【正文】 中間右邊探測(cè)到黑線退出尋跡循環(huán)直走右拐左拐把轉(zhuǎn)化結(jié)果送到變量biaozhun中小車進(jìn)行微調(diào)小車達(dá)到標(biāo)志點(diǎn)小車然后行進(jìn)到B點(diǎn)，再回到A點(diǎn)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換小車停5秒，并顯示與標(biāo)準(zhǔn)判斷是否達(dá)到平衡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換YesYesYesYesYesNo 智能小車程序流程圖本設(shè)計(jì)的智能小車前方和后方的三個(gè)紅外傳感器，用于蹺蹺板上黑線的探測(cè)。 } else { outkouamp。i8。j++){q=a[j]。 a[2]=n/10a[1]*10a[0]*100。=0xffef。8） 計(jì)時(shí)及顯示算法計(jì)時(shí)用到了IRQ5(2Hz中斷)，原理是設(shè)置一個(gè)變量，在中斷服務(wù)子程序中讓該變量執(zhí)行自加操作，顯示時(shí)再將該變量除以2即得正確結(jié)果。設(shè)置端口等待根據(jù)信號(hào)控制小車YesNoNoYes檢測(cè)到信號(hào)檢測(cè)M次信號(hào) 引導(dǎo)線的檢測(cè)算法當(dāng)單片機(jī)接收到信號(hào)，連續(xù)多次查詢端口的信號(hào)，只有當(dāng)多次檢測(cè)到是同一信號(hào)才認(rèn)為是確實(shí)檢測(cè)到引導(dǎo)線，否則就是干擾。4） 右轉(zhuǎn)首先右轉(zhuǎn)一定時(shí)間（只要使車尾中間TCRT5000偏離黑線，不能再次碰到黑線），然后檢測(cè)車尾中間TCRT5000是否再次碰到黑線，若碰到則停，否則繼續(xù)左傳，直至碰到。在經(jīng)過(guò)了方向調(diào)整后，小車再繼續(xù)沿著黑色引導(dǎo)線平穩(wěn)行駛，并繼續(xù)探測(cè)黑線重復(fù)上述動(dòng)作。顯示模塊用的是液晶顯示模塊SMS0401（），具有質(zhì)量輕，體積小，管腳少，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。該傳感器安裝時(shí)要保持水平位置，以免測(cè)量出現(xiàn)誤差。 平衡模塊用角度傳感器，型號(hào)是SCA60C，特點(diǎn)是測(cè)量范圍是正負(fù)90度，5V供電，比例電壓輸出， ~ ，工作溫度范圍寬。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi()為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+(+)為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。將檢測(cè)到的信號(hào)送到單片機(jī)I/O口，當(dāng)I/O口檢測(cè)到的信號(hào)為高電平時(shí)，表明紅外光被白紙上的黑色引導(dǎo)線吸收了，表明智能小車處在黑色的引導(dǎo)線上；同理，當(dāng)I/O口檢測(cè)到的信號(hào)為低電平時(shí)，表明智能小車行駛在白紙上。若不需要變速，則用短接子將J4 和J5 短接。改變?cè)撍穆房刂菩盘?hào)就可以讓小車完成左右、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、原地轉(zhuǎn)圈等動(dòng)作。 電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊本設(shè)計(jì)的電機(jī)采用的是直流電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用的是基于單片機(jī)中PWM原理和H型驅(qū)動(dòng)電路，脈寬調(diào)制PWM輸出工作模式，適用于從引腳上輸出脈沖寬度隨時(shí)可調(diào)的PWM信號(hào)，這種電路工作在管子的飽和截止式下，所以效率高，而且H型電路可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子開(kāi)關(guān)的速度快，穩(wěn)定性也強(qiáng)。第四章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 智能小車本設(shè)計(jì)的智能小車是由單片機(jī)最小系統(tǒng)、紅外發(fā)射—接收傳感器電路、傾角傳感器電路、顯示電路構(gòu)成的?？箾_能力強(qiáng)，能耗低。抗外界電磁干擾能力強(qiáng)。可以直接輸出角度等傾斜數(shù)據(jù)，讓人們更方便的使用它。