【文章內容簡介】 列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器。第二章 機器人設計方案本章簡要介紹機器人的設計原理以及方案。以AT89S52單片機為控制主板，各路傳感器為輸入設備，通過編寫程序來控制小車的動作。 機器人原理 擂臺機器人包括五個模塊，分別為電源模塊、紅外檢測模塊、聲納測距模、QTI循線模塊以及液晶顯示模塊。電源采用可以安裝四節(jié)五號電池的電池盒，紅外檢測以及QTI模塊都為紅外傳感器集成套件，超聲波模塊（聲納）使用的是HCSR04傳感器，最后采用LCD液晶顯示器來輸出測出的距離和檢測到的數據。它們的關系如下圖所示：AT89S52電源模塊紅外檢測模塊聲納測距模塊液晶顯示模塊QTI紅外循跡模塊圖 21 各部分關系圖 超聲波機器人根據比賽規(guī)則和要求，經過分析，設計以超聲波傳感器為主的擂臺小車。在小車上安裝超聲波傳感器的目的是為了確定目標的具體位置，以此來采取相應的行動。采用聲納的原因是因為其測量距離較遠、精度較高。根據場地的設計，給小車安裝QTI循跡傳感器套件，以此檢測自身所處是否為場地內的擂臺上，避免走出擂臺。第一步，為小車提供必要的功能函數，實現小車的前進、后退、左轉、右轉。這里設計兩個方面，一是軟件，二是硬件。硬件部分是要理解舵機的驅動原理，即通過某種頻率的脈沖信號來控制舵機的轉動速度和方向。軟件也就是程序，通過C語言編程來實現對硬件的控制，這里是要求使單片機的I/O口輸出適當的脈沖信號。第二步，先掌握HCSR04的工作原理，并且連接好電路，最后編寫C程序來驅動超聲波傳感器。第三步，實現小車對敵人的搜索功能。第四步，制定相應的作戰(zhàn)策略。馬達啟動開始搜索目標是否發(fā)現行動策略是否圖 結構流程 紅外機器人 紅外機器人是以紅外傳感器來實現對目標的檢測的。通過紅外信號的有無返回來判斷目標是否被檢測到，在小車中的功能與聲納的用法相似，設計方案相同，在第三章中會介紹紅外傳感器的應用，這里不做贅述。第三章 單元模塊設計在第二章中，簡要介紹了擂臺小車設計原理以及硬件選材，包括設計思路與設計方案等。在第二章的基礎上，本章為各個模塊的設計進行詳細介紹。 距離測量模塊 超聲波傳感器是一款通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據接收器接到超聲波時的時間差就可以知道距離了。這與雷達測距原理相似。 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。小車的距離測量模塊正是用超聲波傳感器設計的。 超聲波傳感器工作原理圖 超聲波傳感器控制口發(fā)一個 10US 以上的高電平,當此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值,此時就為此次測距的時間,就可以達到你移動測量的值了。 控制方式引腳定義：正面對傳感器，從左至右依次為VCC、Trig、Echo、GND應用方法：(1)采用 IO 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號。 （Trig控制端送一個10us以上高電平）(2)模塊自動發(fā)送 8 個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回； (3)有信號返回，通過 IO 輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是波的往返時間；（Echo接收端收到聲波后輸出高電平）(4)超聲波從發(fā)射到返回的時間．測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2。圖 超聲波傳感器時序圖以上時序圖表明你只需要提供一個10uS以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內部將發(fā)出8個40KHz周期的電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此用過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算出距離。公式為：uS/58將單位化成厘米（CM），uS/148將單位化成英寸；距離=高電平時間*聲速（340m/s）/2；建議測量周期為60ms以上，以防止信號對回響的影響。 注意事項此模塊不宜帶電連接，如果要帶電連接，則先讓模塊的 GND端先連接，否則會影響模塊工作。測距時，被測物體的面積不少于 平方米且要盡量平整。否則會影響測試結果。 液晶顯示模塊該LCD1602液晶顯示模塊是專為鷗鵬科技教育機器人定制產品，接口方式及安裝位置完全適應鷗鵬科技教育機器人系列，在使用過程中僅需要對位安裝即可。 DMECD16 LCD1602液晶顯示模塊接口定義圖 接口定義圖 安裝步驟一、首先拿到的是已經焊接好接口排母的LCD1602液晶顯示模塊。圖 液晶顯示模塊 二、該模塊配有接口安裝用的兩排10pin等長排針。圖 LCD模塊與排針 三、使用C51單片機驅動顯示LCD1602時，需將兩排10Pin的等長排針插入JP2排母接口。而當要使用AVR單片機驅動顯示LCD1602時，需將兩排10Pin的等長排針插入JP1排母接口。注意：JP2和JP2不可同時使用。下面以C51驅動顯示LCD1602的安裝方法為例說明。圖 排針安裝效果圖 將安裝好排針的LCD1602液晶顯示模塊對位安裝到鷗鵬科技C51 AVR控制板上的JP7排母接口，并在另一端安裝好配套的銅柱和螺母螺釘。圖 安裝效果圖 循跡模塊 這個模塊使用的QTI(Quick Track Infrared)。它的工作原理同紅外傳感器原理完全一樣，只是對兩個電路進行了封裝，并用一個信號線來實現對紅外線的發(fā)射和接收控制，節(jié)約了單片機微控制器的寶貴接口（引腳）資源。這里使用的QTI傳感器探測到黑色物體時輸出高電平（+5V），探測到白色物體輸出低電平（0V）。圖 QTI傳感器 性能參數QTI傳感器的特性使其很適合用在巡線、迷宮導航、探測場地邊緣等應用項目。本模塊所使用QTI傳感器的性能參數如下：工作溫度：40℃85℃工作電壓：5V連續(xù)電流：50mA功耗：100mW最佳探測距離：510mm最佳距離下最佳散射角度：65度響應時間：上升沿時間10us，下降沿時間50us ，根據背面的幾號，引腳的功能如下：GND：電源地線VCC：5V直流電源SIG ：信號輸出 安裝方式圖 傳感器與銅導柱連接將QTI傳感套件包里的銅導柱與傳感器按照上如所示進行安裝，圖示左端的螺桿用于將安裝在銅導柱上的傳感器固定到小車地盤上。安裝效果圖如下：圖 最終效果圖 第四章 機器人控制程序設計 這章將介紹各個模塊的程序控制。 舵機控制圖 MG995舵機 舵機（英文叫Servo）：它由直流電機、減速齒輪組、傳感器和控制電路組成的一套自動控制系統。上圖為MG995舵機，是常用的舵機之一。通過發(fā)送信號，指定輸出軸旋轉角度。舵機一般而言都有最大旋轉角度（比如180度。）與普通直流電機的區(qū)別主要在，直流電機是一圈圈轉動的，舵機只能在一定角度內轉動，不能一圈圈轉（數字舵機可以在舵機模式和電機模式中切換，沒有這個問題）。普通直流電機無法反饋轉動的角度信息，而舵機可以。用途也不同，普通直流電機一般是整圈轉動做動力用，舵機是控制某物體轉動一定角度用（比如機器人的關節(jié)）。我們使用的是360度舵機，即為無角度限制，可以