輪式機(jī)器人-設(shè)計(jì)報(bào)告

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告 項(xiàng) 目：自動(dòng)循跡輪式機(jī)器人的設(shè)計(jì)制作 班 級(jí)： 電131 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 同組同學(xué)： 學(xué) 期： 2016-2017-1 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵? 1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 自動(dòng)循跡、智能避障機(jī)器人是一個(gè)與電氣工程專(zhuān)業(yè)有著密切關(guān)系的實(shí)際工程裝備，本綜合實(shí)驗(yàn)以此

2、為依托，把自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人能夠沿著設(shè)置的道路路線運(yùn)動(dòng)作為控制目標(biāo)，完成從模型建立、控制方案確定、控制參數(shù)仿真分析、硬件線路設(shè)計(jì)到實(shí)物機(jī)械安裝、硬件安裝調(diào)試、控制程序編寫(xiě)集成、系統(tǒng)調(diào)試等步驟過(guò)程的訓(xùn)練。 本實(shí)驗(yàn)涉及到《電路分析》、《電子技術(shù)》、《電力電子技術(shù)》、《電機(jī)學(xué)》、《電力拖動(dòng)》、《自動(dòng)控制原理》、《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》、《電機(jī)控制技術(shù)》等課程的理論和實(shí)驗(yàn)知識(shí)。是學(xué)生接觸實(shí)際電氣工程專(zhuān)業(yè)復(fù)雜工程問(wèn)題的重要及關(guān)鍵途徑。通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，運(yùn)用現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具的能力，分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。從而使學(xué)生初步能夠解決主要涉及電氣工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)的復(fù)雜工程問(wèn)題。 1.2

3、實(shí)驗(yàn)要求 要求同學(xué)綜合運(yùn)用課程的理論和實(shí)驗(yàn)知識(shí)，以自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人能夠以一定的速度沿著設(shè)置的道路路線運(yùn)動(dòng)作為控制目標(biāo)（技術(shù)指標(biāo)為：機(jī)器人行走速度≥1m/s，行走偏離導(dǎo)航的線速度≤2/3車(chē)身寬度），要求完成從模型建立、控制方案確定、控制參數(shù)仿真分析、硬件線路設(shè)計(jì)到實(shí)物機(jī)械安裝、硬件安裝調(diào)試、控制程序編寫(xiě)集成、系統(tǒng)調(diào)試等實(shí)驗(yàn)步驟。具體要求為： 1）檢索資料，對(duì)自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r，當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢(shì)有所了解，查閱工程規(guī)范文件、產(chǎn)品樣本、使用說(shuō)明，了解實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須遵守的工程規(guī)范和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)所受到的商用產(chǎn)品的實(shí)際限制。 2）理解自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人

4、的機(jī)械結(jié)構(gòu)，用CAD軟件繪制機(jī)械零部件的加工圖紙，安裝自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人。 3）綜合運(yùn)用物理特性分析法和實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)定法建立自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型，必要時(shí)在工作點(diǎn)附近近似線性化，以獲得線性數(shù)學(xué)模型。 4）設(shè)計(jì)自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，包括控制芯片的選型，外圍電路的設(shè)計(jì)，傳感器類(lèi)型型號(hào)的選擇、功率驅(qū)動(dòng)電路的選擇、人機(jī)交互部件的選擇，掌握所選擇元器件、部件的性能、用法。用電子線路設(shè)計(jì)軟件繪制硬件原理圖，設(shè)計(jì)相應(yīng)的PCB設(shè)計(jì)圖，安裝硬件并調(diào)試。 5）根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，選擇合適的控制算法，結(jié)合具體數(shù)學(xué)模型，計(jì)算系統(tǒng)所能達(dá)到性能指標(biāo)，利用MATLAB

5、軟件進(jìn)行必要的系統(tǒng)仿真，通過(guò)仿真掌握控制參數(shù)的整定方法，使自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人系統(tǒng)滿足性能指標(biāo)。 6）掌握系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的步驟方法，調(diào)試參數(shù)的記錄方法，動(dòng)態(tài)曲線的測(cè)定記錄方法。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用數(shù)值處理方法和相關(guān)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并加以分析，記錄實(shí)驗(yàn)曲線，與理論分析結(jié)果對(duì)比，得出有意義的結(jié)論。 2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與器件 表1：設(shè)備與器件 器件名稱(chēng) 數(shù)量 雙12V變壓器 1 紅外避障傳感器直流電機(jī) 1 聲音傳感器 1 有源蜂鳴器 1 紅外循跡傳感器 1 穩(wěn)壓芯片7805/7812 5 繼電器 1 紅外避障傳感器 1 LM298電機(jī)驅(qū)動(dòng) 1 STC15

