單片機結(jié)課作業(yè)

1、飛思卡爾單片機原理及應(yīng)用結(jié)課作業(yè)學(xué) 院：土木工程學(xué)院專業(yè)班級：11級土木工程5班學(xué) 號：11300517姓 名：賈興電 話：單片機在智能機器人中的應(yīng)用單片機以其功能強、體積小、可靠性高、價格便宜的特點，廣泛應(yīng) 用于智能儀器儀表、電子玩具、家用電器和智能機器人中。機器人自二 十世紀60年代問世以來歷經(jīng)40年的潛心研究，有了飛躍的發(fā)展。早期 的機器人不具備感覺裝置，只是依靠人們給予的程序，重復(fù)進行各種操 作，故也稱它們?yōu)闄C械手；第二代機器人具有簡單的傳感器反饋信息， 能對自身的實際位置、方向、速度等進行測量，從而由這些反饋信息在 事先編好的程序指導(dǎo)下對操作過程進行調(diào)整，以達到預(yù)先設(shè)計的目標； 第三

2、代機器人是能感知外界環(huán)境與對象，并具有對復(fù)雜信息進行準確處 理，對自身行為做出自主決策能力的智能機器人。它能識別景物，有觸 覺、視覺、力覺、聽覺和味覺；能實現(xiàn)搜索、追蹤、辯色識圖等多種仿 生動作；具有專家知識、語音功能和自學(xué)能力。因此，人類已將智能機 器人應(yīng)用于科學(xué)探索、工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事行動、醫(yī)療衛(wèi)生以及 生活服務(wù)等各行各業(yè)，我們用機器人去完成那些危險性高的、環(huán)境惡劣 有害健康的、繁重的或精確的、總之人們難以勝任的工作。可以相信， 二十一世紀機器人將對人類社會的發(fā)展和進步，產(chǎn)生更加深遠的影響。本文以XX廣茂達電子信息XX產(chǎn)品能力風(fēng)暴個人機器人為例， 簡要介紹單片機在智能機器人中的應(yīng)用。

3、能力風(fēng)暴個人機器人是一種靠 兩個輪子移動的個人機器人，它以單片機為核心，輸入由傳感器檢測、 經(jīng)電子線路放大、濾波、整形和線性化處理后的現(xiàn)場信息，單片機根 據(jù)事先編制的程序，對輸入信息進行分析、比較、判斷，然后輸出相應(yīng) 數(shù)據(jù)，控制和驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，使機器人實現(xiàn)各種行為動作。一、現(xiàn)場信號的檢測與處理機器人可以按事先設(shè)計的軌跡移動，也可以由機器人在移動過程中 自主決策：每當碰到障礙物或即將碰到障礙物時立即改變方向移動，避 免與障礙物發(fā)生碰撞。為實現(xiàn)上述功能，機器人采用以下幾種常用傳感 器：1 .光電編碼器光電編碼器是用來檢測機器人位移的傳感器，它使機器人能按預(yù)先 設(shè)計的軌跡移動。光電編碼器由碼盤和光電

4、編碼模塊組成。其中碼盤是固定在機器人 移動輪子內(nèi)側(cè)的圓盤，它被分成黑白相間的66等分，而光電編碼模塊上 有紅外發(fā)射和接收裝置，紅外發(fā)射裝置發(fā)出的紅外光，照到碼盤上時， 由于碼盤上的白色部分對紅外光反射強烈，反之黑色部分將紅外光大部 分吸收，這樣光電編碼模塊的紅外接收裝置便將碼盤反饋回來的強弱光 線轉(zhuǎn)換成一個脈沖序列，輪子旋轉(zhuǎn)一圈，紅外接收裝置將產(chǎn)生33個脈沖, 因此，機器人移動的距離S=3.14X輪子直徑X脈沖效/33。單片機根 據(jù)從光電編碼器輸入的脈沖效，可以控制機器人在某個方向上移動的距 離。2 .碰撞傳感器個人機器人也可在移動過程中自主決策，每當碰障礙物時，立即改 變移動方向。碰撞傳感器

