機(jī)器人課程設(shè)計(jì)說明書

1、機(jī)器人課程設(shè)計(jì)說明書指導(dǎo)教師:院系： 班級(jí):姓名:禹口 學(xué)號(hào)：、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容1、目的和意義機(jī)器人涉及機(jī)械、電子、傳感、控制等多個(gè)領(lǐng)域和學(xué)科。本課程設(shè)計(jì)是在機(jī)器人學(xué)課程的基礎(chǔ)上，利用多傳感技術(shù)、控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人 控制系統(tǒng)的綜合與應(yīng)用，達(dá)到鍛煉學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力的目的。讓我們把理 論與實(shí)踐結(jié)合起來，掌握更多技能。（一）、機(jī)器人硬件本課程設(shè)計(jì)使用實(shí)驗(yàn)室已有的移動(dòng)機(jī)器人。機(jī)器人有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪、一個(gè)從動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪由舵機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。 機(jī)器人控制器為89S52單片機(jī)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。1 ，向于一 廣三前圖1機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（二）、設(shè)計(jì)任務(wù) 利用多傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃及控制。具體為：控制機(jī)器

2、 人在規(guī)定的場(chǎng)地內(nèi)避開障礙物走遍整個(gè)場(chǎng)地。C51單片機(jī)編程環(huán)境與機(jī)器人智能1、單片機(jī)與C51系列單片機(jī)（一）、單片機(jī)單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù) 據(jù)處理能力的中央處理器 CPL隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM只讀存儲(chǔ)器ROM多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào) 制電路、模擬多路、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小 而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代, 由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機(jī)。（二）、C51系列單片機(jī)MCS51是指由美國(guó)INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的

3、總稱。這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如 8031，8051，8751等，其中8051是最典型的產(chǎn)品，該系列單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的。本課程設(shè)計(jì)所用的AT89S52單片機(jī)是在此基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的。AT89S52 是一種高性能、低功耗的8位單片機(jī)，內(nèi)含8k字節(jié)ISP可反復(fù)擦寫1000 次的FLASH只讀程序存儲(chǔ)器，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS5指令系統(tǒng)及其引腳結(jié)構(gòu)，在實(shí)際工程應(yīng)用中，功能強(qiáng)大的 AT89S52已成為許多高性價(jià)比嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案。2、機(jī)器人與C51單片機(jī)圖3是本設(shè)計(jì)使用的機(jī)器人工程對(duì)象，它采用 AT89S52單片機(jī)作為大腦，通過教學(xué)板安裝在機(jī)器人底盤上，

4、完成設(shè)計(jì)要求的基本能力，使他具 備基本的智能。)圖3采用C51單片機(jī)的機(jī)器人3、所需軟件我們將反復(fù)用到三款軟件：Keil uVision2 IDE集成開發(fā)環(huán)境、SL ISP下載軟件、串口調(diào)試軟件等。（一）、Keil uVision2 IDE 集成開發(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語言集成開發(fā)系統(tǒng)。你可以在KEIL公司的網(wǎng)站上獲得該軟件的安裝包。（二）、SL ISP軟件下載工具該軟件是廣州天河雙龍電子有限公司推出的一款I(lǐng)SP下載軟件，使用該軟件你可以將可執(zhí)行的文件下載到你的機(jī)器人單片機(jī)上。該軟件的使用需要你的計(jì)算機(jī)有并行口。你可以在雙龍公司的網(wǎng)站中獲得該軟件。(三) 、串口調(diào)

5、試軟件此軟件是用來顯示單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的交互信息的。在硬件上你的計(jì)算機(jī)至少要有串口或USB接口來與單片機(jī)的教學(xué)板的串口連接。這個(gè)在實(shí)驗(yàn) 室中提供了該軟件的綠色版本，無需安裝即可使用。小車硬件安裝過程1.安裝機(jī)器人底盤硬件(1) 將13/32英寸的橡膠套圈插到寶貝車底盤衷心的孔內(nèi)。(2) 確保底盤中心孔的邊緣嵌在橡膠圈的凹槽中。(3) 用4個(gè)螺絲將螺柱固定在底盤上。2. 拆除舵機(jī)擺臂(1) 用螺絲起子去掉舵機(jī)擺臂和電機(jī)輸出軸之間的螺釘。(2) 將舵機(jī)擺臂從電機(jī)輸出軸上取下來。(3) 將螺絲釘保存好，而后還會(huì)用到。3. 將電機(jī)安裝到底盤上(1)用盤頭螺絲和螺母將舵機(jī)固定在底盤上。為了最好的性能，必須