6、W4K58S4單片機(jī) 1 四輪車(chē)模型 1 PC機(jī) 1 烙鐵 1 焊錫 1 起子 1 按鍵 若干 軟件平臺(tái)： window7操作平臺(tái) keil軟件編程 protues軟件 AD軟件 AutoCAD軟件 Matlab軟件 3 實(shí)驗(yàn)原理分析 3.1自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人的工作原理 智能車(chē)，又稱(chēng)為自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人，它是以輪子作為移動(dòng)設(shè)備、實(shí)現(xiàn)自主行駛的移動(dòng)機(jī)器人。智能車(chē)是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息融合技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、智能控制技術(shù)及自動(dòng)化控制技術(shù)等發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自主行駛與

7、行為控制等功能于一體的高技術(shù)綜合系統(tǒng)[1]，它可以在復(fù)雜環(huán)境下，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)行駛方向、控制啟停、實(shí)現(xiàn)速度的自主控制等。目前，智能車(chē)在各個(gè)領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景，如它可以代替人類(lèi)對(duì)零部件、線路板等類(lèi)似產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)；可以為顧客提供導(dǎo)購(gòu)幫助；可以幫助殘疾人改善生活質(zhì)量和生活自由度;可以用于水下、太空及遠(yuǎn)程的服務(wù)與探測(cè)；可以完成在各種惡劣環(huán)境下的貨物搬運(yùn)以及系統(tǒng)維護(hù)和監(jiān)測(cè)等工作；可以代替人類(lèi)在危險(xiǎn)地帶完成軍事任務(wù)；可以幫助人類(lèi)完成地質(zhì)勘探；可以改善道路交通安全，提高道路網(wǎng)絡(luò)利用率，降低能源消耗等等。 自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)

8、給機(jī)器人一個(gè)視覺(jué)功能[2]。避障控制系統(tǒng)是基于自動(dòng)導(dǎo)引自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人(avg—auto-guide vehicle)系統(tǒng)，基于它的自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)避開(kāi)障礙，選擇正確的行進(jìn)路線.使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。 本設(shè)計(jì)自動(dòng)循跡避障輪式機(jī)器人主要由主控模塊的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，遙控模塊的遙控板，電源模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，超聲波模塊，機(jī)械臂控制模塊等組成。根據(jù)研究進(jìn)展的深淺可基于單片機(jī)開(kāi)發(fā)板增加聲控模塊，避障模塊，循跡模塊，跟蹤模塊等等。 3.2 數(shù)學(xué)模型的建立 3.2.1 運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立 采用的四輪結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用兩輪差速驅(qū)動(dòng)方式

9、，后兩個(gè)為從動(dòng)輪，只起到支撐平衡作用。假定左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪與地面之間沒(méi)有滑動(dòng)，也沒(méi)有側(cè)移，只是做純粹的滾動(dòng)，則機(jī)器人滿足鋼體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。圖3.1所示｛XW,YW,O｝為世界坐標(biāo)系，｛X,Y,O｝為移動(dòng)坐標(biāo)系，PX為機(jī)器人前進(jìn)方向。 圖1坐標(biāo)系圖 智能循跡機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)主要處理控制參數(shù)和系統(tǒng)在狀態(tài)空間的運(yùn)動(dòng)兩者之間的關(guān)系，它包括正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)兩個(gè)方面。正運(yùn)動(dòng)學(xué)解決如何根據(jù)智能循跡機(jī)器人的速度來(lái)計(jì)算它的位姿或運(yùn)動(dòng)軌跡，當(dāng)機(jī)器人的位姿（，, θ）時(shí)，差動(dòng)智能循跡機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)就是利用這連個(gè)差動(dòng)輪的速度（，）來(lái)計(jì)算其位置，通用公式計(jì)算如下

10、 （1） （2） （3） 其中， 和分別為左右輪的驅(qū)動(dòng)速度，是兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪之間的距離，為智能循跡機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)輪半徑；智能循跡機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解決如何控制輪子的速度以達(dá)到智能循跡機(jī)器人所需的運(yùn)動(dòng)軌跡或位姿，即在已知位置（，，）時(shí)，如果根據(jù)以上公式，求出兩輪差動(dòng)速度（，）。由于差動(dòng)輪式驅(qū)動(dòng)屬于非完整性約束問(wèn)題，故智能循跡機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)只有在特殊條件下求解，其解往往不唯一，根據(jù)系統(tǒng)的需求，本文對(duì)智能循跡機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析按照兩種情況分別進(jìn)行。 直線運(yùn)動(dòng) 當(dāng)差動(dòng)輪式智能循跡機(jī)器人左右兩輪的速度大小相等且方向相同時(shí)，機(jī)

11、器人的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線，所圖3.2所示。 圖2直線運(yùn)動(dòng)原理圖 設(shè)t=0時(shí)，機(jī)器人移動(dòng)坐標(biāo)系｛X0，Y0，P0｝與世界坐標(biāo)系｛XW,YW,O｝重合，經(jīng)過(guò)時(shí)間t后機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到新的移動(dòng)坐標(biāo)系｛Xt，Yt，Pt｝，當(dāng)機(jī)器人左右兩輪的速度大小相等且方向相同(即=)時(shí)由公式(3)有： 將其代入公式（1）、（2）得： （4） （5） 由和公式（4）、（5）式可知：機(jī)器人左右兩輪的速度大小相等而方向相同時(shí)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線。 圓弧運(yùn)動(dòng) 當(dāng)差動(dòng)智能循跡機(jī)器人

