【文章內(nèi)容簡介】 片，從而控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)以及減速[10]。 旅游景點(diǎn)線路圖312旅游景點(diǎn)線路 其中場地表面為綠色，沒有明確的邊界，用以方便機(jī)器人導(dǎo)航。在實(shí)際布置線路的時(shí)候，我們遇到了些問題。一是地毯。地毯并不是平坦的貼在地面上，有很多的起伏，同時(shí)上面的白線也就高低不平，這就導(dǎo)致了紅外傳感器在接收反射光時(shí)不穩(wěn)定，從而輸入單片機(jī)的信號(hào)也就不穩(wěn)定。二是光線干擾的問題。我們發(fā)現(xiàn)，光線的強(qiáng)弱也會(huì)對(duì)傳感器有影響。 系統(tǒng)流程圖 旅游系統(tǒng)總流程圖開始單個(gè)傳感器是 否探測到？相應(yīng)左右輪速度調(diào)整是否探測到岔 口？決定左拐還是右拐驅(qū)動(dòng)電機(jī)左右拐碰撞開關(guān)是否有信號(hào)？碰撞，改變走向直走 是否 是否 是否圖32 系統(tǒng)流程圖 尋跡模塊 光電傳感器的選擇圖331 光電傳感器器的結(jié)構(gòu)簡單,形式靈活多樣,因此,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛. 這里選用TCRT5000光電傳感器，此傳感器在距離較小時(shí)測量數(shù)據(jù)很準(zhǔn)確。 ,反應(yīng)快,非接觸等優(yōu)點(diǎn),而且可測參數(shù)多,傳感 圖332 光電傳感器原理圖光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，圖333 光電傳感器工作原理分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。這里我們選用了反光板型光電傳感器TCRT5000，該傳感器特點(diǎn)是檢測準(zhǔn)確，反應(yīng)迅速、使用容易、結(jié)構(gòu)小巧、成本低廉。它的檢測頭里裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當(dāng)檢測物通過時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)。 比較器電路為了得到單片機(jī)要處理的數(shù)字信號(hào)，直接用傳感器測到的信號(hào)是不行的，有人用AD轉(zhuǎn)換將測到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，凌陽內(nèi)部也有十路AD轉(zhuǎn)換，但是這種方法程序?qū)懫饋韽?fù)雜而且如果要調(diào)節(jié)傳感器需要帶單片機(jī)在線調(diào)節(jié)，極為不便。所以我們想了另一種方法。就是用硬件處理，使給單片機(jī)IO口的直接就是數(shù)字信號(hào)。這里我們選用了LM339電壓比較器來對(duì)傳感器的探測器信號(hào)進(jìn)行比較，而后決定是要輸出高電平還是低電平。 圖334 LM339功能圖而每路傳感器采用如下電路： 圖335 比較器模塊原理圖工作原理是：TCRT5000發(fā)射的光被白線反射到接收管上，接收管將其轉(zhuǎn)為相應(yīng)大小的電信號(hào)輸出至LM339的比較輸入的正端。（沒有探測到白線）輸出L1為0（即低電平），（探測到了白線）時(shí)輸出L1為5V（即高電平）。這樣，給單片機(jī)輸入的就是純粹的數(shù)字信號(hào)了。圖中D2平時(shí)點(diǎn)亮，當(dāng)探測到白線時(shí)熄滅。這樣的設(shè)計(jì)是為了便于傳感器的調(diào)節(jié)。至此，無需連接61板即可調(diào)節(jié)傳感器，方便了許多。 尋跡分析針對(duì)旅游場地的白線，我們采用前后探測的方法，前后都安置了傳感器，即讓機(jī)器人兩頭都能走，且兩頭的傳感器均一樣放置。我們選用了七個(gè)傳感器并排而放，傳感器間距26mm。如下圖：圖336 實(shí)際傳感器排列圖傳感器采集的信號(hào)向前分別由IOA1~IOA7口向后分別由IOA9~IOA15輸入給單片機(jī)，CPU監(jiān)測到信號(hào)的變化，控制左右車輪獨(dú)立驅(qū)?？刂茩C(jī)器人的方向使之最后能夠回到原來的路線并沿引導(dǎo)線自主行走[15]。現(xiàn)詳細(xì)分析傳感器探測的各種情況，以向前為例，向后類似。其中白圈為傳感器，雙線內(nèi)為白線。 