巡線機器人的設(shè)計

目 錄摘要 11緒論 2設(shè)計背景 2設(shè)計現(xiàn)狀 2設(shè)計內(nèi)容 22方案設(shè)計與論證 3核心系統(tǒng) 3巡線系統(tǒng) 4避障系統(tǒng) 5顯示系統(tǒng) 6動力系統(tǒng) 82.5.1電機 8電機驅(qū)動系統(tǒng) 8時鐘電路 9復(fù)位電路 9外界信息輸入系統(tǒng) 102.8.1獨立鍵盤 10紅外線遙控器 102.9語音系統(tǒng) 112.10總體設(shè)計 113軟件設(shè)計 133.1主程序 13路徑選取子程序 14顯示子程序 15巡線子程序 16PWM調(diào)速子程序 17避障子程序 18路徑識別子程序 18IPAGE36PAGE363.890°、180°轉(zhuǎn)彎子程序 193.9返回子程序 194機器人制作與改進 194.1制作流程 194.1.1核心主板 204.1.2機器人框架 204.2制作中出現(xiàn)的問題及改進結(jié)果 214.2.1PCB板 214.2.2機器人框架 215系統(tǒng)測試及數(shù)據(jù)記錄 215.1調(diào)試步驟 225.2模塊調(diào)試 225.2.1驅(qū)動電路及動力系統(tǒng) 225.2.2巡線系統(tǒng) 235.2.3避障系統(tǒng) 235.3整體調(diào)試 236結(jié)論 24參考文獻 25謝辭 26附錄1電路原理圖 27附錄2PCB覆銅3D圖 28附錄3源程序 29巡線機器人的設(shè)計能。關(guān)鍵字：巡線機器人；單片機；控制系統(tǒng)designofAbstract:Thisdesignmadeasingle-chipmicrocomputerasthecorecontrolunit,withinfraredelectricsensorforautomaticpatrolintelligentdetectionmeansreturnmodeltherobot.Thisdesignusingtheinfraredsensorandelectricalgroupstatusinformationacquisitionpath,thepulsesignalbysinglechipmicrocomputercontrolmethodchangethedirectionofmotorspeed,shortentheintelligentrobotcontrolresponsefinallyrealizesthepatrolrobotautonomousrecognitionwithintheprescribedpathroute,drivingfast,accuratereturn;Inthesensorsignalandsoftwarerealizationpathdetermination,achievedgoodrecognitionperformanceofthepath.keywords:Inspectionrobot；MCU；Control緒論設(shè)計背景域。設(shè)計現(xiàn)狀設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計要求巡線機器人在白色的場地上,通過控制機器人的轉(zhuǎn)向角度和車速,使機器人能自動地沿著一條任意給定的黑色帶狀引導(dǎo)線行駛。在本設(shè)計中巡線機器人接收到紅外遙控器或鍵盤給出的開始及目標(biāo)位置信I/OI/ORLG_count=1LLG_count=1135……246……FH1-1檢測狀態(tài)系統(tǒng)檢測狀態(tài)系統(tǒng)避障系統(tǒng)巡線系統(tǒng)PWM調(diào)速系統(tǒng)初始化電源系統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)圖1-1 系統(tǒng)總體邏輯結(jié)構(gòu)框架圖方案設(shè)計與論證[1]的各項要求。核心系統(tǒng)定了以下兩種方案并進行了綜合的比較論證，具體如下：[2]。STC89C52各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。目的設(shè)計要求，因此采用方案二來實現(xiàn)。巡線系統(tǒng)ST比較可靠，因此采用方案二[3]。STST18830K[4]。2-1單片機紅外管單片機紅外管傳感器單片機紅外管傳感器圖2-1 黑線探測示意圖(黑色引導(dǎo)線上的兩個白點為紅外傳感器)圖2-2 黑線探測原理圖（在正常狀態(tài)下每個紅外傳感器感光量相同,通過調(diào)節(jié)變阻器，使得電壓輸出避障系統(tǒng)[5]2-3R23、R2410—80cm，開關(guān)量輸出（TTL電平的障礙情況，為成功避障提供了保證。