12、左右兩輪的運(yùn)動(dòng)方向相同速度大小保持不變且差速度固定不變時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧。 設(shè)t=0時(shí)，機(jī)器人移動(dòng)坐標(biāo)系｛X0，Y0，P0｝與世界坐標(biāo)系｛XW,YW,O｝重合，經(jīng)過(guò)時(shí)間ｔ后機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到新的移動(dòng)坐標(biāo)系｛Xt，Yt，Pt｝，如圖： 圖3圓弧運(yùn)動(dòng)原理圖 當(dāng)機(jī)器人左右兩輪的速度差恒定，且方向保持不變時(shí)，由公式(3)有： （6） 將和代入公式(1) 有： （7） 求定積分得： （8） 將和代入公式(2) 有： （9） 由公式（9

13、）有： （10） 由公式（10）有： （11） （12） 由上可知，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓弧，將上式轉(zhuǎn)化為圓的標(biāo)準(zhǔn)方程： 由式（11）、（12）可知，當(dāng)機(jī)器人左右兩輪的運(yùn)動(dòng)方向相同、速度大小保持不變且速度固定不變時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧。圓心在世界坐標(biāo)系YW的軸上。其圓心坐標(biāo)為： (0,), 圓弧半徑為： 當(dāng)機(jī)器人右輪速度大于左輪速度時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡在世界坐標(biāo)系的一、二象限；當(dāng)機(jī)器人右輪速度小于左輪速度時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡在世界坐標(biāo)系的三、四象限。運(yùn)動(dòng)軌跡如圖： a :

14、 b : 圖4圓弧運(yùn)動(dòng)圖 電機(jī)模型的建立 輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，輪子受到的力包括電機(jī)牽引力，摩擦力、轉(zhuǎn)彎引起的滾轉(zhuǎn)阻力改變，輪式機(jī)器人加速度為，根據(jù)力矩平衡原理，可得： （13） 輪式機(jī)器人動(dòng)力為直流電動(dòng)機(jī)，機(jī)械特性為： （14） （15） 假設(shè)電池電壓為U0，控制滿肚為Xumax，電壓為： （16） 其中：U為電樞端的輸入電壓；Ra為電樞繞組電阻；Rj為串入電樞回路的調(diào)節(jié)電阻；CE為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；C

15、T為轉(zhuǎn)矩常數(shù)；T2為機(jī)械輸出轉(zhuǎn)矩，T0為空載轉(zhuǎn)矩，為每極磁通量。 ，， （17） ， （18） 其中：，可見(jiàn)：，，與電機(jī)本身，電池電壓，輪式機(jī)器人質(zhì)量、勻速行駛的阻力等有關(guān)，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得；是輪式機(jī)器人轉(zhuǎn)向的影響，與因轉(zhuǎn)彎而增加的滾動(dòng)摩擦阻力呈正比，因此，假設(shè)可表示為： （19） 實(shí)驗(yàn)大致過(guò)程為：先假設(shè)偏轉(zhuǎn)角為0，將，，看作待定系數(shù)，理論上來(lái)說(shuō)，如果有三組占空比與輪式機(jī)器人速度v、速度變化率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以求出，，，實(shí)際上考慮實(shí)驗(yàn)誤差和可靠性，

16、應(yīng)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，采用最小二乘法估計(jì)，，。 然后將，，帶入，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，得到大量與v的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定。 3.3.1車(chē)體設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人采用輪式結(jié)構(gòu)，它共有四個(gè)車(chē)輪，前面兩個(gè)車(chē)輪為舵輪，控制車(chē)體運(yùn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)角方向，前輪轉(zhuǎn)動(dòng)輪采用連桿式結(jié)構(gòu)，由一個(gè)57式步進(jìn)電機(jī)控制;后面兩個(gè)為驅(qū)動(dòng)輪，不可轉(zhuǎn)向，分別由兩個(gè)同步的步進(jìn)電機(jī)控制，作為驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)與后輪采取直連的方式，即不經(jīng)過(guò)任何傳動(dòng)裝置和減速器，電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度即為后輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。車(chē)體采用長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，車(chē)體牢固可靠，能夠承載需要的載重重量。 3.3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)模塊 目前，驅(qū)動(dòng)智能循跡機(jī)器人行走或是機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)所使用的動(dòng)力裝

