機(jī)器人課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、機(jī)器人課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)指導(dǎo)教師:院系： 班級(jí)： 姓名： 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(lái)，掌握更多技能。2、設(shè)計(jì)內(nèi)容（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。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 人

2、在規(guī)定的場(chǎng)地內(nèi)避開(kāi)障礙物走遍整個(gè)場(chǎng)地。二 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 CPU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)MCS

3、51 是指由美國(guó) INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱。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(lái)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(lái)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(xiě) 1000 次的 FLASH只讀程序存儲(chǔ)器， 兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51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

4、 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(guò)教學(xué)板安裝在機(jī)器人底盤(pán)上，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(kāi)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(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)。 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 ISP 下載軟件，使用該軟件你可

5、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)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。在硬件上你的計(jì)算 機(jī)至少要有串口或 USB接口來(lái)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(wú)需安裝即可使用。三、小車(chē)硬件安裝過(guò)程1.安裝機(jī)器人底盤(pán)硬件（1）將 13/32 英寸的橡膠套圈插到寶貝車(chē)底盤(pán)衷心的孔內(nèi)。（2）確保底盤(pán)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(pán)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

6、上取下來(lái)。（3）將螺絲釘保存好，而后還會(huì)用到 。將電機(jī)安裝到底盤(pán)上（1）用盤(pán)頭螺絲和螺母將舵機(jī)固定在底盤(pán)上。 為了最好的性能， 必須從里 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 。安裝電池盒（1）用平頭螺絲和螺母將電池盒固定在寶貝車(chē)機(jī)器人的底盤(pán)下面。（2）將螺絲穿過(guò)電池盒，然后在底盤(pán)上面用螺母緊固。（3）將電池盒的電源連接線穿過(guò)底盤(pán)中間帶有橡膠圈的孔。（4）將伺服電機(jī)線也穿過(guò)此孔。（5）牌例伺服電機(jī)線和電源線。安裝輪子（1）輪子的中心孔與底盤(pán)尾部的中心孔對(duì)準(zhǔn)在一條水平線上。（2）將開(kāi)口銷(xiāo)同時(shí)穿過(guò)這三個(gè)孔（底盤(pán)左側(cè)、尾輪、底盤(pán)右側(cè)）（3）將開(kāi)口銷(xiāo)一端彎曲使它不會(huì)滑

7、出。（4）拉伸橡皮圈，把它套在每個(gè)輪子上。（5）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。（6）用螺絲釘將輪子固定在輸出軸上。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” 輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)）的插頭連接到 PC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(pán)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(chē)控制板， 是鷗鵬科技有限公司開(kāi)發(fā)的， 一款擁有 C51

8、 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 Flash 存儲(chǔ)器1000 次擦寫(xiě)周期 全靜態(tài)操作： 0Hz33Hz 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(mén)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 CMOS8 位微控制器， 具有 8K 在系統(tǒng) 可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用

9、 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(mén)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

10、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) 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(xiě)壽命 : 10,00

11、0 次。具有獨(dú)立鎖定位的可選 Boot 代碼區(qū)通過(guò)片上 Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編 程真正的同時(shí)讀寫(xiě)操作 512 字節(jié)的 EEPROM擦寫(xiě)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三通道 PWM，TQFP 與 MLF 封裝的 8 路 ADC 8 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

12、 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(mén)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(guò)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 - (ATmega8L) - (ATmega8。) 速度等級(jí) 0 - 8 MHz (ATmega8L) 0 - 16 MHz (

13、ATmega8)4 Mhz 時(shí)功耗, 3V, 25C工作模式 : mA空閑模式 : mA 掉電模式 :圖( 1)圖（ 2）1電源插頭：?jiǎn)纹瑱C(jī)供電1720pin 排母：AVRLCD顯示塊的 擴(kuò)展接口。2三檔撥動(dòng)開(kāi)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

14、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 IO 擴(kuò)展口。24輕觸開(kāi)關(guān)：用于 C51 單片機(jī)復(fù)位。920pin 排母：C51LCD顯示塊的25晶振：給 C51 單片機(jī)提供時(shí)鐘擴(kuò)展接口信號(hào)。1MAX232 通信 IC：用于 PC 機(jī)26晶振：給 AVR 單片機(jī)提供時(shí)0與單片機(jī)進(jìn)行異步串行通信。鐘信號(hào)。1DB9母頭： PC機(jī)和 C51 系列27輕觸開(kāi)關(guān)：用于 AVR 單片機(jī)1的單片機(jī)的異步串行通信。復(fù)位。1C51 系列單片機(jī)： AT89S52，28舵機(jī)和滾輪：寶貝車(chē)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(chē)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6的單片機(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