo)航之前，首先必須安裝并測(cè)試胡須，安裝機(jī)器人觸覺(jué)胡須所需的硬件元件清單，包括： （1）金屬絲2根 （2）平頭M3×22盤頭螺釘2個(gè) （3）13mm圓形立柱2個(gè) （4）M3尼龍墊圈2個(gè) （5）3-pin公-公接頭2個(gè) （6）220電阻2個(gè) （7）10k電阻2個(gè) 安裝胡須：1 拆掉連接主板到前支架的兩顆螺釘2 參考圖4-2，進(jìn)行下面操作3 螺釘依次穿過(guò)M3尼龍墊圈、13mm圓形立柱4 螺釘穿過(guò)主板上的圓孔之后，擰進(jìn)主板下面的支架中，但不要擰緊5 把須

16、狀金屬絲的其中一個(gè)鉤在尼龍墊圈之上，另一個(gè)鉤在尼龍墊圈之下，調(diào)整它們的位置使它們橫向交叉但又不接觸6 擰緊螺釘?shù)街Ъ苌?圖4-2 安裝機(jī)器人胡須7 參考接線圖4-3，搭建胡須電路。注意：右邊胡須狀態(tài)信息輸入是通過(guò)P1口的第4腳完成，而左邊胡須狀態(tài)信息輸入是通過(guò)P2口的第3腳完成8 確定兩條胡須比較靠近，但又不接觸面包板上的3-pin頭。推薦保持3mm的距離。9圖4-4所示是實(shí)際的參考接線圖。10 安裝好觸覺(jué)胡須的機(jī)器人如圖4-5所示 觀察一下圖4-3所示的胡須電路示意圖，顯然每條胡須都是一個(gè)機(jī)械式的、接地常開(kāi)的開(kāi)關(guān)。胡須接地（GND）是因?yàn)榻虒W(xué)板外圍的鍍金孔都連接到GND。金屬支架和螺絲釘提供

17、電氣連接給胡須。通過(guò)編程讓單片機(jī)探測(cè)什么時(shí)候胡須被觸動(dòng)。由圖4-3可知，連接到每個(gè)胡須電路的I/O引腳監(jiān)視著10K上拉電阻上的電壓變化。當(dāng)胡須沒(méi)有被觸動(dòng)，連接胡須的I/O管腳的電壓是5V；當(dāng)胡須被觸動(dòng)時(shí)，I/O短接到地，所以I/O管腳的電壓是0V。 胡須測(cè)試程序：#include<BoeBot.h>#include<uart.h>int P1_4state(void)return (P1&0x10)?1:0;int P1_7state(void)return (P1&0x80)?1:0;int main(void)uart_Init();printf(&

18、quot;WHISKER STARTESn");while(1)printf("右邊胡須的狀態(tài):%d ",P1_4state();printf("左邊胡須的狀態(tài):%dn",P1_7state();delay_nms(150);2、 通過(guò)胡須導(dǎo)航程序如下：#include<BoeBot.h>#include<uart.h>int P1_4state(void）return (P1&0x10)?1:0;int P1_7state(void)return (P2&0x80)?1:0;void Forward(v

19、oid)P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;delay_nms(20);void Left_Turn(void)int i;for(i=1;i<=19;i+)P1_1=1;delay_nus(1300);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1300);P1_0=0;delay_nms(20);void Right_Turn(void)int i;for(i=1;i<=19;i+)P1_1=1;delay_nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1700);P1

20、_0=0;delay_nms(20);void Backward(void)int i;for(i=1;i<=38;i+)P1_1=1;delay_nus(1300);P1_1=0;P1_0=1;delay_nus(1700);P1_0=0;delay_nms(20);int main(void)int counter=1; int old2=1;int old3=0; uart_Init();printf("Program Running!n");while(1)if(P1_4state()!=P1_7state()if(old2!=P1_4state()&

21、&(old3!=P1_7state()counter=counter+1;old2=P1_4state();old3=P1_7state();if(counter>4)counter=1;Backward();/向后Left_Turn();/向左Left_Turn();/向左elsecounter=1;if(P1_4state()=0)&&(P1_7state()=0) /兩胡須同時(shí)碰到Backward(); /向后Left_Turn();/向左Left_Turn();/向左else if(P1_4state()=0) /右胡須碰到Backward();/向后Le

22、ft_Turn();/向左else if(P1_7state()=0) /左胡須碰到Backward();/向后Right_Turn();/向右else /胡須沒(méi)有碰到Forward();/向前 帶著胡須機(jī)器人怎樣行走？主程序中的語(yǔ)句首先檢查胡須的狀態(tài)。如果兩個(gè)胡須都觸動(dòng)了即P1_4state()和P2_3state()都為0，調(diào)用Backward()，緊接著調(diào)用Left_Turn ()兩次；如果只是右胡須被觸動(dòng)即只有P1_4state()=0，程序調(diào)用Backward()，然后再調(diào)用Left_Turn ()；如果左胡須被觸動(dòng)即只有P2_3state()=0，程序調(diào)用Backward()，然后