17、置有很多種，大部分采用以下幾類(lèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 1、直流伺服電機(jī)(DC Servo Motor)其特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定性好、控制容易、響應(yīng)速度快，調(diào)速范圍寬，損耗小、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，但制造成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，容易受工作環(huán)境的影響。因此它可以用于成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。 2、交流伺服電機(jī)，主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，其工作原理是通電線圈在磁場(chǎng)中受到力的作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。多用于需要高轉(zhuǎn)速大力矩輸出的條件要求。 3、步進(jìn)電機(jī)是一種將高頻率電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子的角位移或者線位移的電氣設(shè)備。其轉(zhuǎn)動(dòng)速度速的大小、轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)多少與接收到的脈沖控制信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)目相關(guān)，脈沖頻率越大，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，

18、反之越慢；脈沖數(shù)越多，轉(zhuǎn)過(guò)的角度或走過(guò)的位移就越大，反之越小。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器每接收到一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，它轉(zhuǎn)過(guò)的角度是固定的，即電機(jī)步距角，步距角的大小與步進(jìn)電機(jī)本身的特性有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)還可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制，這是步進(jìn)電機(jī)另一個(gè)重要特性，不需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，因此，被廣泛使用。 方案一：采用四個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)底盤(pán)，留兩路電機(jī)接口，方便接舵機(jī)或控制機(jī)械臂，以及作為充電器接口。其優(yōu)點(diǎn)是取物時(shí)平衡性好，行動(dòng)穩(wěn)定，速度快，動(dòng)力強(qiáng)。其缺點(diǎn)是車(chē)體笨重，電路設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，功耗大，編寫(xiě)程序也相對(duì)困難。 方案二：采用四輪兩驅(qū)車(chē)體，同樣留兩路電機(jī)接口。其優(yōu)點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，功耗小，行動(dòng)靈活。缺點(diǎn)是取物是平衡性不

19、好。為設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，故我認(rèn)為取方案二合理。 3.3.3循跡模塊設(shè)計(jì) 利用光電傳感器實(shí)現(xiàn)循跡的基本原理 3.3.3.1 光電傳感器的工作原理 光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。 發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。 此

20、外，光電開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。 三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過(guò)反射后，還是從這根反射線返回。 3.3.3.2 光電傳感器的分類(lèi)和工作方式 這里的循跡是指智能循跡機(jī)器人在黑色地板上循白線行走，通常采取的方法是紅外探測(cè)法。 紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收

21、，小車(chē)上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光[3]為依據(jù)來(lái)確定黑線的位置和小車(chē)的行走路線。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過(guò)3cm。 常用室內(nèi)機(jī)器人的定位傳感器根據(jù)其定位與導(dǎo)航方式的不同分類(lèi)較多，包括:采用航跡推算的光電編碼器;采用路標(biāo)方式的超聲波測(cè)距儀、光電開(kāi)關(guān)、光纖傳感器;采用磁導(dǎo)航方式的電子羅盤(pán);采用慣性導(dǎo)航方式的陀螺、加速度計(jì);采用視覺(jué)導(dǎo)航方式的攝像頭等[5]。 3.3.3.3 光電傳感器的選擇 方案1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。 光敏電阻的阻值可以跟隨周?chē)h(huán)境光線的變化而變化[4]。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射

22、較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過(guò)比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。 方案2：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管循跡傳感器。 紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的循跡傳感器基本能夠滿足要求，因此我們考慮這種方案。 3.3.4控制系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 考慮選用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。CPL

23、D具有速度快、編程容易、資源豐富、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)開(kāi)發(fā)。但CPLD在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。同時(shí)，CPLD的處理速度非?？欤≤?chē)的行進(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這一點(diǎn)上，MCU就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，不采用該種方案，進(jìn)而提出了其他設(shè)想。 結(jié)合實(shí)際需求采用89C52作為主控制芯片，該芯片有足夠的存儲(chǔ)空間，可以方便的在線ISP下載程序，能夠滿足該系統(tǒng)軟件的需要，對(duì)于本作品系統(tǒng)已經(jīng)足夠，采用該芯片可以比較靈活的選擇各個(gè)模塊控制芯片，能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出時(shí)間，有很好的實(shí)時(shí)性。 3.3

24、.4.1 單片機(jī)的發(fā)展 1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生至今，依靠微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，從電子管——晶體管——集成電路——大規(guī)模集成電路，使得計(jì)算機(jī)體積更小，功能更強(qiáng)。特別是近20年時(shí)間里，計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得飛速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在工農(nóng)業(yè)，科研，教育，國(guó)防和航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志。 單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代，像Fairchild公司研制的F8單片微型計(jì)算機(jī)。所謂單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元(Center Processing Unit,也即常稱(chēng)的CPU)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、程序存儲(chǔ)器(ROM)及其他

25、I/O通信口集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了中斷單元，定時(shí)單元及A/D轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛[6]。 20世紀(jì)70年代，微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段，集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時(shí)期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機(jī)仍處在初級(jí)的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡(jiǎn)單，一般均把CPU、RAM有的還包括了一些簡(jiǎn)單的I/O口集成到芯片上，像Fairchild公司就屬于這一類(lèi)型，它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計(jì)算系統(tǒng)。類(lèi)似的單片機(jī)還有Zilog公司的Z80微處理器。 1976年INTEL公司推出了