這種情況只有中間一個(gè)傳感器探測到，機(jī) 器人于路中間，左右輪等速向前。 這種情況保持先前狀態(tài)。 這種情況只需根據(jù)相應(yīng)傳感器的 偏移量設(shè)置相應(yīng)速度則可。此時(shí) 左右輪之速度不同。走直線是小車最基本的功能，然而旅游線路圖比較大，有眾多的景點(diǎn)和路口，如何讓小車能夠完整的走完線路圖，要在程序中加以控制，也就是要在小車的“頭腦”中畫好一副圖。根據(jù)事先鋪設(shè)好的線路，規(guī)劃好小車的行走線路，在程序中依次記下要走過的所有的路口順序，小車一旦到達(dá)一個(gè)路口，檢測到的信號(hào)與單片機(jī)中存儲(chǔ)的旅游圖進(jìn)行信息的交互，小車就知道這是第幾個(gè)路口、是個(gè)什么樣的路口，應(yīng)該向什么方向走，利用計(jì)數(shù)器調(diào)用主程序來改變小車的方向或者直行通過路口。再根據(jù)光電傳感進(jìn)一步檢測到的信號(hào)，配合程序告訴小車何時(shí)結(jié)束轉(zhuǎn)向。旅游地圖中有諸多岔口，有丁字，十字還有五路岔口。下面加以分析。 1 2 3 4 5 6 7 8 9上面只列出了幾種情況，實(shí)際中還有好多種情況。基于以上幾種情況，我們想出了拐彎條件：左右邊上兩個(gè)或三個(gè)或四個(gè)或五個(gè)傳感器探測到則轉(zhuǎn)彎。但并非一探測到就轉(zhuǎn)彎，我們對(duì)機(jī)器人走的路途經(jīng)過規(guī)劃，還對(duì)轉(zhuǎn)彎的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，到某個(gè)岔口要向左還是向右轉(zhuǎn)彎要由計(jì)數(shù)的值決定。比如機(jī)器人走到了第五個(gè)岔口，若岔口為十字路口，在我的規(guī)劃中它是要向左轉(zhuǎn)的，那么機(jī)器人在此岔口就只有左轉(zhuǎn)的程序是激活的，右轉(zhuǎn)的程序被屏蔽了，機(jī)器人只能左轉(zhuǎn)。在實(shí)際的調(diào)試過程當(dāng)中，遇到了不少問題，我們認(rèn)識(shí)到，小車能否順利的尋跡運(yùn)行，關(guān)鍵是在能否有效的抗干擾。干擾主要來自以下幾個(gè)方面。當(dāng)二極管的光線同時(shí)照射在白線和地毯上時(shí)，我們?nèi)〈藭r(shí)的電壓為閾值電壓，給比較器進(jìn)行比較，再由單片機(jī)處理從而通過芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)。我們?cè)谀骋画h(huán)境下測量電壓，設(shè)定比較器閾值電壓值。但是當(dāng)環(huán)境變化，光線變化之后，導(dǎo)致閾值電壓有變化，影響了光電傳感器對(duì)白線的檢測。2. 小車速度的影響。15V充電電池充電之后。這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高。單片機(jī)得到“有信號(hào)”后，經(jīng)過處理再通過驅(qū)動(dòng)芯片控制電機(jī)。但是當(dāng)電機(jī)做出相應(yīng)的變化之前，小車已經(jīng)駛離白線，光電傳感器也離開白線。這時(shí)可以看出小車有調(diào)整方向的動(dòng)作，但是因調(diào)整后光電傳感器已經(jīng)在白線的一側(cè)，所以無法再回到白線上來行駛進(jìn)行二次調(diào)整。這樣小車就走出白線，比賽就算了失敗了。3. 小車感受信號(hào)的檢測也不能太快,不然的話會(huì)出現(xiàn)很多的垃圾信息處理，這是沒有必要的。 4. 電機(jī)特性的干擾。這是個(gè)比較頭痛的問題，用軟件來調(diào)節(jié)也不理想，小車在相同的電壓下，左電機(jī)慢，右電機(jī)快。在沒有程序的情況下，向左偏行駛。電量足，速度快的情況下，左偏更加嚴(yán)重。還有減速箱也有問題，機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)是上下顫動(dòng)，讓人看起來像個(gè)拖拉機(jī)。這種顫動(dòng)讓傳感器時(shí)高時(shí)低，探測不準(zhǔn)確。 碰撞模塊單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)前后碰撞開關(guān)圖34 碰撞模塊功能示意圖在小車的前后端裝有碰撞開關(guān)，檢測前方是否有障礙。