1 1 2C2274HC14 U7CVCC34R213K956 R2322pF 38KC241M5021K74HC14 P1.1R18R22 1N4483K9974HC14U7D8R245021K2200pF12KP1.0 D774HC141N4148VCCD8R1947R13R14R203K9IRL100Q2Q3100C15100uFp1.290129012J8123圖2-3123顯示系統(tǒng)目前市場上存在兩種顯示模塊，我對兩種顯示模塊進行了比較，具體如下：方案一采用液晶顯示屏，其能耗相對較低，又稱LCD，它是由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組構(gòu)成。LCDLCDLCDLCDLCDLCDCRT[6]。其優(yōu)點包括：低輻射，益健康；CRT畫面柔和不傷眼；液晶顯示屏畫面不會閃爍；LCD1602可以顯示32個字符（共兩行）液晶模塊。其管腳接口如圖2-4所示。Lcd1602RAM2-580×8（80節(jié)）RAM2-5圖2-4 LCD1602顯示模塊電路圖LCD基本操作時序：如表2-1所示。表2-1 LCD基本操作時序讀狀態(tài)輸入：RS=L,RW=H,E=H輸出：D0-D7=狀態(tài)字寫指令輸入：RS=L,RW=L,D0-D7=指令E=高脈沖輸出：無讀數(shù)據(jù)輸入：RS=H,RW=H,E=H輸出：D0-D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入：RS=H,RW=L,D0-D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出：無圖2-5 LCD1602RAM地址映射圖方案二采用LED數(shù)碼管進行顯示。數(shù)碼管由于顯示速度快，使用簡單，顯示通過比較我選定了方案一，用LCD進行機器人的狀態(tài)顯示。動力系統(tǒng)電機十分重要。由于本設(shè)計要實現(xiàn)對路徑的準(zhǔn)確定位，綜合考慮了以下兩種方案。減速齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。208r/min6cm，因此我們的機器人的最大速度可以達到V=2πr?v=2*3.14*0.033*208/60=0.7184m/s能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此選擇了此方案。電機驅(qū)動系統(tǒng)方案并進行了綜合的比較論證L293DL293D2-6。方案二直流電機用分立元件構(gòu)成驅(qū)動電路。由分立元件構(gòu)成電機驅(qū)動電路，因此本設(shè)計選用了方案一。圖2-6 L293D電路原理圖時鐘電路89C52單片機雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。89C52單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式[8]。XTAL1、XTAL21.2MHzC220pF100pF11.0592MHz,22pF。NPO復(fù)位電路89S52RSTS5P2,電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式[9]。最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充VCC1ms,11.0592MHzC90.1μF,R710KΩ。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計即采用的按鍵手動復(fù)位。RSTVCC2-711.0592MHz時，C90.1μF,R710KΩ。圖2-7 89S52單片機復(fù)位電路外界信息輸入系統(tǒng)獨立鍵盤1，12，2I/O紅外線遙控器都采用了紅外遙控系統(tǒng)。4—6/解碼專用集成電[11]2-8語音系統(tǒng)[12]2-9電源穩(wěn)壓系統(tǒng)按鍵部分控制部分發(fā)射部分接收部分電源穩(wěn)壓系統(tǒng)按鍵部分控制部分發(fā)射部分接收部分(一體化紅外接收頭)單片機89C52A遙控部分 B接收部分圖2-8 紅外遙控電路框圖（A）發(fā)射電路框圖（B）接收電路框圖圖2-9 語音模塊電路原理圖總體設(shè)計成。圖2-10 主板電路總原理圖巡線機器人系統(tǒng)要求巡線機器人在白色的場地上,通過控制機器人的轉(zhuǎn)向角度和車速,使機器人能自動地沿著一條任意給定的黑色帶狀引導(dǎo)線行駛并識別每一個節(jié)點信息，直至到達指定位置，待接收到返回信息后，180°轉(zhuǎn)彎并原路返2-10軟件設(shè)計巡線機器人系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便控制機器人巡線。