26、MCS-48單片機(jī)，這個(gè)時(shí)期的單片機(jī)才是真正的8位單片微型計(jì)算機(jī)，并推向市場(chǎng)。它以體積小，功能全，價(jià)格低贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑[20]。 在MCS-48的帶領(lǐng)下，其后，各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機(jī)，像Zilog公司的Z8系列。到了80年代初，單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段，像INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名電氣公司NEC和HITACHI都相繼開(kāi)發(fā)了具有自己特色的專(zhuān)用單片機(jī)。 80年代，世界各大公司均競(jìng)相研制出品

27、種多功能強(qiáng)的單片機(jī)，約有幾十個(gè)系列，300多個(gè)品種，此時(shí)的單片機(jī)均屬于真正的單片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、數(shù)目繁多的I/O接口、多種中斷系統(tǒng)，甚至還有一些帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，功能越來(lái)越強(qiáng)大，RAM和ROM的容量也越來(lái)越大，尋址空間甚至可達(dá)64kB，可以說(shuō)，單片機(jī)發(fā)展到了一個(gè)新的平臺(tái)[7]。 單片機(jī)經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段。? 1.SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)

28、展道路上，Intel公司功不可沒(méi)。? 2.MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來(lái)看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。? Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記I

29、ntel和Philips的歷史功績(jī)。 單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專(zhuān)用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SOC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SOC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。 3.3.4.2 AT89C52單片機(jī)的簡(jiǎn)單介紹 在眾多的單片機(jī)系列中，AT89C52是一種低功耗，高性能CMOS8位微控制器，具有8K系列可編程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

30、令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序儲(chǔ)存器在系統(tǒng)可編程，也適應(yīng)于常規(guī)編程。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超高效的解決方案。 圖5 穩(wěn)壓電路 AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫(xiě)口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。 方案一：所有器件采

31、用單一電源（6節(jié)AA電池）。這樣供電比較簡(jiǎn)單；但是由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間電流很大，而且PWM驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流波動(dòng)較大，會(huì)造成電壓不穩(wěn)、有毛刺等干擾，嚴(yán)重時(shí)可能造成單片機(jī)系統(tǒng)掉電，缺點(diǎn)十分明顯。 方案二：雙電源供電。將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)及其周邊電路電源完全隔離，利用光電耦合器傳輸信號(hào)。這樣做法雖然不如單電源方便靈活，但可將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所造成的干擾完全消除，進(jìn)一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。 所以，我認(rèn)為選擇方案二來(lái)實(shí)現(xiàn)供電。 3.4 硬件設(shè)計(jì) 3.4.1智能循跡機(jī)器人總體概述 智能循跡機(jī)器人采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制前面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速起停從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬(wàn)

32、象輪，起支撐的作用。將循跡光電對(duì)管分別裝在車(chē)體下的左右。當(dāng)車(chē)身下左邊的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制左輪電機(jī)停止，車(chē)向左修正，當(dāng)車(chē)身下右邊傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)停止，車(chē)向右修正。 電路分為電源模塊、單片機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、循跡模塊。 3.4.2智能循跡機(jī)器人總體設(shè)計(jì)框圖 圖6 循跡機(jī)器人總體設(shè)計(jì)圖 3.4.3電源模塊設(shè)計(jì) 方案一：采用交流電經(jīng)直流穩(wěn)壓處理后供電。 采用交流電提供直流穩(wěn)壓電源，電流驅(qū)動(dòng)能力及電壓穩(wěn)定性最好，且負(fù)載對(duì)電源影響也最小。但由于需要電線對(duì)小車(chē)供電，極大影響了智能小車(chē)行動(dòng)的靈活性及地形的適應(yīng)能力。而且避障小車(chē)極易把拖在地上的

33、電線識(shí)別為障礙物，人為增加了不必要的障礙，故放棄了這一方案。 方案二：采用蓄電池供電 。 蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力和較好的電壓穩(wěn)定性能，且成本低廉。可采用蓄電池經(jīng)7812芯片穩(wěn)壓后給電機(jī)供電，再經(jīng)過(guò)降壓接7805芯片給單片機(jī)及其他邏輯單元供電。但蓄電池體積相對(duì)龐大，且重量過(guò)大，造成電機(jī)負(fù)載過(guò)大，故最終放棄了這一方案。 方案三：采用干聚合鋰電池供電。 系統(tǒng)采用聚合鋰電池供電，具有能量比大，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。供電電壓為16.8V，電機(jī)額定電壓為24V。 綜合以上考慮，我們采用方案三。 3.4.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用H橋式驅(qū)動(dòng)電路，L298N內(nèi)部集