5、是機器人用來感知碰撞信息的傳感器。碰撞傳感器由碰撞環(huán)和四個碰撞開關(guān)組成。每當機器人在某個方向 上碰到障礙物時，碰撞環(huán)受力使該方向上的碰撞開關(guān)閉合，碰撞傳感器 能感知來自前、后、左、右、前右、前左、后右、后左8個方向上的碰 撞信息，碰撞開關(guān)將這些信息轉(zhuǎn)換成電壓信號輸入單片機的模擬輸入端 o3 .紅外傳感器如果希望個人機器人在即將碰上障礙物時，就改變移動方向，那么 紅外傳感器就用來感知與個人機器人有一定距離障礙物的傳感器。紅外 傳感器由位于機器人前面的左右兩個紅外發(fā)射裝置和位于中間的一個紅 外接收模塊組成，檢測時，先關(guān)閉左右兩個紅外發(fā)射裝置，讓紅外接收模塊先接收一次信息，然后啟動左發(fā)射裝 置，再接

6、收第二次，與第一次接收到的信息進行比較，判斷左前方是否有障礙物，同樣再按上述步驟啟動右發(fā)射裝置，接收第 三次信息，與第一次比較，判斷右前方是否有障礙物，正前方是否有障礙物。由于紅外傳感器是利用障礙物上反射的紅外光信號 進行檢測的，因此假如遇到的障礙物顏色太深或面積太小，將使紅外光 反射信號太弱，而導(dǎo)致無法正確檢測。紅外傳感器的接收模塊中除有接 收裝置外，還包括信號放大、濾波、整形等電子線路，它的輸出信號可直接送單片機的模擬輸入端口。4 .其他傳感器能力風(fēng)暴個人機器人還配備了一些其他傳感器：能檢測光線強弱的 光敏傳感器、能辨別聲音大小的麥克風(fēng)聲音傳感器；用于檢測運動人體 的人體熱釋片傳感器，以及

7、超聲傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、溫度傳感器和?覺傳感器等，這些傳感器的擴展，可大大增強個人機器人對周圍環(huán)境的 感知能力，它們檢測的信號經(jīng)過電子線路處理后，均輸入單片機的模擬 輸入端口。二、執(zhí)行機構(gòu)能力風(fēng)暴個人機器人的執(zhí)行機構(gòu)主要是帶動機器人移動的兩臺高性 能直流電機。機器人移動的速度和方向都是通過調(diào)節(jié)直流電機的速度來 實現(xiàn)的。直流電機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)距和電壓有關(guān)，電壓一定時，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)距 成反比，轉(zhuǎn)矩一定時轉(zhuǎn)速隨電壓變化而變化。由于機器人的負載一定， 即轉(zhuǎn)矩一定，因此我們可以通過改變電壓來控制電機轉(zhuǎn)速。直流電機的 工作電壓由單片機輸出提供，單片機輸出的是脈沖信號，如圖2所示。 單片機通過改變脈沖的寬度來調(diào)節(jié)

8、輸入到直流電機的平均電壓，即采用 脈寬調(diào)制來控制電機轉(zhuǎn)速，另外，電機的驅(qū)動由專用芯片提供。三、單片機及其接口能力風(fēng)暴個人機器人采用Motorola公司的高性能8位單片機 MC68HC11,它的片內(nèi)含CPU、存貯器、并行口、串行口、D轉(zhuǎn)換電路、定時器系統(tǒng)以及中斷和復(fù)位系統(tǒng)。單片機輸入傳感器檢 測的現(xiàn)場信息，進行D轉(zhuǎn)換，并按事先編制的程序，對現(xiàn)場信息分析、 比較、判斷，然后根據(jù)設(shè)計要求，輸出脈寬調(diào)制信號控制機器人的行為 動作。同時，單片機還擴展了輸出設(shè)備LCD顯示器和喇叭，2X16字符 LCD顯示器用于顯示機器人的工作狀態(tài)，喇叭只是在需要時發(fā)出聲響或 歌唱。單片機的通用輸入輸出端口有5個：PAD、