23、再調(diào)用Right _Turn()；如果兩個(gè)胡須都沒(méi)有觸動(dòng)，在這種情況下，在else中調(diào)用Forward()語(yǔ)句。函數(shù)Left_Turn()，Right_Turn()以及Backward()看起來(lái)應(yīng)該相當(dāng)熟悉，但是函數(shù)Forward()有一個(gè)變動(dòng)。它只發(fā)送一個(gè)脈沖，然后返回。這點(diǎn)相當(dāng)重要，因?yàn)闄C(jī)器人可以在向前行走中的每?jī)蓚€(gè)脈沖之間檢查胡須的狀態(tài)。意味著，機(jī)器人在向前行走的過(guò)程中，每秒檢查觸須狀態(tài)大概43次（1000ms/23ms =43）。因?yàn)槊總€(gè)全速前進(jìn)的脈沖都使得機(jī)器人前進(jìn)大約半厘米。只發(fā)送一個(gè)脈沖，然后回去檢查胡須的狀態(tài)是一個(gè)好主意。每次程序從Forward()返回后，程序再次從while

24、循環(huán)的開(kāi)始處執(zhí)行，此時(shí)ifelse 語(yǔ)句會(huì)再次檢查胡須的狀態(tài)。（五）紅外避障1、實(shí)驗(yàn)器材：(1) 兩個(gè)紅外檢測(cè)器(2) 兩個(gè)IR LED(3) 四個(gè)470電阻(4) 兩個(gè)9013三極管2、搭建紅外線前燈􀁺 (1)斷開(kāi)主板和伺服系統(tǒng)的電源􀁺 (2)建立下圖所示的電路，2、測(cè)試程序 （1）測(cè)試左邊程序：#include<BoeBot.h> #include<uart.h> int P1_2state(void) return (P1&0x04)?1:0; int main(void) int counter; int irDete

25、ctLeft; uart_Init(); printf("Program Running!n"); while(1) for(counter=0;counter<38;counter+) P1_3=1; delay_nus(13); P1_3=0; delay_nus(13); irDetectLeft=P1_2state(); printf("irDetectLeft=%dn",irDetectLeft); delay_nms(100); （2）測(cè)試右邊程序：#include<BoeBot.h> #include<uart.h&

26、gt; int P1_7state(void) return (P1&0x04)?1:0; int main(void) int counter; int irDetectRight; uart_Init(); printf("Program Running!n"); while(1) for(counter=0;counter<38;counter+) P1_6=1; delay_nus(13); P1_6=0; delay_nus(13); irDetectRight=P1_7state(); printf("irDetectRight=%dn&

27、quot;,irDetectRight); delay_nms(100); （3） 步驟：² 打開(kāi)教學(xué)板的電源² 輸入、保存并運(yùn)行測(cè)試程序² 保持機(jī)器人與串口電纜的連接，因?yàn)槟阈栌谜{(diào)試終端來(lái)測(cè)試你的IR組² 放一個(gè)物體，比如手或一張紙，距離左側(cè)IR組大約2到3厘米，² 驗(yàn)證當(dāng)你放一個(gè)物體在IR組前時(shí)，調(diào)試終端是否會(huì)顯示“0”；當(dāng)你將物體移開(kāi)時(shí)，它是否顯示“1”² 如果調(diào)試終端顯示的是預(yù)料的值，沒(méi)發(fā)現(xiàn)物體顯示1，發(fā)現(xiàn)物體顯示0，說(shuō)明測(cè)試完成，紅外發(fā)射探測(cè)器安裝成功² 如果調(diào)試終端顯示的不是預(yù)料的值，試試排錯(cuò)部分里的步驟進(jìn)行排錯(cuò)

28、排錯(cuò)，并檢查電路和輸入的程序，或者調(diào)整紅外發(fā)射器角度，直到測(cè)試正常²3、 紅外避障程序#include<BoeBot.h> #include<uart.h> #include<intrins.h> #define LeftIR P1_2 /左邊紅外接收連接到P1_2 #define RightIR P1_7 /右邊紅外接收連接到P3_2 #define LeftLaunch P1_3 /左邊紅外發(fā)射連接到P1_3 #define RightLaunch P1_6 /右邊紅外發(fā)射連接到P3_3 void IRLaunch(unsigned char

29、IR) int counter; if(IR='L') /左邊發(fā)射 for(counter=0;counter<38;counter+) /發(fā)射時(shí)間比胡須長(zhǎng) LeftLaunch=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LeftLaunch=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _n

30、op_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); if(IR='R') /右邊發(fā)射 for(counter=0;counter<38;counter+) RightLaunch=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); RightLaunch=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _n

31、op_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); void Forward(void) /向前行走子程序 P1_1=1; delay_nus(1300); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1700); P1_0=0; delay_nms(20); void Left_Turn(void) /左轉(zhuǎn)子程序 int i; for( i=1;i<=26;i+) P1_1=1; delay_nus(1300); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20); void Right

32、_Turn(void) /右轉(zhuǎn)子程序 int i; for( i=1;i<=26;i+) P1_1=1; delay_nus(1700); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1700); P1_0=0; delay_nms(20); void Backward(void) /向后行走子程序 int i; for( i=1;i<=65;i+) P1_1=1; delay_nus(1700); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20); int main(void) int irDetectLeft,irDetectRight; uart_Init(); printf("Program Running!n"); while(1) IRLaunch('R'); /右邊發(fā)射 irDetectRight = RightIR;/右邊接收 I