34、成了H橋式驅(qū)動(dòng)電路，從而采用L298N電路來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過(guò)單片機(jī)給予L298N電路PWM信號(hào)來(lái)控制小車(chē)的速度，起停。 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 IN1 5 IN2 7 ENA 6 OUT1 2 OUT2 3 ENB 11 OUT3 13 OUT4 14 IN3 10 IN4 12 SENSA 1 SENSB 15 GND 8 VS 4 VCC 9 U2 L298 左輪 右輪 +6V 圖7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 3.4.5循跡模塊信號(hào)檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 小車(chē)循跡原理是小車(chē)在畫(huà)有黑線的

35、白紙 “路面”上行駛，由于黑線和白紙對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷“道路”——黑線。在該模塊中我采用了簡(jiǎn)單、應(yīng)用也比較普遍的檢測(cè)方法——紅外探測(cè)。 圖8 智能循跡小車(chē)系統(tǒng)控制框圖 紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車(chē)上的接收管接收不到信號(hào)，再通過(guò)LM324作比較器來(lái)采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)。 圖9 循跡傳感器電路圖 3.4.6主控電路設(shè)計(jì) 本模塊主要是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析

36、，同時(shí)給出PWM波控制電機(jī)速度，起停。以及對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行顯示的作用。 ①單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)是小車(chē)的控制中心，單片機(jī)最小系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)是小車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行的前提。用AT89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上晶振電路和復(fù)位電路再接上ISP下載接口即可。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元[15]。其應(yīng)用的特點(diǎn)有： （1） 有可供用戶(hù)使用的大量I/O接口 （2） 內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限 （3） 應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性 Ⅰ時(shí)鐘電路 89C52雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。89C52單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生

37、方法有兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHZ到12MHZ之間選擇。電容值無(wú)嚴(yán)格要求，但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，C2、C5可取22pf。 在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。 圖10 單片機(jī)晶振電路圖 Ⅱ復(fù)位電路

38、 89C52的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用6MHZ時(shí)C取22uF，R取999歐。 除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端經(jīng)電

39、阻與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。時(shí)鐘頻率選用6MHZ時(shí)，C取10uF，R3取1500歐，R4取200歐。 圖11 單片機(jī)復(fù)位電路圖 Ⅲ ISP下載接口 ISP 下載接口，與常用的并口下載線，串口下載線和筆記本用的USBASP 下載線兼容，只需接上下接線接口就可以直接向單片機(jī)燒程序。 圖12 最小系統(tǒng)電路圖 ② 主控電路圖 圖13 主控電路圖 如圖所示的主控電路圖為智能機(jī)器人的電路原理圖，左側(cè)為單片機(jī)的連接原理，右側(cè)為雙8位數(shù)碼管，以及感應(yīng)電路。 3.5 小車(chē)CAD圖 1 主視圖 圖14 主視圖 2 仰視圖 圖15 仰視圖

40、 3 俯視圖 圖16 俯視圖 4 左視圖 圖17 左視圖 5 3D視圖 圖18 3D視圖 3.6 軟件設(shè)計(jì) 3.6.1開(kāi)發(fā)環(huán)境 Keil uVision4 IDE是基于Windows的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，包含一個(gè)高效的編譯器、一個(gè)項(xiàng)目管理器和一MAKE工具。uVision4支持所有的Keil C51工具，包括C編譯器、宏匯編器、連接/定位器、目標(biāo)代碼到HEX的轉(zhuǎn)換器。 （1）Windows應(yīng)用程序uVision4是一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，它把項(xiàng)目管理，源代 碼編輯，程序調(diào)試等集成到一個(gè)功能強(qiáng)大的環(huán)境中。 （2）C51美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化C

41、交叉編譯器從C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)文件。 （3）A51宏匯編器從8051匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)文件。 （4）BL51連接/重定位器組合由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標(biāo)文件， 生成絕對(duì)目標(biāo)文件。LIB51庫(kù)管理器組合目標(biāo)文件，生成可以被連接器使用的庫(kù)文件。 （5）OH51目標(biāo)文件到HEX格式的轉(zhuǎn)換器從絕對(duì)目標(biāo)文件創(chuàng)建Intel HEX格式文件。 （6）RTX-51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)簡(jiǎn)化了復(fù)雜和對(duì)時(shí)間要求敏感的軟件項(xiàng)目。 3.6.2調(diào)試方法 （1）.打開(kāi)軟件，菜單欄中選擇“project------new project”，彈出“Create New Project”對(duì)話窗口，

42、選擇目標(biāo)路徑，輸入項(xiàng)目名，保存。 （2）.上一步保存時(shí)會(huì)彈出“Select Device for Target”對(duì)話窗，在此選擇cpu類(lèi)型，確定。 （3）.在菜單欄選擇“File-------New”新建文檔，再“File---Save”保存，寫(xiě)上文件名及擴(kuò)展名“.asm"先保存在寫(xiě)的好處是Keil會(huì)自動(dòng)識(shí)別匯編語(yǔ)言的關(guān)鍵字，并以不同的顏色顯示，減少輸入代碼的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 （4）.程序?qū)懲旰螅４?。在Keil中"Project Workspace"子窗口中雙擊“Target 1”，展開(kāi)此目錄。在“Source Group 1”文件夾上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Add File to Group