6、從里面而不是從外面把電機(jī)放入巨型窗口。(2)用標(biāo)簽紙標(biāo)識(shí)伺服電機(jī)的左右輪。4安裝電池盒(1)用平頭螺絲和螺母將電池盒固定在寶貝車機(jī)器人的底盤下面。將螺絲穿過電池盒，然后在底盤上面用螺母緊固。將電池盒的電源連接線穿過底盤中間帶有橡膠圈的孔。將伺服電機(jī)線也穿過此孔。牌例伺服電機(jī)線和電源線。5安裝輪子輪子的中心孔與底盤尾部的中心孔對(duì)準(zhǔn)在一條水平線上。將開口銷同時(shí)穿過這三個(gè)孔(底盤左側(cè)、尾輪、底盤右側(cè)) 將開口銷一端彎曲使它不會(huì)滑出。拉伸橡皮圈，把它套在每個(gè)輪子上。每個(gè)輪子有一個(gè)凹槽用于把它安裝到輸出軸上。將兩個(gè)輪子分別在輸出軸上，確保兩個(gè)高度一致，并已安裝進(jìn)輪子的凹槽。 用螺絲釘將輪子固定在輸出軸上

7、。6安裝固定連接線(1)連接伺服電機(jī)到教學(xué)底板上的電機(jī)接口處。(2)將貼著“L”(左輪驅(qū)動(dòng)電機(jī))的插頭連接到PC3端口，貼著“R” (右 輪驅(qū)動(dòng)電機(jī))的插頭連接到PC 2端口。(3)確保面包板接近驅(qū)動(dòng)輪而不是尾輪。(4) 將主板放在四個(gè)支架上使其與四個(gè)孔對(duì)齊。(5) 用盤頭呆平墊螺絲將主板固定在螺柱上。四、C51+AVR控制板介紹概述:C51+AVR寶貝車控制板，是鷗鵬科技有限公司開發(fā)的，一款擁有C51和AVR功能的單片機(jī)控制板。C51部分采用的是AT89S52單片機(jī),AVR部 分采用的是ALTMEGA8的單片機(jī)。89S52的主要性能:?與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ? 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程F

8、lash存儲(chǔ)器 ? 1000次擦寫周期 ? 全靜態(tài)操作：OHz33Hz?三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 ? 32個(gè)可編程I/O 口線?三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 ?八個(gè)中斷源 ? 全雙工UART串行通道?低功耗空閑和掉電模式 ?掉電后中斷可喚醒 ?看門狗定時(shí)器 ?雙數(shù)據(jù)指針 ?掉電標(biāo)識(shí)符功能特性描述AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS位微控制器， 具有8K在系統(tǒng) 可編程Flash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，使

9、得AT89S52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。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash ,256字節(jié)RAM 32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振 及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至OHz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亭止工作，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，振蕩器被凍結(jié),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。AVR的主要性能:高性能、低功耗的8位AVR?微處理器先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)

10、130條指令。大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期32個(gè)8位通用工作寄存器全靜態(tài)工作工作于16 MHz時(shí)性能高達(dá)16 MIPS只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash擦寫壽命: 10,000次。具有獨(dú)立鎖定位的可選 Boot代碼區(qū)通過片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的同時(shí)讀寫操作512字節(jié)的EEPROMg寫壽命：100,000次。1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密 外設(shè)特點(diǎn)兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中之一有比較功能。一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器-具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 RTC

11、三通道PWMTQFP與MLF封裝的8路ADCB路10位ADC PDIP封裝的6路ADC 8路10位ADC面向字節(jié)的兩線接口兩個(gè)可編程的串行 USART可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口。具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器片內(nèi)模擬比較器特殊的處理器特點(diǎn)上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC振蕩器片內(nèi)/片外中斷源-5種睡眠模式：空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模 式、掉電模式及Standby模式。I/O和封裝-23個(gè)可編程的I/O 口- 28引腳PDIP封裝,32引腳TQFP封裝,32引腳MLF封裝。工作電壓 2.7 -C工作模式：3.6 mA空5.5V (ATmega8L) -

12、 4.5 - 5.5V (ATmega8)。速度等級(jí) 0- 8 MHz(ATmega8L)-0 - 16 MHz (ATmega8)4 Mhz 時(shí)功耗，3V, 25閑模式：1.0 mA 掉電模式：0.5uA27圖（2）1電源插頭：?jiǎn)纹瑱C(jī)供電1720pin排母：AVRLC顯示塊的擴(kuò)展接口。2三檔撥動(dòng)開關(guān):1、檔關(guān)2、單片機(jī)供電3、舵機(jī)供電。18IO擴(kuò)展口舵機(jī)插口：舵機(jī)與AVR單片機(jī)的連接。3C51ISP下載口：并口下載HEX文件。19AVR擴(kuò)展口。4C51單片機(jī)供電跳線。20擴(kuò)展面包板。5三端穩(wěn)壓器：提供穩(wěn)定的5V電源21電源指示燈：顯示控制板是否 通電。6電源選擇跳線：當(dāng)跳線帽連接 到Vin的