碰撞開關(guān)直接與IOB口相連到，平時(shí)沒有碰撞時(shí)碰撞開關(guān)是給高電平，一旦撞上障礙物，開關(guān)閉合，提供一低電平，觸發(fā)了一個(gè)下降沿，給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)，單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)芯片控制電機(jī)，讓電機(jī)反轉(zhuǎn)調(diào)頭。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的是L298芯片，它是H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片應(yīng)用簡單，可帶散熱片。在46V的電壓以下，可以提供最大4A的電流。 圖352 L298應(yīng)用電路圖 J21，J22分別接電機(jī)，Vmotor為經(jīng)過7809后的9V電源，Vcc為5V電源。電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過改變電機(jī)電壓的方式來改變的，CPU提供給電機(jī)的信號(hào)是方波，不同的方波它的平均電壓是不同的，我們就利用這一點(diǎn)來進(jìn)行機(jī)器人的速度控制。采用不同的脈寬調(diào)節(jié)平均電壓的高低，進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即脈寬調(diào)制（PWM，Pulse Width Modulation）[18]。脈寬調(diào)制信號(hào)通過IOBIOB9 輸入給L298，如果需要調(diào)速，可以直接調(diào)用SPCE061A的PWM資源，通過調(diào)節(jié)PWM的占空比來實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。調(diào)速部分直接連接到了61板的PWM輸出，只要在程序中對(duì)PWM相關(guān)端口進(jìn)行合理的設(shè)置，在MOTSP端就有PWM信號(hào)產(chǎn)生，加在小車電機(jī)兩端的電壓就是一個(gè)PWM電壓信號(hào)，對(duì)應(yīng)的電機(jī)電壓波形如圖示：圖353 脈寬調(diào)制此時(shí)加在電機(jī)兩端的平均電壓Uo=T h/(T h +T l)*VCC。 可以通過調(diào)整PWM的占空比，來改變T h和T l的比值，從而改變U o的大小。這樣就通過PWM資源調(diào)節(jié)加在電機(jī)兩端的平均電壓，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)小車速度的目的。最后成品圖：圖354 機(jī)器人實(shí)物圖圖355 賽場上的機(jī)器人第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路因旅游地圖中有各種各樣的岔口，我們分析過，要想游覽完所有的景點(diǎn)必須給機(jī)器人一個(gè)固定的路徑。為了讓機(jī)器人能拐正確的彎，我們對(duì)機(jī)器人走過的路線所拐過的彎逐一計(jì)數(shù)，即只要完成一次拐彎則計(jì)數(shù)器加一。在程序中設(shè)定好機(jī)器人在哪個(gè)拐彎數(shù)處向左向右拐彎。此外為了防止現(xiàn)場有白色微粒的干擾，經(jīng)老師提示，我們采用如下方法：先讀取一個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，延時(shí)一小段時(shí)間后再讀取一次，比較兩次讀取之?dāng)?shù)據(jù)，相同則為正確數(shù)據(jù)，不同則為干擾?？梢哉f旅游機(jī)器人軟件主要部分是拐彎，所以要著力于這個(gè)問題。經(jīng)過上面的分析我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)探測到彎口時(shí)至少有兩個(gè)傳感器探測到，仔細(xì)分析各種情況，我們擬定在不同的岔口實(shí)行不同的拐彎條件。尤其是五岔口和約四十度的那兩個(gè)岔口?？紤]到不同場地有不同的摩擦力，而且電池的電量不同也會(huì)有不同的速度。我程序準(zhǔn)備了三套程序，三個(gè)不同的速度，通過外接的撥碼開關(guān)來選擇。 程序流程圖初始化碰撞開關(guān)是否動(dòng)作（IOB口低8位）？n=2,跳到向后走程序n=1, 跳到向前走程序前（后）左轉(zhuǎn)條件是否成立？前（后）右轉(zhuǎn)條件是否成立？