【正文】 淮 海 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說明書題 目： 尋跡機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作 者： 陳業(yè)強(qiáng) 學(xué) 號： 0103101702 系 (院)： 機(jī)械工程系 專業(yè)班級： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 機(jī)械037 指導(dǎo)者： 黃大志 講師 評閱者： 2007年 6月 連 云 港畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要尋跡機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人在社會(huì)各領(lǐng)域的作用越來越大。尋跡機(jī)器人無論在工業(yè)上還是在各種比賽上的作用都不可勝數(shù)。本設(shè)計(jì)采用性能優(yōu)異的AT89S52單片機(jī)作為尋跡機(jī)器人的主控制器，擴(kuò)展一片多功能接口芯片8155。地面和白帶的檢測，使用的是自己設(shè)計(jì)并制作的反射式光電傳感器（又稱灰度傳感器），此傳感器輸入給控制器的信號類型是開關(guān)量。在本設(shè)計(jì)中，尋跡機(jī)器人的前面、中間和后面都布置有灰度傳感器，尤其是在頭部和尾部都布置了7個(gè)傳感器。它們能同時(shí)工作，并可以實(shí)時(shí)采集所有灰度傳感器的狀態(tài)，能精確知道尋跡機(jī)器人隨時(shí)的位置。在程序控制過程中，尋跡機(jī)器人可以前進(jìn)和“后退”。景點(diǎn)檢測采用前后兩個(gè)碰撞開關(guān)。本設(shè)計(jì)中使用的電動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)芯片是L298N，直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)過三級直齒輪減速器將傳動(dòng)傳給車輪。關(guān)于尋跡機(jī)器人沿線走，本設(shè)計(jì)采用了PWM調(diào)速技術(shù)，基本上可以實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的無級調(diào)速：根據(jù)灰度傳感器測出的尋跡機(jī)器人所處的位置，可以及時(shí)調(diào)整尋跡機(jī)器人理想的位置。電源使用的是高容量、小體積的鋰離子電池?；谶@些完備而可靠的硬件設(shè)計(jì)，再加上一套自己編的獨(dú)特的程序算法，可以使本設(shè)計(jì)完全達(dá)到要求。關(guān)鍵詞：尋跡機(jī)器人 單片機(jī) 光電傳感器 PWM畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要Design of control systems for Tracing robotsAbstract: With the development of science and technology, the robot in all areas of society is increasing. Tracing robots play an important role in industry or the various petitions. The design using high performance microcontroller AT89S52 as tracing robots’ the main controller, and extend a multipurpose interface chip 8155. Detection of floor and white belt, using reflective photoelectric sensor (also named as gray sensor) which is designed and produced by myself, This sensor input signal type to the controller is switch. In this design, tracing robot has a gray sensor in the front。 middle and back, particularly in the head and tail have seven sensors. They can work simultaneously, and can collect the states of all gray sensors, know track of the robot accurately at any time. Under the process of the program control, tracing robot can move forward and fall back. Using two collisions switch to detect sights. The motor in the design is DC motor, drive chip is L298N. DC motor passes the power to wheel drive by three straight gears reducer. On tracing robot along the walk, using the PWM speed control technology, can achieve the variable speed of DC motor basically: based on the gray sensors detecting the location, the tracing robot can be adjusted in perfect position in time. Power is using high capacity, small size of lithium ion batteries. Based on these prehensive and reliable hardware design, coupled with my set of unique series of procedures algorithm, The design can fully meet the requirements.Keywords: Tracing robot。 MCU。 Photoelectric Sensors。 PWM. 目 錄1 引言…………………………………………………………………………… 12 功能要求和方案論證……………………………………………………………… 2………………………………………………………………………… 2 功能要求…………………………………………………………………… 2 輸入輸出信號……………………………………………………………… 2 方案論證……………………………………………………………………… 2 車體設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 2 控制器模塊…………………………………………………………………… 3 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速模塊………………………………………………… 4 灰度傳感器模塊…………………………………………………………… 4 電源模塊…………………………………………………………………… 5 景點(diǎn)檢測模塊………………………………………………………………… 5 最終方案………………………………………………………………… 53 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………… 7 整體構(gòu)思…………………………………………………………………… 7 微控制器模塊的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 8 單片機(jī)選型依據(jù)……………………………………………………………………… 8 8155芯片的介紹……………………………………………………………………… 11 微控制器電路原理圖………………………………………………………………… 13 