9、PB 口、PC口、PD 口 和PE 口，它們除了作為通用1。口使用外，還有其他功能：PA 口的 PAOPA2還具有輸入捕捉功能.PA3PA7有輸出比較功能；PB 口 和PC 口在系統(tǒng)擴展時作為數(shù)據(jù)總線和地址總線使用；PD 口可作為串行 用于數(shù)據(jù)通信；PE 口是單片機的模擬輸入通道。1 .單片機的輸入在個人機器人中，碰撞傳感器、紅外傳感器等將現(xiàn)場信息經(jīng)電子線 路處理后，由單片機的模擬輸入通道PE 口輸入；而光電編碼器檢測的 機器人位移信息，則由單片機PA 的輸入捕捉引腳輸入。輸入捕捉是 MC86HC11單片機定時器系統(tǒng)的功能之一。定時系統(tǒng)有3個獨立的輸入 捕捉功能，可自動記錄定時器輸入引腳上脈沖

10、觸發(fā)邊沿（可正、可負、可 又正又負）出現(xiàn)的時刻，可測量脈沖數(shù)量、周期和相位，還可在允許時向 CPU提供一個輸入捕捉中斷。完成輸入捕捉功能的模塊有3個，每個模塊都包括一個16位定時器 輸入捕捉鎖存器，輸入信號沿檢測邏輯和中斷控制邏輯。每當輸入捕捉 模塊檢測到光電編碼器一次有效跳變時，便將定時器的計數(shù)值裝入模塊 中的輸入捕捉鎖存器，同時在允許情況下產(chǎn)生一次中斷，并在中斷程序 中處理鎖存器的值。2 .單片機的輸出機器人執(zhí)行機構(gòu)直流電機是由單片機PA 口的比較輸出端輸出脈寬 調(diào)制信號進行控制的。輸出比較功能也是MC68HC11單片機定時器系統(tǒng) 的功能之一。定時器系統(tǒng)有5個輸出比較功能模塊，每個模塊有各

11、自的16 位比較寄存器和16位比較器。需要輸出一個指定的脈沖寬度時，先將輸 出的極性和對應(yīng)的時間計數(shù)值寫入比較模塊的16位比較寄存器，啟動定時器，當定時器的計數(shù)值與比較寄存 器的值相等時，輸出端的極性自動改變，這樣，重復(fù)上述操作，便可產(chǎn)生一個指定寬度的脈沖序列。四、智能機器人技術(shù)展望智能機器人是尖端科技的成果，它能高強度、持久地在各種環(huán)境下 從事重復(fù)勞動，它對環(huán)境有很強的適應(yīng)性，很廣泛的通用性，而且機器 人動作準確迅速，可明顯提高生產(chǎn)率、降低成本。所以如果沒有機器人 的幫助，21世紀我們國家在很多領(lǐng)域的發(fā)展將達不到世界先進水平。機 器人要向高智能水平發(fā)展，它應(yīng)具備以下功能：1 .手功能：能對外

12、界物體進行操作，其動作不同于簡單的專用自 動化設(shè)備，而是具有多樣性、通用性和柔軟性；2 .足功能：能在外界環(huán)境中自由移動。無論是平地還是凹凸不平 的山路、海底；3 .感知功能：具有認識環(huán)境與物體，并利用這些信息作自治動作 的能力；4 .記憶功能：能記憶所示教過的動作信息，并再現(xiàn)這些操作;5 .思考功能：對狀態(tài)變化能自主地做出與之相適應(yīng)的行為決策和 規(guī)劃。為了達到上述高智能機器人功能,機器人技術(shù)將從以下幾方面開展：1 .操縱臂技術(shù)：研制高速、高精度，并具有柔性、多自由度的操 縱臂，既有能操縱大重量物體的操縱臂，也有能在顯微鏡下進行作業(yè)的 微型操縱臂；2 .移動裝置：能對移動環(huán)境圖像快速識別，并能在各種情況下做 出綜合性判斷的適應(yīng)不同環(huán)境的新型移動機構(gòu)；3 .傳感器技術(shù)：提高視覺精度.引入高分辨率、高清晰度、高可 靠性的電視攝像技術(shù)，使視覺與手臂的協(xié)調(diào)程序進一步提高；采用壓力計、加速度計、氣體色譜分析儀等微型傳感器，提高機器 人觸覺的感知水平；4 .高級計算機和人工智能技術(shù)：將機器人各部分的功能和動作控 制分別作為計算機的子系統(tǒng)并行處理，各子系統(tǒng)之間應(yīng)有很強的通信功 能，采用分布式計算機，存入大量機器人作業(yè)環(huán)境和工作內(nèi)容的智能常 識，可隨時存取的知識數(shù)據(jù)庫