巡线机器人目录部分写作方法

目 录

第1章 绪 论 1

1.1课题背景 1

1.1.1机器人发展概述 1

1.2.2移动机器人的发展概述 2

1.2 课题目的和意义 3

1.3 论文内容以及各章安排 3

第2章 总体系统概述 5

2.1 机器人控制系统 5

2.2 机器人驱动系统 5

2.3 机器人巡线系统 6

2.4 单片机控制程序 7

第3章 机器人硬件设计 8

3.1控制系统 8

3.1.1 SPCE061A单片机功能、结构及其特点 8

3.1.2 SPCE061A外围电路设置 10

3.2驱动系统硬件设计 13

3.2.1 电机的选择 13

3.2.2 直流电机的工作特性 14

3.2.3 电机驱动电路设计 15

3.2.4 脉冲宽度调制(速度控制) 19

3.2.5 驱动机构的设计 20

3.3巡线系统硬件设计 20

3.3.1 巡线方式的选择 20

3.3.2 红外反射式光电传感器工作原理 21

3.3.3 巡线系统电路设计 23

3.3.4 巡线机构的设计 25

3.4人机接口 26

3.4.1按键控制 26

3.4.2 LED显示 26

第4章 机器人软件设计 28

4.1软件开发环境简介 28

4.2控制程序设计 28

4.2.1 I/O接口功能设定 28

4.2.2程序流程 28

4.3动态阈值算法及其实现 30

4.4通过软件避免直通短路 31

第 5 章 系统调试 33

5.1巡线系统测试 33

5.2整体系统调试 34

总 结 35

绪论

随着社会发展，人民生活水平不断提高，信息化，智能化技术渗透于人们生活的各个角落，机器人进入到我们的生活中，机器人慢慢进入我们的生活中，各式各样的机器人应用与社会，帮助人们完成各种工作，可以提高工作效率，减少劳动力等。从应用环境出发，机器人分为工业机器人和特种机器人。工业机器人就是面向工业领域德的多关节机械手或多自由度机器人，而特种机器人则是除外工业机器人之外的，用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括服务机器人，水下机器人，娱乐机器人，军用机器人等等。本文涉及的机器人属于特种机器人，可以寻找曲线或方格运行，可用于工业生产中产品运送智能导航以及其他科学探索领域。

第一章总体系统概述

1.1机器人控制系统

机器人控制系统由主控制电路模块、存储器模块、光电检测模块、电机及舵机驱动模块等部分组成，控制系统的框图如图1.1.1所示为机器人控制系统框图。

图1.1.1机器人系统控制框图

在机器人控制系统中．需要控制多个电动机和行程开关．还要进行光电检测．如果所有的任务都由AT89S52型单片机来完成．CPU 的负担就会过重。影响系统的处理速度。因此扩展1个CPLD ．型号为 EPM7128。它属于．MAX7000系列器件。包括2个通用1/0口．2个专用I ／O 口，专用I ／O 口可作为每个宏单元和输入输出引脚的高速控制信号 (时钟、清除和输出使能等) ，电动机的PWM 信号也由其产生。MlP —M4P 引脚的输出为PWM 脉宽调制信号，M1FB —M4FB 引脚为电机的方向控制信号，P00一P07接单片机的PO 口，100一1015为扩展的2个通用I ／O 口，SIL —S17引脚为行程开关输入信号，LI11一LI17引脚为光电探头输入信号。CPLD 的编程用VHDL 语言。EPM7128的引脚排列如图1.1.2所示。

图1.1.2EPM7128的引脚排列

单片机采用24MHz 的晶体振荡器,ALE 信号的频率fALE=f16=6MHz,最终输出PWM 信号的引脚MlP 的频率为488.3HZ ，调节这个信号的占空比可以使直流电动机获得O-255级的转速。

1.2机器人运行参数存储器的扩展

机器人运行路径和动作可以根据比赛情况的不同而发生变化, 这样, 每改变1次运行参数就必须对单片机的Flash 进行1次擦写。为了解决这一问题．扩展了

程序参数存储器, 用来存放机器人的运行路径和动作参数．扩展电路如图1.2.1所示。

图1.2.1扩展电路如图

其中IC1为24LC08B, 是I2E 总线的串行E2PROM 存储器, 最多能够存储lK 字节的数据。IC2为MAX3232型电平转换器, 其内部有1个电源电压变换器, 可以将计算机的电平转换为标准TTL 电平, 实现计算机与单片机之间通过串行口传输数据, 使单片机完成对24／LC08B 的数据存储操作。单片机运行时, 直接从24LC08中读取机器人的运行参数, 控制机器人运行。

1.3光电检测模块设计

设计光电检测模块是为了让机器人能够检测地面上的白色引导线。光电检测电路主要包括发射部分和接收部分, 其原理如图1.3.1所示。

图1.3.1光电检测过程

发射部分的波形调制采用了频率调制方法。由于发光二极管的响应速度快, 其工作频率可达几MHz 或十几MHz, 而检测系统的调制频率在几十至几百kHz 的范围内, 能够满足要求。光源驱动主要负责把调制波形放大到足够的功率去驱动光源发光。光源采用红外发光二极管, 工作频率较高, 适合波形为方波的调制光的发射。

接收部分采用光敏二极管接收调制光线, 将光信号转变为电信号。这种电信号通常较微弱, 需进行滤波和放大后才能进行处理。调制信号的放大采用交流放大的形式, 可使调制光信号与背景光信号分离, 为信号处理提供方便。调制信号处理部分对放大后的信号进行识别, 判断被检测对象的特性。因此, 此模块的本质是将“交流”的、有用的调制光信号从“直流”的、无用的背景光信号中分离出来, 从而达到抗干扰的目的。

光电探头安装在机器人底盘前部, 共设置了5个检测点。从理论上讲, 检测点越多、越密, 识别的准确性与可靠性就越高, 但是硬件的开销与软件的复杂程度也相应的增加。采用该巡线系统保证了检测的精确度, 节约了硬件的开销。发光二极管发出的调制光经地面反射到光敏二极管。光敏二极管产生的光电流随反射光的强弱而线性变化。把这种变化检测出来, 就

可以判断某一个检测点是否在白色引导线的上方, 从而判断机器人和白色引导线的相对位置。

1.4电机驱动模块

机器人的驱动件主要是电机和舵机, 都可以采用PWM 进行调速与控制。根据脉冲编码器的反馈信号, 对机器人的运动状态进行实时控制。直流伺服电机的控制原理如图1.4.1所示。调节：PWM 的信号就能够快速调节舵机的转角, 从而实现机器人的方向控制。

图1.4.1直流伺服电动机的控制原理