【文章內(nèi)容簡介】 體的綜合系統(tǒng)。以 C 語言進(jìn)行運(yùn)動程序的編寫，最終實(shí)現(xiàn)一個能夠參加擂臺 競賽的機(jī)器人 。 制作 條件 根據(jù)機(jī)器人擂臺的競賽規(guī)則，以 中科歐鵬公司生產(chǎn) C51 單片機(jī) 為基礎(chǔ) ， 設(shè)計(jì)可應(yīng)用于擂臺 競賽的攻擊型機(jī)器人的行為策略，設(shè)計(jì)具有競爭力的總體比賽方案。 在進(jìn)攻、防守時機(jī)器人 用何 種速度和方式行進(jìn)，以及設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和比賽程序。在用教學(xué)機(jī)器人套件搭建的機(jī)器人上進(jìn)行調(diào)試， 根據(jù)問題進(jìn)行進(jìn)一步的完善以提高其競爭力。 武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 2 硬件平臺 圖 AT89S52 單片機(jī) AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器， 具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存 儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上， 擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash ，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng) 提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字 節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器， 一 個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)， 全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選 擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM 、 定時器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止 軟件平臺 Proteus 軟件是英國 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它 EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、 從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 3 是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺，其處理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086和 MSP430 等， 20xx 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列處理器，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。 武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 4 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作 。 機(jī)器人 原理 擂臺機(jī)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(shù)據(jù) 。 它們的關(guān)系如下圖所示 ： 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。 采用 聲納的 原因是因?yàn)槠?測量距離較遠(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)的擂臺上，避免走出擂臺。 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)動原理，即通過某種頻率的脈沖信號來控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和方向。軟件也就是程序，通過 C 語言編程來實(shí)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 武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 5 現(xiàn)對 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。 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)動超聲波傳感器。 第三步，實(shí)現(xiàn)小車對敵人的搜索功能。 第四步，制定相應(yīng)的作戰(zhàn)策略。 紅外 機(jī)器人 紅外機(jī)器人是以紅外傳感器來 實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的 檢測的。通過紅外信號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，在第三章中會介紹紅外傳感器的應(yīng)用，這里不做贅述。 馬達(dá)啟動 開始 搜索目標(biāo) 是否發(fā)現(xiàn) 行動策略 是 否 圖 結(jié)構(gòu)流程 武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 6 第 三 章 單元模塊設(shè)計(jì) 在第二章中，簡要介紹了 擂臺小車 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的時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 時刻的同時開始計(jì)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(jì)時。 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 10US 以上的高電平 ,就可以在接收口等待高電平輸出 .一有輸出就可以開定時器計(jì)時 ,當(dāng)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 ,方可算出距離 .如此不斷的周期測 ,就可以達(dá)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(yīng)用方法： 武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 7 (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(nèi)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?；仨懶盘柕拿}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(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(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(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位安裝即可。 武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 8 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 武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 9 三、 使用 C51 單片機(jī)驅(qū)動顯示 LCD1602 時，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(qū)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，