調(diào)用前（后）走直線程序傳感器是否探測到信號(hào)？保持當(dāng)前狀態(tài)不變調(diào)用前（后）左拐程序，num加一調(diào)用前（后）右拐程序，num加一是否回到了起始點(diǎn)？停車開始 否 是 否 是 是 否 是否 否 是圖421 程序流程圖第五章 結(jié)束語 設(shè)計(jì)總結(jié) 此次設(shè)計(jì)的機(jī)器人旅游系統(tǒng)是單片機(jī)的實(shí)際運(yùn)用，對(duì)我們來說也是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括了許多方面的內(nèi)容，凌陽單片機(jī)SPCE061A、61板的編程、光電傳感器、碰撞開關(guān)、L298和L339的運(yùn)用，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、PWM技術(shù)等等，這些都需要我們不斷的在探索中學(xué)習(xí)。從畢業(yè)設(shè)計(jì)的開始，我們就不斷的遇到問題。挫折是讓人沮喪的，但是每次取得成果又是讓人喜悅的。這些都難以忘懷。我們一開始目的就很明確，要設(shè)計(jì)一塊能完成旅游，滅火功能的主板，做一個(gè)能參加江蘇機(jī)器人比賽的機(jī)器人，所以我們時(shí)刻不在告訴自己一定要做好。在我們的多加分析和老師的指導(dǎo)下，確定了設(shè)計(jì)方案，一開始我主要負(fù)責(zé)的是硬件方面，是機(jī)器人的軀體，如果硬件搞不好，就談不上軟件。在買齊了所需的電子元件之后，我開始了制作焊接工作。因?yàn)槲冶救藢?duì)電子元件也有所了解，也可以說有這方面的經(jīng)驗(yàn)，所以焊接并沒有遇到什么大困難。早期焊的東西是用萬能板做出來的，每個(gè)小部分的電路都是分別焊在不同的板子上面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，板子焊接的太亂會(huì)給后面的整和以及調(diào)試工作帶來很大的麻煩，在查找毛病的時(shí)候非常麻煩。于是將除了61板和傳感器以外的所有電路全都設(shè)計(jì)在一塊PCB板上，讓電路整潔明了，電路的穩(wěn)定性也提高了。在制作的過程中，不斷遇到問題不斷解決，不斷完善硬件。測試階段是個(gè)頭疼的過程，干擾因素非常的多，設(shè)定的比較電壓可能會(huì)改變，今天成功了，但是明天環(huán)境一變可能就會(huì)失敗。還有程序的調(diào)試，因?yàn)槲覀儧]有任何以前的程序作參考，所有程序都是自己一點(diǎn)兒一點(diǎn)兒寫出來的。開始寫的程序只能走個(gè)直線，后來經(jīng)過不斷的思考，摸索出轉(zhuǎn)彎的算法。至此以后機(jī)器人才走得像模像樣，下而的工作就是針對(duì)旅游的地圖來完善程序，減少干擾，設(shè)置不同的速度，對(duì)特殊的岔口進(jìn)行特殊處理等?？梢哉f從開始編出來的第一個(gè)程序到正式參加比賽，是一點(diǎn)點(diǎn)堆起來的。從開始的只有幾十行到現(xiàn)在的一千多行，每一次的調(diào)試都有新的發(fā)現(xiàn)，都需要作程序修改。除此之外，硬件出現(xiàn)的毛病也讓我們花費(fèi)了好多力氣。比賽前一天晚上為了找一個(gè)毛病花了大半天的時(shí)間?？烧f測試花費(fèi)了我們很長的時(shí)間，但這個(gè)過程也鍛煉了我們的耐心，增強(qiáng)了自信心。雖然以前也曾自學(xué)過凌陽單片機(jī)編程，也曾做過凌陽的硬件實(shí)驗(yàn)，但都不深入，這次設(shè)計(jì)主要依靠我們自己團(tuán)隊(duì)力量進(jìn)行，好多東西都要自己完成，在此過程中所遇到的問題及解決的問題讓我們從中學(xué)到了好多。通過這次設(shè)計(jì)，我取得了明顯的進(jìn)步。畢業(yè)設(shè)計(jì)給我?guī)淼腻憻挶貙?huì)對(duì)我今后的工作起到很大的幫助。功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過我們的努力，在機(jī)器人比賽中榮獲了一個(gè)三等獎(jiǎng)。這個(gè)就是給我們這些忙碌的日子里最大的安慰。 系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 旅游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)基本達(dá)到了原先的要求，但仍然有需要改進(jìn)的地方。在比賽過