基于c51單片機(jī)設(shè)計(jì)的擂臺(tái)機(jī)器人程序設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-21 19:14 本頁面
【文章內(nèi)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(jī)器人設(shè)計(jì)方案本章簡要介紹機(jī)器人的設(shè)計(jì)原理以及方案。以AT89S52單片機(jī)為控制主板，各路傳感器為輸入設(shè)備，通過編寫程序來控制小車的動(dòng)作。 機(jī)器人原理 擂臺(tái)機(jī)器人包括五個(gè)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(hào)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(shù)據(jù)。它們的關(guān)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(guān)系圖 超聲波機(jī)器人根據(jù)比賽規(guī)則和要求，經(jīng)過分析，設(shè)計(jì)以超聲波傳感器為主的擂臺(tái)小車。在小車上安裝超聲波傳感器的目的是為了確定目標(biāo)的具體位置，以此來采取相應(yīng)的行動(dòng)。采用聲納的原因是因?yàn)槠錅y量距離較遠(yuǎn)、精度較高。根據(jù)場地的設(shè)計(jì)，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(nèi)的擂臺(tái)上，避免走出擂臺(tái)。第一步，為小車提供必要的功能函數(shù)，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。這里設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，一是軟件，二是硬件。硬件部分是要理解舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理，即通過某種頻率的脈沖信號(hào)來控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向。軟件也就是程序，通過C語言編程來實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制，這里是要求使單片機(jī)的I/O口輸出適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)。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(qū)動(dòng)超聲波傳感器。第三步，實(shí)現(xiàn)小車對(duì)敵人的搜索功能。第四步，制定相應(yīng)的作戰(zhàn)策略。馬達(dá)啟動(dòng)開始搜索目標(biāo)是否發(fā)現(xiàn)行動(dòng)策略是否圖 結(jié)構(gòu)流程 紅外機(jī)器人 紅外機(jī)器人是以紅外傳感器來實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測的。通過紅外信號(hào)的有無返回來判斷目標(biāo)是否被檢測到，在小車中的功能與聲納的用法相似，設(shè)計(jì)方案相同，在第三章中會(huì)介紹紅外傳感器的應(yīng)用，這里不做贅述。 第三章 單元模塊設(shè)計(jì)在第二章中，簡要介紹了擂臺(tái)小車設(shè)計(jì)原理以及硬件選材，包括設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)方案等。在第二章的基礎(chǔ)上，本章為各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)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(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距離了。這與雷達(dá)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(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，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(jì)時(shí)。小車的距離測量模塊正是用超聲波傳感器設(shè)計(jì)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(gè) 10US 以上的高電平,當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值,此時(shí)就為此次測距的時(shí)間,就可以達(dá)到你移動(dòng)測量的值了。 控制方式引腳定義：正面對(duì)傳感器，從左至右依次為VCC、Trig、Echo、GND應(yīng)用方法：(1)采用 IO 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號(hào)。 （Trig控制端送一個(gè)10us以上高電平）(2)模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測是否有信號(hào)返回； (3)有信號(hào)返回，通過 IO 輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是波的往返時(shí)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(shí)間．測試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。圖 超聲波傳感器時(shí)序圖以上時(shí)序圖表明你只需要提供一個(gè)10uS以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40KHz周期的電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)。回響信號(hào)的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此用過發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)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(shí)間*聲速（340m/s）/2；建議測量周期為60ms以上，以防止信號(hào)對(duì)回響的影響。 注意事項(xiàng)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(huì)影響模塊工作。測距時(shí)，被測物體的面積不少于 平方米且要盡量平整。否則會(huì)影響測試結(jié)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(jī)器人定制產(chǎn)品，接口方式及安裝位置完全適應(yīng)鷗鵬科技教育機(jī)器人系列，在使用過程中僅需要對(duì)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(jīng)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(jī)驅(qū)動(dòng)顯示LCD1602時(shí)，需將兩排10Pin的等長排針插入JP2排母接口。而當(dāng)要使用AVR單片機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示LCD1602時(shí)，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(shí)使用。下面以C51驅(qū)動(dòng)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(duì)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(gè)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(duì)兩個(gè)電路進(jìn)行了封裝，并用一個(gè)信號(hào)線來實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外線的發(fā)射和接收控制，節(jié)約了單片機(jī)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(shí)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(shù)QTI傳感器的特性使其很適合用在巡線、迷宮導(dǎo)航、探測場地邊緣等應(yīng)用項(xiàng)目。本模塊所使用QTI傳感器的性能參數(shù)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(yīng)時(shí)間：上升沿時(shí)間10us，下降沿時(shí)間50us ，根據(jù)背面的幾號(hào)，引腳的功能如下：GND：電源地線VCC：5V直流電源SIG ：信號(hào)輸出 安裝方式圖 傳感器與銅導(dǎo)柱連接將QTI傳感套件包里的銅導(dǎo)柱與傳感器按照上如所示進(jìn)行安裝，圖示左端的螺桿用于將安裝在銅導(dǎo)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(jī)器人控制程序設(shè)計(jì) 這章將介紹各個(gè)模塊的程序控制。 舵機(jī)控制圖 MG995舵機(jī) 舵機(jī)（英文叫Servo）：它由直流電機(jī)、減速齒輪組、傳感器和控制電路組成的一套自動(dòng)控制系統(tǒng)。上圖為MG995舵機(jī)，是常用的舵機(jī)之一。通過發(fā)送信號(hào)，指定輸出軸旋轉(zhuǎn)角度。舵機(jī)一般而言都有最大旋轉(zhuǎn)角度（比如180度。）與普通直流電機(jī)的區(qū)別主要在，直流電機(jī)是一圈圈轉(zhuǎn)動(dòng)的，舵機(jī)只能在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，不能一圈圈轉(zhuǎn)（數(shù)字舵機(jī)可以在舵機(jī)模式和電機(jī)模式中切換，沒有這個(gè)問題）。普通直流電機(jī)無法反饋轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信息，而舵機(jī)可以。用途也不同，普通直流電機(jī)一般是整圈轉(zhuǎn)動(dòng)做動(dòng)力用，舵機(jī)是控制某物體轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度用（比如機(jī)器人的關(guān)節(jié)）。我們使用的是360度舵機(jī)，即為無角度限制，可以
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