隨著MEMS 技術(shù)的發(fā)展，慣性傳感器件在過(guò)去的幾年中成為最成功，應(yīng)用最廣泛的微機(jī)電系統(tǒng)器件之一，而微加速度計(jì)(microaccelerometer)就是慣性傳感器件的杰出代表。如果初速度已知，就可以通過(guò)積分計(jì)算出線速度，進(jìn)而可以計(jì)算出直線位移。紅外傳感器是一個(gè)相對(duì)比較獨(dú)立的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)智能小車的控制電路時(shí)，只需預(yù)留相應(yīng)的接口即可獲取傳感的信號(hào)。測(cè)量傳輸時(shí)間法：信號(hào)傳輸?shù)木嚯x包括從發(fā)射器到物體和被物體反射到接收器兩部分。紅外傳感器可以用以測(cè)量距離，它可以探測(cè)障礙物和物體表面的形狀，并且用于向系統(tǒng)提供早期信息。這里簡(jiǎn)單介紹紅外傳感器的工作原理，而不詳細(xì)討論智能小車選用紅外傳感器的具體型號(hào)、參數(shù)特性。光檢測(cè)器件是把光能轉(zhuǎn)換成電能的器件，其中包括光電三極管、光電二極管、接收頭、色彩傳感器、圖像傳感器等。光電器件主要由光輻射器件(發(fā)光器件)及光檢測(cè)器件(光敏器件)組成。傳感器的精度、可靠性的高低，將決定這個(gè)系統(tǒng)的成敗。1）： 晶振電路2）： 鎖相環(huán)電路3）： 復(fù)位電路4）： SPCE061A的最小系統(tǒng)第三章 傳感器 傳感器的原理傳感器是借助于檢測(cè)元件(敏感元件)接收一種形式的信息，并按一定規(guī)律將它轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。P_IOB_Dir(讀/寫(xiě))(7007H)：B端口的方向向量單元，用于設(shè)置IOB口的狀態(tài)。當(dāng)B口處于輸出狀態(tài)時(shí)，寫(xiě)入輸出數(shù)據(jù)到B端口的數(shù)據(jù)寄存器。 P_IOA_Attrib(讀/寫(xiě))(7003H)： A端口的屬性向量單元，用于A端口屬性向量的設(shè)置。此時(shí)從P_IOA_Data讀回為0，但P_IOA_Buffer則為1。 對(duì)輸出而言，P_IOA_Data讀的是IO的值，P_IOA_Buffer讀的是buffer內(nèi)的值。當(dāng)A口處于輸出狀態(tài)時(shí)，寫(xiě)入輸出數(shù)據(jù)到A端口的數(shù)據(jù)寄存器。A口和B口的Data、Attribution和Direction的設(shè)定值均在不同的寄存器里，用戶在進(jìn)行I/O端口設(shè)置時(shí)要特別注意這一點(diǎn)。例如，假設(shè)需要IOA0是下拉輸入引腳，則相對(duì)應(yīng)的Data、Attribution和Direction的值均被設(shè)為“0”。例如：手持遙控器、電子字典、PDA、計(jì)算器、無(wú)線電話等。SPCE061A有兩個(gè)16位的通用并行I/O口：A口和B口。輸入端口負(fù)責(zé)從外界接收檢測(cè)信號(hào)、鍵盤(pán)信號(hào)等各種開(kāi)關(guān)量信號(hào)。SPCE061A是一款高性價(jià)比的單片機(jī)CPU：16位16位硬件乘法器；DSP核所具有的內(nèi)積運(yùn)算；8位芯片的價(jià)格；高集成度以致力于單芯片應(yīng)用（SOC）；低功耗，低電壓；具有較強(qiáng)的中斷處理能力；功能強(qiáng)，效率高的指令系統(tǒng)；具有語(yǔ)音識(shí)別功能。第二章 凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A SPCE061A單片機(jī)SPCE061A 是臺(tái)灣凌陽(yáng)公司推出的一款功能強(qiáng)大的產(chǎn)品。另外，智能小車控制的研究將有助于智能車輛的研究。電子制造業(yè)中的SMT產(chǎn)線上的貼片機(jī)，是機(jī)器人在工業(yè)自動(dòng)化中的一個(gè)應(yīng)用，它利用各種傳感與探測(cè)技術(shù)和智能機(jī)器人結(jié)合來(lái)完成元器件的焊接任務(wù)，這種焊接技術(shù)精度高、集成度高，所以在現(xiàn)在的電子制造業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展歸功于第二次世界大戰(zhàn)后各國(guó)加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，從而推動(dòng)了本國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。