與能力風(fēng)暴機(jī)器人的控制系統(tǒng)比較………………………………………………… 14 灰度傳感器模塊的設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 15 灰度傳感器原理……………………………………………………………………… Y 灰度傳感器電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………… Y 灰度傳感器電路原理圖………………………………………………… Y 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速模塊…………………………………………………………………… Y 驅(qū)動(dòng)芯片L298N的介紹及電路……………………………………………………… Y 與能力風(fēng)暴機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊的比較………………………………………………… Y 電源電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………… Y 鋰離子電池介紹……………………………………………………………………… Y 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………………… Y 碰撞開關(guān)…………………………………………………………………………… Y 蜂鳴器…………………………………………………………………………… Y4 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………… Y 程序功能………………………………………………………………………… Y 流程圖……………………………………………………………………… Y 程序編寫………………………………………………………………………… Y 主程序………………………………………………………………………… Y 灰度傳感器檢測子程序…………………………………………………………… Y 碰撞開關(guān)檢測子程序………………………………………………………………… Y PWM調(diào)速子程序…………………………………………………………………… Y 沿線走子程序………………………………………………………………………… Y5 調(diào)試及性能分析…………………………………………………………………………… Y 調(diào)試所用到的軟件……………………………………………………………………… Y Protel 99 SE …………………………………………………………………………… Y Keil uVision2……………………………………………………………………………Y Easy 51Pro …………………………………………………………………………… Y 調(diào)試所出現(xiàn)的問題及解決方法………………………………………………………… Y 電源和控制系統(tǒng)……………………………………………………………………… Y 直流電動(dòng)機(jī) …………………………………………………………………………… Y 灰度傳感器 …………………………………………………………………………… Y 性能分析 ………………………………………………………………………………… Y結(jié)論 …………………………………………………………………………………… Y致謝 …………………………………………………………………………………… Y參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………Y附錄A 尋跡機(jī)器人源程序 ………………………………………………………… Y附錄B 能力風(fēng)暴機(jī)器人的源程序 ………………………………………………………… Y圖1 尋跡機(jī)器人控制系統(tǒng)電路圖………………………………………………………… Y淮海工學(xué)院二○○七屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第42頁 共42頁1 引言機(jī)器人技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)的精華，它對未來社會(huì)有極大的影響。機(jī)器人的普及程度對一個(gè)國家機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展起很大的作用，所以普及型機(jī)器人在各國流行開來。例如自動(dòng)化生產(chǎn)線的物料配送機(jī)器人,醫(yī)院的機(jī)器人護(hù)士,商場的導(dǎo)游機(jī)器人等。近年來,在國內(nèi)外許多重要的各種機(jī)器人大賽中也都有尋跡機(jī)器人的身影,例如全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、湖北省第二屆電腦機(jī)器人比賽和江蘇省第二屆大學(xué)生機(jī)器人大賽等。尋跡機(jī)器人比賽又可以被稱為機(jī)器人旅游比賽、機(jī)器人走規(guī)定圖形比賽和機(jī)器人尋跡比賽等。對尋跡機(jī)器人的研究已成為一個(gè)熱門課題。而尋跡機(jī)器人的核心之一就是機(jī)器人控制系統(tǒng)。通過對尋跡機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究，能把我在書本上所學(xué)到的理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際，補(bǔ)充我在學(xué)習(xí)中的不足，而且能培養(yǎng)和鍛煉我的動(dòng)手能力。樂高機(jī)器人、美國VEX系列機(jī)器人、博思威龍系列機(jī)器人、中鳴機(jī)器人、廣茂達(dá)能力風(fēng)暴系列機(jī)器人和雙龍機(jī)器人等是目前中國機(jī)器人市場上的主流產(chǎn)品。它們現(xiàn)在都采用模塊化，采用流程圖式編程和C語言編程，高級用戶也可以采用匯編語言編程，可以方便地編制出各種程序使機(jī)器人完成各種任務(wù)，無需專門的單片機(jī)開發(fā)工具，單片機(jī)內(nèi)部有閃存，支持直接下載操作。使用的單片機(jī)主要有MICROCNIP公司的PIC系列單片機(jī)、AVR系列單片機(jī)和MOTOLORA的MC68HC11E系列單片機(jī)。由于具有的功能比較多，使機(jī)器人布置更多的地面?zhèn)鞲衅饔欣щy。部分單片機(jī)的晶振頻率不高，處理數(shù)據(jù)速度有限。尋跡是機(jī)器人的一種簡單視覺，在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)中起著非常重要的作用，為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中位置的準(zhǔn)確性提供了保障,在尋跡機(jī)器人中是靠灰度傳感器（又稱地面?zhèn)鞲衅鳎?。由于這些公司的性質(zhì)都是以贏利為目的，面對的對象是社會(huì)，所以它們在尋跡機(jī)器人方面，或多或少都存在著一些不足，例如價(jià)格太高，功能較多而導(dǎo)致在尋跡走方面考慮的不全，傳感器采集地面信號滿，傳感器數(shù)量不滿足程序的需要，再擴(kuò)展傳感器的能力有限等。尋跡機(jī)器人涉及到傳感器技術(shù)、單片機(jī)控制、信號處理、程序的編制、電機(jī)選擇、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)等諸多領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)的研究的內(nèi)容有傳感器技術(shù)、單片機(jī)控制、信號處理、程序的編制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇、PWM調(diào)速等。即是對機(jī)器人所處位置信號的采集、判別、處理，發(fā)出信號控制電機(jī)，使機(jī)器人沿著指定顏色的條帶行走，完成特定的任務(wù)。在2006年12月15日到18日舉辦的第二屆江蘇省大學(xué)生機(jī)器人大賽上，淮海工學(xué)院機(jī)械工程系特組織了一只代表隊(duì)——連島人，參加了其中的機(jī)器人游江蘇比賽。參賽該項(xiàng)目的共有三十