立的程序段，這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法[13]。模塊程序設(shè)計法的主要優(yōu)點是：單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調(diào)試；模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務(wù)在不同條件下調(diào)用；模塊程序允許設(shè)計者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計者提供方便。﹑線子程序、PWM調(diào)速子程序、避障子程序、路徑識別子程序、90°、180°轉(zhuǎn)彎子程序以及定時子程序、中斷子程序構(gòu)成。主程序按遙控器電源鍵啟動機器人顯示系統(tǒng),顯示“Hellowelcome“1”12”23”311seemyhands”等待返回鍵鍵值，當(dāng)按下返回鍵后，機器人180°轉(zhuǎn)彎繼續(xù)巡線行駛，在檢測到主軌道時，右轉(zhuǎn)75°，向前巡線行駛，進入主軌道，直到檢測到起始180obstruction開始啟動顯示程序進入相應(yīng)軌道（障礙物，受阻）”同時蜂鳴器連續(xù)響兩聲[14]。簡要程序流程如圖3-1所示。開始啟動顯示程序進入相應(yīng)軌道右轉(zhuǎn)進入雙號左轉(zhuǎn)進入單號軌道軌道檢測到停止線檢測到停止線等待按鍵轉(zhuǎn)180°等待按鍵轉(zhuǎn)180°前進結(jié)束轉(zhuǎn)彎進入主道圖3-1 主程序簡要邏輯流程圖路徑選取子程序JQR.HT21msLG_COUNT++，這樣就完成了路徑的識別，左1“LLG_COUNT1LLG_COUNTLLG_COUNT0，LLG_COUNT1，再由LLG_COUNT0，停止此次任務(wù)[15]。簡要邏輯流程圖如圖3-2所示。開始接收鍵盤或遙控數(shù)據(jù)開始接收鍵盤或遙控數(shù)據(jù)接收信號為45否是啟動機器人顯示進入1號路徑是是接收信號為18否是接收信號為0C否是接收信號為5E否是接收信號為08否接收鍵盤或遙控數(shù)據(jù)是接收信號為1C顯示子程序

圖3-2 根據(jù)用戶輸入選取路徑結(jié)束進入結(jié)束進入5號路徑進入返回程序進入4號路徑進入3號路徑進入2號路徑顯示子程序的邏輯流程圖如圖3-3所示。開始開始否是否顯示是主程序中結(jié)束顯示相應(yīng)文字結(jié)束顯示相應(yīng)文字圖3-3 LCD1602液晶顯示流程圖巡線子程序巡線子程序的邏輯流程圖如圖3-4所示。開始開始傳感器傳感器 否LB2=1&&RB1=1傳感器LB2=0&&RB1=1否傳感器LB2=1&&RB1=0否傳感器LB2=0&&RB1=0否是是是是傳感器LB1=1&&RB2=1是機器人向前走機器人向右走機器人向左走機器人向后走機器人向前走結(jié)束機器人停止運動圖3-4 結(jié)束機器人停止運動PWM調(diào)速子程序PWM的波形圖如圖3-5所示。圖3-5 PWM波形PWM調(diào)速子程序邏輯流程圖如圖3-6所示。設(shè)置初始值sudu設(shè)置初始值sudu開始開始否否是Pwm_val<=suduPwm_val==10是否結(jié)束Pwm=0Pwm=1Pwm_val=0定時器1mspwm_val自加圖3-6 PWM調(diào)速子程序邏輯流程圖避障子程序避障子程序的邏輯流程圖如圖3-7所示。開始開始是是傳感器LBZ1=1&&RBZ=0否否是否停止運動否傳感器LBZ1=0&&RBZ=0傳感器LBZ1=0&&RBZ=1是是是機器人向右走結(jié)束機器人停止運動機器人向前走機器人向左走機器人向前走

避障子程序邏輯流程圖路徑識別子程序的邏輯流程圖如圖3-8所示。開始開始否否傳感器LB1=0&&RB2=0是否傳感器LB2=1&&RB1=1否傳感器LB1=1&&RB2=0是否是傳感器LB1=0&&RB2=1是結(jié)束等待返回按鍵值LG_count=0FH=1機器人停止運動顯示seemyhands機器人向前走LG_count++LG_count++機器人向前走圖3-8 路徑識別子程序邏輯流程圖3.890°、180°轉(zhuǎn)彎子程序20ms75°90°轉(zhuǎn)彎。180°90°轉(zhuǎn)彎。3.9返回子程序YFHZ==1N由主程序給FHZ賦值返回子程序啟動YFHZ==1N由主程序給FHZ賦值返回子程序啟動開始開始FHZ=0FHZ=0返回遇到主軌道左轉(zhuǎn)90°遇到主軌道右轉(zhuǎn)90°圖3-9 返回子程序邏輯流程圖機器人制作與改進制作流程4-15543210圖4-1 軌道形狀核心主板PCB機器人框架4-2圖4-2 巡線機器人成品正面（左）和反面（右）制作中出現(xiàn)的問題及改進結(jié)果PCBPCBProtelAltiumaltiumdesignerPCBPCB4-3圖4-3 巡線機器人主板PCB正面（左）和反面（右）機器人框架所示[16]。