43、Source 1”，彈出“Add File to Group”對(duì)話窗口選擇文件類(lèi)型“Asm Source File”并找到剛才寫(xiě)的.asm文件，添加到Source Group 中。 （5）.在“Project Workspace”窗口中的“Target 1”文件夾上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Option for Target”，則會(huì)彈出“Option for Target”對(duì)話窗口，選擇“Output”選項(xiàng)卡，選擇"Create HEX File"選項(xiàng)。 （6）.在Keil菜單欄選擇“Project-------Build Target”命令，編譯匯編源文件。Build窗口顯示 0 Er

44、ror(s）即可。 3.6.3 程序介紹 專(zhuān)心---專(zhuān)注---專(zhuān)業(yè) 1 定義存儲(chǔ)空間 P0M0 = 0x00; P0M1 = 0x00; P1M0 = 0x00; P1M1 = 0x00; P2M0 = 0x00; P2M1 = 0x00; P3M0 = 0x00; P3M1 = 0x00; P4M0 = 0x00; P4M1 = 0x00; P5M0 = 0x00; P5M1 = 0x00; P6M0 = 0x00; P6M1 = 0x00;

45、 P7M0 = 0x00; P7M1 = 0x00; 2 調(diào)用子程序 SCI1_Init(); PWM_Init(); delay_ms(2000); Motor(0,0); InitADC(); Motor(10,10); SendString("123"); 3 根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)選擇判斷 while(1) { SendString("000"); SendNum(GetADCResult(0)); delay_ms(500); SendString("111"); SendNum(Ge

46、tADCResult(1)); delay_ms(500); SendString("222"); SendNum(GetADCResult(2)); delay_ms(500); SendString("333"); SendNum(GetADCResult(3)); delay_ms(500); SendString("444"); SendNum(GetADCResult(3)); delay_ms(500); } } while(1) { if(GetADCResult(2)>2

47、00) { Motor(30,30); delay_ms(00); } else if(GetADCResult(1)>220) { Motor(15,30); delay_ms(500); } else if(GetADCResult(3)>200) { Motor(30,15); delay_ms(500); } else if(GetADCResult(4)>200) { Motor(35,15);

48、 delay_ms(500); } else if(GetADCResult(0)>200) { Motor(15,35); delay_ms(500); } e 4 實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì) 4.1 系統(tǒng)模型圖 圖19 系統(tǒng)模型圖 4.2 仿真結(jié)果 P=200，I=10，D=50時(shí)的波形： 圖20 小車(chē)?yán)碚撦斎胨俣? 最初小車(chē)啟動(dòng)加速度非常大，但進(jìn)過(guò)0.2s之后小車(chē)速度穩(wěn)定在1.5m/s左右保持穩(wěn)定。 圖21 小車(chē)?yán)碚撦敵鏊俣? 當(dāng)小車(chē)速度過(guò)大時(shí)，小車(chē)的速度會(huì)驟減，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間之后速度穩(wěn)定保持在1.5m/s左右。

49、圖22 小車(chē)內(nèi)輪占空比 當(dāng)小車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，小車(chē)內(nèi)輪的占空比會(huì)突然增大，但轉(zhuǎn)向結(jié)束之后內(nèi)輪的占空比會(huì)穩(wěn)定在51.5%附近。 圖23 小車(chē)外輪占空比 當(dāng)小車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，小車(chē)內(nèi)外輪的占空比會(huì)突然增大，但轉(zhuǎn)向結(jié)束之后內(nèi)輪的占空比會(huì)穩(wěn)定在51.5%附近。 圖24 小車(chē)實(shí)際輸入速度 起初小車(chē)啟動(dòng)加速度非常大，但進(jìn)過(guò)0.2s之后小車(chē)速度穩(wěn)定在1.5m/s左右保持穩(wěn)定。 圖25 小車(chē)實(shí)際輸出速度 最初小車(chē)啟動(dòng)加速度非常大，但進(jìn)過(guò)0.2s之后小車(chē)速度穩(wěn)定在1.5m/s左右保持穩(wěn)定。 圖26 小車(chē)行駛時(shí)的偏差角度 當(dāng)小車(chē)未沿著直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，小車(chē)內(nèi)外會(huì)有一定的偏差，這就是偏差