13、時(shí)候舵機(jī)的供電電源22C51單片機(jī)電源顯示燈：用于C51單片機(jī)通電反饋。是輸入電壓電源，當(dāng)跳線帽連接到Vcc，舵機(jī)的供電電源是5V。7舵機(jī)連接插頭：舵機(jī)與C51單23AVR單片機(jī)電源顯示燈：用于片機(jī)的連接。AVR單片機(jī)通電反饋。8C51單片機(jī)的10擴(kuò)展口。24輕觸開關(guān)：用于C51單片機(jī)復(fù)位。晶振：給C51單片機(jī)提供時(shí)鐘920pin排母：C51LCD顯示塊的25擴(kuò)展接口信號(hào)。1MAX232通信IC :用于PC機(jī)與26晶振：給AVR單片機(jī)提供時(shí)鐘0單片機(jī)進(jìn)行異步串行通信。信號(hào)。1DB9母頭：PC機(jī)和C51系列的27輕觸開關(guān)：用于AVR單片機(jī)復(fù)1單片機(jī)的異步串行通信。位。1C51系列單片機(jī)：AT89

14、S5228舵機(jī)和滾輪：寶貝車的運(yùn)動(dòng)執(zhí)2TOFP封裝。行器件1AVRISP下載口：并口下載HEX29寶貝車的支架。3文件。14AVR單片機(jī)供電跳線。1AVR系列單片機(jī)28腳PDIP封5裝。1DB9母頭：PC機(jī)和AVR系列的6單片機(jī)的異步串行通信。五、軟件編程設(shè)計(jì)任務(wù)一、基本巡航動(dòng)作定義了機(jī)器人的前后左右四個(gè)方向：當(dāng)機(jī)器人向前走時(shí)，它將走向本頁(yè)紙的右邊;當(dāng)向后走時(shí)，會(huì)走向紙的左邊；向左轉(zhuǎn)會(huì)使其向紙的頂端移動(dòng)；向右轉(zhuǎn)它 會(huì)朝著本頁(yè)紙的底 端移動(dòng)。#in clude #in cludeint mai n(void)int coun ter;uart_l nit();向前printf(P rogram

15、Runnin g!n);for(co un ter=1;co un ter=65;co un ter+)/P1_1 = 1;delay_ nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_ nus(1300);P1_0=0;delay_ nm s(20);for(co un ter=1;co un terv=26;co un ter+)/P1_1 = 1;delay_ nus(1300);P1_1=0;P1_0=1;delay_ nus(1300);P1_0=0;delay_ nm s(20);for(co un ter=1;co un ter=26;co un ter+)/向左轉(zhuǎn)向

16、右轉(zhuǎn)P1_1 = 1;delay_ nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_ nus(1700);P1_0=0;向后delay_ nm s(20);for(co un ter=1;co un terv=65;co un ter+)/P1_1 = 1;delay_ nus(1300);P1_1=0;P1_0=1;delay_ nus(1700);P1_0=0;delay_ nm s(20);while(1);任務(wù)二、搭建并測(cè)試IR發(fā)射和探測(cè)器對(duì)元件清單:(1)兩個(gè)紅外檢測(cè)器 (2)兩個(gè) IR LED (3)四個(gè)470電阻兩個(gè)9013三極管搭建紅外線前燈 電路板的每個(gè)角安裝一個(gè)

17、IR組（IR LED和檢測(cè)器）。斷開主板和伺服系統(tǒng)的電源建立圖5-3所示的電路，可參考實(shí)物圖5-4VCCeeVCC1GHD2PI 23GiroOUTQ3R3470IKDETZCTIR江EDVCC1GHD2P3 53OUTQ41 EDETECTR4470IR ED %Pl_3 二470QI 13PX 二470Q201Jir任務(wù)、探測(cè)和避開障礙物#in clude #in clude #in clude#define LeftIR P1 2 /左邊紅外接收連接到P1 2#define RightIR P3_5 /右邊紅外接收連接到P3_5#define LeftLaunch P1 3 /左邊紅外發(fā)

18、射連接到P1 3#define RightLaunch P3_6 /右邊紅外發(fā)射連接到 P3_6 void IRLa un ch( un sig ned char IR) int coun ter;發(fā)射時(shí)間比胡須長(zhǎng)if(IR=L) /左邊發(fā)射for(co un ter=0;co un ter38;co un ter+) /LeftLa un ch=1;_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();LeftLa un ch=0;_n

19、op_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();if(IR=R) /右邊發(fā)射for(co un ter=0;co un ter38;co un ter+)RightLa un ch=1;_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();RightLa un ch=0;_nop_

20、(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();void Forward(void) /向前行走子程序P1_1 = 1;delay_ nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_ nus(1300);P1_0=0;delay_ nm s(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;de

21、lay_ nus(1300);P1_0=0;delay_ nm s(20);void Right_Turn(void) /右轉(zhuǎn)子程序int i;for( i=1；iv=26;i+)P1_1 = 1;delay_ nus(1700);P1_1=0;P1_0=1;delay_ nus(1700);P1_0=0;delay_ nm s(20);void Backward(void) /向后行走子程序int i;for( i=1;i=65;i+)P1_1 = 1;delay_ nus(1300);P1_1=0;P1_0=1;delay_ nus(1700);P1_0=0;delay_ nm s(20);int mai n(void) int irDetectLeft,irDetectRight;uart_l nit();pnntf(P rogram Runnin g!n);while(1)右邊接收IRLau nch(R); / 右邊發(fā)射irDetectRight = RightIR;/IRLau nch(L); /左邊發(fā)射irDet