系統(tǒng)測試及數(shù)據(jù)記錄再聯(lián)起來整體調(diào)試的方法進行調(diào)試。調(diào)試步驟系統(tǒng)調(diào)試步驟如下：（1）驅(qū)動電路模塊調(diào)試；（2）動力系統(tǒng)；（3）巡線系統(tǒng)的調(diào)試；（4）避障系統(tǒng)的調(diào)試；（5）路徑選取、識別系統(tǒng)的調(diào)試；（6）試。模塊調(diào)試驅(qū)動電路及動力系統(tǒng)圖5-1 驅(qū)動電路模塊線路連接圖5-17.2VPWMPWMPWMPWM圖5-2 PWM波形圖巡線系統(tǒng)此系統(tǒng)調(diào)試將用單獨的巡線程序進行調(diào)試，調(diào)試時，巡線軌道也應(yīng)設(shè)計好，若機器人可以沿軌道完成直線及曲線行駛，則此系統(tǒng)調(diào)試成功，否則調(diào)整傳感器位置或巡線軌道形狀。避障系統(tǒng)接收模塊調(diào)試同巡線、避障系統(tǒng)調(diào)試，單獨調(diào)試，直至調(diào)試完成。整體調(diào)試整個系統(tǒng)綜合有如下幾個特點：（1）89S51如顯示、外部中斷等；（2）在電路的設(shè)計中充分考慮了系統(tǒng)的可靠性和安全性。經(jīng)過實驗測試，精心改進，最終達到設(shè)計的各項要求，動態(tài)性能也達到較高指標(biāo)。記錄，進而對傳感器位置及程序做出改進，以達到最優(yōu)效果。結(jié)論本系統(tǒng)能實現(xiàn)如下功能：和弧形軌道的前進。若有偏離，能夠自動糾正，返回到預(yù)設(shè)軌道上來；障礙物，從無障礙區(qū)通過。機器人通過障礙區(qū)后，能夠自動循跡；自動檢測停止線并自動停止運動；巡線機器人在收到返回信號后，可以沿軌道原路返回并回歸原位。統(tǒng)的軟硬件采用模塊化設(shè)計，擴展性強，應(yīng)用前景廣闊。參考文獻張巖,裴曉敏,付韶彬.基于單片機的智能循跡小車設(shè)計[J].術(shù),2014（03）:51-54.郝永江,王春軍,秦明明,柳理定,代超.智能餐廳服務(wù)系統(tǒng)機器人設(shè)計[J].技視界,2014（07）:57-58.[J].教育教學(xué)論壇,2014（20）:150-151.呂雯.多路徑循跡控制策略的研究[D].上海師范大學(xué),2014.[5]盛任.循跡機器人控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計[D].鄭州大學(xué),2013.顧群,蒲雙雷.基于單片機的智能小車避障循跡系統(tǒng)設(shè)計[J].用,2012（05）:23.薛紅,尹廷輝,蘇勇,倪雪.循跡智能小車的系統(tǒng)設(shè)計[J].軍事通信技術(shù),2012（03）:72-75.李波,楊衛(wèi),張文棟,黃偉.一種智能小車自主尋/循跡系統(tǒng)設(shè)計[J].量與控制,2012（10）:2798-2801.辛昕.循跡機器人控制器的硬件設(shè)計與實現(xiàn)[D].大連理工大學(xué),2013.[10]林家鑄,陳惠靜.送餐機器人的制作[J].電子制作,2011（02）:8-13.STC89C52單片機的智能循跡小車設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù),2011（31）:7751-7753+7758.張立勛,李彥濤,高峻,劉富強.助餐機器人軌跡規(guī)劃研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2010（05）:1232-1236.陳華偉,熊慧.智能循跡小車硬件設(shè)計及路徑識別算法[J].式系統(tǒng)應(yīng)用,2010（12）:26-28+31.[J].電子設(shè)計工程,2013（23）:178-180+184.張梅美,孫鳳英.自動循跡搬運車控制系統(tǒng)設(shè)計.現(xiàn)代科學(xué)儀器,2013（01）:111-114.JuanCortés,ThierrySiméon.DISASSEMBLYPATHPLANNINGFOROBJECTSWITHARTICULATEDPARTS[J].IFACProceedingsVolumes,2007：402.