基于凌陽(yáng)MCU的機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)蘇州大學(xué) 2010年4月目錄摘要 3第一章 緒論 4 選題背景 4 本設(shè)計(jì)在理論和實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值 4 本文主要研究?jī)?nèi)容 5第二章 凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A 6 SPCE061A單片機(jī) 6 SPCE061A單片機(jī)的性能 6 SPCE061A單片機(jī)的外觀及結(jié)構(gòu) 7 SPCE061A單片機(jī)的輸入/輸出接口 8 SPCE061A 的 I/O 端口結(jié)構(gòu) 8 SPCE061A并行I/O端口控制向量組合 10 SPCE061A 的最小系統(tǒng) 11第三章 傳感器 13 傳感器的原理 13 紅外傳感器 13 傾角傳感器 14第四章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 17 智能小車 17 智能小車硬件組成 18 智能小車各模塊的選擇 18 控制模塊 18 電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊 19 引導(dǎo)檢測(cè)模塊 21 平衡模塊 22 電源及顯示模塊 23第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 24 小車控制算法 24第六章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 30 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)條件 30 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析 30 智能小車運(yùn)動(dòng)性能的分析 32結(jié)論 33致謝 34參 考 文 獻(xiàn) 35附錄 36摘要在現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，機(jī)器人得到了十分廣泛的應(yīng)用，尤其是機(jī)器人小車，本設(shè)計(jì)是利用凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A、紅外傳感器電路TCRT5000、傾角傳感器電路SCA60C、LCD顯示電路構(gòu)成的電動(dòng)小車蹺蹺板系統(tǒng)。機(jī)器人技術(shù)就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生，而且得到了迅速發(fā)展，它的發(fā)展是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的綜合性結(jié)果，同時(shí)，也成為了對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響的一門科學(xué)技術(shù)。 本設(shè)計(jì)在理論和實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值智能小車，即輪式機(jī)器人，最適合在那些人類無(wú)法工作的環(huán)境中工作，它們已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在太空探測(cè)研究領(lǐng)域，智能機(jī)器人小車的用武之地更是廣泛，類似月球車的智能小車在太空探測(cè)研究中起到了非常關(guān)鍵的作用，它可以登錄火星等未知星球進(jìn)行科學(xué)探測(cè)，這些探測(cè)小車也是機(jī)器人平衡技術(shù)的典型應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的智能小車自動(dòng)平衡控制系統(tǒng)采用凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A作為小車的控制核心，選用紅外傳感器電路TCRT5000來(lái)引導(dǎo)和檢測(cè)小車的行駛軌道，將檢測(cè)到的信息送往單片機(jī)SPCE061A進(jìn)行處理，從而發(fā)出相應(yīng)的控制指令通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制智能小車尋線行駛，并采用傾角傳感器電路SCA60C完成對(duì)蹺蹺板的平衡檢測(cè)，讓小車在蹺蹺板上完成尋找平衡點(diǎn)的任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的。較高的處理速度使μ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。 