【正文】 20 供電電 路設(shè)計 ................................................................................................ 20 通信電路模塊設(shè)計 ................................................................................................... 21 傳感器模塊設(shè)計 ....................................................................................................... 21 電機驅(qū)動與調(diào)速模塊設(shè)計 ....................................................................................... 26 電機驅(qū)動芯片選擇 ........................................................................................ 26 電機驅(qū)動設(shè)計 ................................................................................................ 27 PWM 調(diào)速 ..................................................................................................... 27 4 避障小車軟件系統(tǒng)設(shè)計 .................................................................................................... 29 引言 ............................................................................................................................. 29 避障小車軟件總體設(shè)計思想 ................................................................................... 29 副控制單片機 STC12LE5410 的軟件設(shè)計 ............................................................ 29 設(shè)置與傳輸 .................................................................................................... 30 超聲波接收 .................................................................................................... 32 距離計算與數(shù)據(jù)存儲 .................................................................................... 33 副單片機的 SPI 通信中斷服務(wù)： ................................................................ 34 主單片機 Atmega32L 避障設(shè)計 .............................................................................. 36 避障算法設(shè)計 ................................................................................................ 36 運動控制設(shè)計 ................................................................................................ 37 SPI 通信設(shè)計 .......................................................................................................... 39 SPI 通信基本原理 ......................................................................................... 39 SPI 通信時序 ................................................................................................. 39 5 避障小車的調(diào)試 ................................................................................................................ 41 SPI 通信的調(diào)試及常見錯誤 .................................................................................... 41 避障小車運行時遇到的問題 ................................................................................... 44 超聲波檢測模塊的調(diào)試與測量 ............................................................................... 44 結(jié) 論 .................................................................................................................................. 46 致 謝 .................................................................................................................................. 47 參考文獻 .................................................................................................................................. 48 附 錄 A .............................................................................................................................. 50 附 錄 B............................................................................................................................... 69 附 錄 C............................................................................................................................... 70 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 1 緒論 引言 機器人學(xué)科是一門迅速發(fā)展的綜合性前沿學(xué)科。查培克所編寫的戲劇中的人造勞動者，在那里機器人被描寫成像奴隸那樣進行勞動的機器。第二代機器人具有一定的感覺裝置，能獲取作業(yè)環(huán)境、操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，機器人作出一定的推理，對動作進行反饋控制，表現(xiàn)出低級的智能。另外我國的高等院校也在機器人領(lǐng)域開展了廣泛的研究，如長沙的國防科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、燕山大學(xué)等在步行機器 人、精密裝配機器人、自由度機器人及并聯(lián)機器人等前沿領(lǐng)域取得了可喜的成績，正在逐步縮短在機器人技術(shù)方面與世界先進水平的差距。避障智能小車是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導(dǎo)航、 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 人工智能及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。 （ 3）哈工大機器人技術(shù)有限公司開發(fā)研制成功了我國第 一臺智能型服務(wù)機器人 。意指機器人在工作時一定是正確的，并不一定要連續(xù)工作。 （ 2）傳感器信息的單片機采集，信息來源有超聲波傳感器及測試電機運轉(zhuǎn)速度的編碼器。在了解了周圍環(huán)境后，基于事先預(yù)定的策略控制電機運行，完成相應(yīng)的行為。另外，需要開發(fā)一套單片機基礎(chǔ)實驗板，需要配備基本 IO 接口芯片，外接計數(shù)器芯片，顯示組件，以完成系統(tǒng)設(shè)計過程中的驗證實驗。簡單說，就是把以前的導(dǎo)航問題分解成相對獨立的導(dǎo)航單元，如避障、跟蹤、目標(biāo)制導(dǎo)等。優(yōu)點是能夠求得最短路徑，但因為機器人尺寸大小忽略，過障礙時離障礙太近甚至接觸，并且搜索時間長。第二代傳感控制 (Sensory controlled)機器人，指具有如視覺和觸覺等外部感覺功能的機器人。然后在收集各種傳感器的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行分析，做出判斷、決策并做出相應(yīng)的行為。因考慮到需要附帶執(zhí)行機構(gòu)，移動機器人一般設(shè)計功率較大，然而目前市場上，高功率伺服電機的控制與驅(qū)動產(chǎn)品體積 質(zhì)量均較大，且價格昂貴，這大大限制了移動機器人的負(fù)載空間。車輪式移動是最常見的一種地面行進方式。從廣義上講，傳感器就是能感受外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)化成可用信號的裝置；從狹義上講，傳感器就是將外界信息轉(zhuǎn)化成電信號的裝置。 系統(tǒng)總體控制方案的確 定 本設(shè)計系統(tǒng)主要由四個模塊組成，分別是供電模塊、檢測模塊、控制模塊、運動模塊。 避障小車 供電模塊 檢測模塊 控制模塊 運動模塊 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 （ 4）故障檢測及報警功能。利用超聲波探測距離遠(yuǎn)的優(yōu)點可以及早發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處存在的障礙物 ，依據(jù)一定的算法，對傳感器給 出的不確定信息融合，可以得出較為真實的環(huán)境狀況，從而有利于小車 作出正確的判斷。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與四根行線相交叉的 4 個按鍵之中。 通過綜合分析以上各個方案的優(yōu)缺點及考慮性價比等 客觀因素，本文選擇了方案二，即使用了撥碼開關(guān)。 方案二：直流減速電機。能滿足各種特殊運行要求。此外，一般電動機的電阻比較小但電流很大，分壓不僅會降低效率，而且實現(xiàn)起來比較困難。若接收到反射回來的紅外線，則通知單片機前方有障礙物。 方案三： CCD。 而且，設(shè)計顯得累贅、不夠簡潔 。有豐富的參考資料；利用凌陽自帶的 軟件模擬即可實現(xiàn)在線調(diào)試，無需額外成本。但是學(xué)習(xí)起來較為復(fù)雜，而且價格也相對昂貴。 通過分別對左右兩側(cè)的電機進行電壓控制，使左右兩側(cè)車輪產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速，從 而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。 電路原理圖如圖 所示 [22]。若將電容與電 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 感合理的安排在電路中，則可以有效的降低交流成分，保持直流成分。在頻率較高時，它的感抗較大，這樣大的電解電容的阻抗在高頻時，是隨著頻率的增大而增大的。A 功能特性描述 Atmega3216 有如下特點： 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash（具有同時讀寫的能力，即 RWW）， 512 字節(jié) EEROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個通用 I/O 口線， 32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器 /計數(shù)器（ T/C），片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測器的 通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級可編程增益（ TQFP 封裝）的 ADC，具有片內(nèi)振蕩器的課編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。 復(fù)位電路設(shè)計 通常情況下當(dāng)電源上電時，對電容 C 充電，使非門的輸入端的電壓逐漸升高，電壓達到輸入高電平（或叫開門電平）時，非門的輸出變?yōu)榈碗娖?(約 0V)，此時微處理器可以正常工作。 TL851 與TL852 配套，它可實現(xiàn)超聲波發(fā)射及控制 TL852 的增益變換，通過定時控制增益，使TL852 的增益與回波時間相匹配，一方面提高了檢測的靈敏度，同時減小了干擾