附錄1電路原理圖電路原理圖附錄2PCB覆銅3D圖PCB覆銅3D正面圖附錄3源程序源程序中只截取了主程序#include<AT89x52.H>#include<JQR.H>#include<LCD.H> voidmain(void){ intb=0; TIM12Inital();TIM2Inital(); delay(50); if(IrOK!=1) while(Im[2]!=0x45); BUZZ=0; delay(30); BUZZ=1; IrOK=0; delay(10); xs(welcome,kong); while(1)/*無限循環(huán)*/ { if(IrOK==1){switch(Im[2]) { case0x46:{//菜單 xs(caidan,set); while(Im[2]!=0x43){ if(IrOK==1) { switch(Im[2]) { case0x16:{ //0 sudu=0; xs(caidan,sd0); }break; case0x0C:{ //1 sudu=1; xs(caidan,sd1); }break; case0x18:{ //2 sudu=2; xs(caidan,sd2); }break; case0x5e:{ //3 sudu=3; xs(caidan,sd3); }break; case0x08:{ //4 sudu=4; xs(caidan,sd4); }break; case0x1c:{ //5 sudu=5; xs(caidan,sd5); }break; case0x5a:{ //6 sudu=6; xs(caidan,sd6); }break;case0x42:{ //7 sudu=7; xs(caidan,sd7); }break; case0x52:{ //8 sudu=8; xs(caidan,sd8); }break;case0x4a:{ //9 sudu=9; xs(caidan,sd9); }break; case0x0d:{ //ok xs(an,kong); }break;default:{//其它 }break; } IrOK=0; }} xs(luxian,shaodeng); }break; case0x47:{ //音量 }break; case0x44:{ //模式 xs(welcome,ceshi); while(Im[2]!=0x43){ if(IrOK==1) switch(Im[2]) switch(Im[2]) { case0x40:{ //+ run2(); }break; case0x07:{//左 leftrun(); }break; case0xd9:{ //右 rightrun(); }break; case0x15:{ //停 stop(3); }break; case0x0d:{ //ok xs(an,kong); }break; default:{//其它 }break; } IrOK=0; } } xs(luxian,shaodeng); }break; case0x43:{ //返回 }break; case0x0d:{ //ok }break; case0x19:{ //-backrun();}break; case0x0C:{ //1 xs(welcome,lujing1); if(RLG_count>1) { Left_dianji_Stop; Right_dianji_Stop; xs(cuowu,help); xiang(3); break;} run(); delay(1); sudu=4; while(!b) { if(RLG_count!=1) run(); if(RLG_count==1)//1號軌道右側(cè)第一個的軌道 {stop(3); rightrun90(); stop(3); xs(welcome,lujing1); sudu=5; RLG_count=0; b=1; }} run1(7);//7,8case0x18:{ //2 xs(welcome,lujing1); if(LLG_count>1) { Left_dianji_Stop; Right_dianji_Stop; xs(cuowu,help); xiang(3); break;} run(); delay(1); sudu=4; while(!b) { if(LLG_count!=1) run(); if(LLG_count==1)//2號軌道左側(cè)第一個的軌道 {stop(3); leftrun90(); stop(3); xs(welcome,lujing2); sudu=5; LLG_count=0; b=1; }} run1(8);//7,8 }break;case0x5e:{ //3 xs(welcome,lujing1); if(RLG_count>2) { Left_dianji_Stop; Right_dianji_Stop; xs(cuowu,help); 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