SPCE061A單片機(jī)的外觀及結(jié)構(gòu)1）: SPCE061A的外觀2）： SPCE061A的結(jié)構(gòu) SPCE061A單片機(jī)的輸入/輸出接口 輸入/輸出接口（也可簡(jiǎn)稱為I/O端口）是單片機(jī)與外設(shè)交換信息的通道。并行口線路成本較高，但是傳輸速率也較高；與并行口相比，串行端口的傳輸速率較低但可以節(jié)省大量的線路成本。在電池供電、追求低耗電的應(yīng)用場(chǎng)合，可以讓CPU進(jìn)入睡眠模式（利用軟件控制）以降低功耗，需要時(shí)才以按鍵來(lái)喚醒CPU，使其進(jìn)入工作狀態(tài)。每3個(gè)對(duì)應(yīng)的控制向量組合在一起，形成一個(gè)控制字，用來(lái)定義相對(duì)應(yīng)I/O端口位的輸入輸出狀態(tài)和方式。例：設(shè)A口為帶下拉電阻的輸入端口，在連接硬件時(shí)不用再外接下拉電路。當(dāng)A口處于輸入狀態(tài)時(shí)，讀出是讀A口引腳電平狀態(tài)； 寫(xiě)入是將數(shù)據(jù)寫(xiě)入A端口的數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)A口處于輸出狀態(tài)時(shí)，寫(xiě)入輸出數(shù)據(jù)到A端口的數(shù)據(jù)寄存器。在某些需要較大驅(qū)動(dòng)能力的LED而言，LED會(huì)亮，但I(xiàn)OA[0]會(huì)被拉到一個(gè)很低的值。Dir位決定了端口位的輸入/輸出方向：即‘0’為輸入，‘1’為輸出。當(dāng)B口處于輸入狀態(tài)時(shí)，讀出是讀B口引腳電平狀態(tài)； 寫(xiě)入是將數(shù)據(jù)寫(xiě)入B端口的數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)B口處于輸出狀態(tài)時(shí)，寫(xiě)入數(shù)據(jù)到B端口的數(shù)據(jù)寄存器。 SPCE061A 的最小系統(tǒng)SPCE061A的最小系統(tǒng)是在OSC0、OSC1端接上晶振及諧振電容，在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入VCP端接上相應(yīng)的電容電阻后即可工作。在一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，首先要由傳感器檢測(cè)到信號(hào)，才能進(jìn)行自動(dòng)控制。近年來(lái)，利用光電器件制成的紅外遙控器己在家用電器中得到廣泛應(yīng)用。不可見(jiàn)發(fā)光二極管為紅外發(fā)光二極管。在智能小車中，需要用光測(cè)量一段距離來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航，就可以使用紅外線。光強(qiáng)越大，電阻就越小，相應(yīng)流過(guò)的電流就越大，結(jié)果壓降就越小。距離或深度可根據(jù)接收器、光源及物體上的光斑所形成的三角形計(jì)算出來(lái)。若被測(cè)的距離短，則要求信號(hào)的波長(zhǎng)必須很短。理論基礎(chǔ)就是牛頓第二定律，根據(jù)基本的物理原理，在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部，速度是無(wú)法測(cè)量的，但卻可以測(cè)量其加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。傾角傳感器把MCU，MEMS加速度計(jì)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通訊單元全都集成在一塊非常小的電路板上面。數(shù)據(jù)方式輸出，接口形式包括RS23RS485和可定制等多種方式。90度），單極5V供電，比例電壓輸出， ~ ，工作溫度范圍寬。 3 測(cè)量方向參考器件上的箭頭指向。 小車運(yùn)行示意圖 智能小車硬件組成根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)模塊如下圖：控制模塊顯示模塊平衡模塊電源模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速模塊引導(dǎo)模塊電動(dòng)機(jī) 智能小車原理框圖1）控制模塊： 凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A單片機(jī)2）引導(dǎo)和探測(cè)模塊：紅外發(fā)射與接收傳感器TCRT50003）電動(dòng)機(jī)：直流電機(jī)4）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：達(dá)林頓管H