50、角度，小車(chē)會(huì)立即偏轉(zhuǎn)調(diào)整，當(dāng)調(diào)整結(jié)束之后小車(chē)的偏差角度則趨于0，并保持不變。 圖27 小車(chē)行駛時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度 當(dāng)小車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，小車(chē)內(nèi)外會(huì)有一定的偏差，這就是偏差角度，當(dāng)轉(zhuǎn)向結(jié)束之后小車(chē)的偏差角度則趨于0，并保持不變。 4.3檢查元件 按電路圖清點(diǎn)元件后首先檢查買(mǎi)回元件的好壞，按各元件的檢測(cè)方法分別進(jìn)行檢測(cè)，一定要仔細(xì)認(rèn)真。而且要認(rèn)真核對(duì)原理圖是否一致，在檢查好后才可上件、焊件，防止出現(xiàn)錯(cuò)誤焊件后不便改正。 4.4放置、焊接各元件 按原理圖的位置放置各元件，在放置過(guò)程中要先放置、焊接較低的元件，后焊較高的和要求較高的元件。特別是容易損壞的元件要后焊，在焊集成芯片時(shí)連續(xù)焊接時(shí)間不要

51、超過(guò)10s，注意芯片的安裝方向。 4.5電路調(diào)試 首先燒入電機(jī)控制小程序，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，停止均正常。說(shuō)明電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路無(wú)誤。然后加入避障子程序，小車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)，光電開(kāi)關(guān)模塊靈敏度使達(dá)到理想效果。接下來(lái)測(cè)試紅外循線模塊的二極管是否有亮燈，有的話，代表有用不需更換，接著輸入程序進(jìn)行簡(jiǎn)單的循線活動(dòng)，測(cè)試靈敏度是否達(dá)到要求。在調(diào)試程序時(shí)，發(fā)現(xiàn)有的指令用的不正確，特別測(cè)試紅外循線模塊的時(shí)候，一些比較急的彎，轉(zhuǎn)彎不夠靈活，非常容易走出跑道，對(duì)于這段程序調(diào)試了比較長(zhǎng)的時(shí)間。 4.6電機(jī)模塊調(diào)試過(guò)程 由于采用的電機(jī)供電電壓是9V，而電機(jī)額定工作電壓是6V，所以可使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的PWM值范圍可從5% ~6

52、5%左右。由于電機(jī)的感性阻抗作用，隨著PWM頻率的升高，感抗增大，導(dǎo)致電流減小。尤其設(shè)計(jì)中所采用的電機(jī)是遙控車(chē)電機(jī)，額定電流較小，線圈匝數(shù)必然較多，感抗自然就較大。 PWM的原理，其實(shí)就是面積等效原理，在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。所以可用等幅值的不同寬度的脈沖來(lái)等效一些想要的波形。 4.7測(cè)試方法 （1）開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)，將智能電動(dòng)車(chē)放于起跑線位置，智能電動(dòng)小車(chē)在“直道區(qū)”行駛過(guò)程中，檢查看其是否沿跑道運(yùn)行，再檢測(cè)是否能順利轉(zhuǎn)彎。 （2）當(dāng)小車(chē)穿過(guò)障礙物區(qū)時(shí)看小車(chē)是否碰到障礙物及小車(chē)能否順利通過(guò)障礙物。 附件：

53、 #include "stc15w.h" #include "SCI.h" #include "PWM.h" #include "Motor.h" #include "ADC.h" void delay_ms(int num); void main() { P0M0 = 0x00; P0M1 = 0x00; P1M0 = 0x00; P1M1 = 0x00; P2M0 = 0x00; P2M1 = 0x00; P3M0 = 0x00; P3M1 = 0x00; P4M0 = 0x00;

54、 P4M1 = 0x00; P5M0 = 0x00; P5M1 = 0x00; P6M0 = 0x00; P6M1 = 0x00; P7M0 = 0x00; P7M1 = 0x00; SCI1_Init(); PWM_Init(); //delay_ms(2000); Motor(0,0); InitADC(); Motor(10,10); SendString("123"); while(1) { SendString("000"); SendNum(GetADCResult(

55、0)); delay_ms(500); SendString("111"); SendNum(GetADCResult(1)); delay_ms(500); SendString("222"); SendNum(GetADCResult(2)); delay_ms(500); SendString("333"); SendNum(GetADCResult(3)); delay_ms(500); SendString("444"); SendNum(GetADCResult(3)); delay_ms(

56、500); } } while(1) { if(GetADCResult(2)>200) { Motor(30,30); delay_ms(00); } else if(GetADCResult(1)>220) { Motor(15,30); delay_ms(500); } else if(GetADCResult(3)>200) { Motor(30,15); delay_ms(500); }

57、 else if(GetADCResult(4)>200) { Motor(35,15); delay_ms(500); } else if(GetADCResult(0)>200) { Motor(15,35); delay_ms(500); } else if((GetADCResult(0)<200)&(GetADCResult(1)<220)&(GetADCResult(2)<200)&(GetADCResult(3)<200)&(GetADCResult(4)<200)) { Motor(0,0)

58、; PWMCR = 0x00; } } } void delay_ms(int num) //@11.0592MHz { unsigned char i, j; _nop_(); _nop_(); _nop_(); i = 11; j = 190; while(num) { do { while (--j); } while (--i); num--; i = 11; j = 190; } } 參考文獻(xiàn) [1] 崔佳超.無(wú)人駕

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