【正文】 //左電機使能端為 0 INB=0。 //左電機使能端為 1 INB=1。 go(0,0)。 IN3=0。 delay(1400)。 IN2=0。 go(50,50)。 } void turn_left() //電機左轉(zhuǎn) { IN1=0。 } void back() //電機后退函數(shù) { IN1=0。 } void qianjin() //電機前進函數(shù) { IN1=1。 P20=!P20。 P20=!P20。j0。 uchar j。 //電機停止函數(shù) extern void ISP_init()。 //電機后退函數(shù) extern void turn_left()。 extern void delay(uint xms)。 // 電機 2 的使能位 INB=1，電機開始工作， INB=0，電機停止工作 sbit P17=P1^7。 sbit INA=P1^4。 最后，對在畢業(yè)設(shè)計期間給予我?guī)椭乃卸鲙熀屯瑢W(xué)表示最誠摯地感謝和最衷心祝福。除了敬佩張老師的專業(yè)水平外，他嚴(yán)謹(jǐn)負責(zé)的 工作態(tài)度也是非常值得學(xué)習(xí)的，并且對今后的學(xué)習(xí)和工作都將產(chǎn)生影。可以 增加探測模塊的個數(shù) ， 如左右各增加一個探測器 ， 這樣同時檢測多個方向 ， 明顯改進避障的效果 ， 特別是針對墻角、三面均有障礙物的情況。經(jīng)實驗收測試 ， 該智能小車設(shè)計方案正確、可行 ， 各項指標(biāo)穩(wěn)定、可靠。 本章小結(jié) 本章主要介紹了智能避障機器人的安裝和調(diào)試，通過反復(fù)的實驗，不斷修改參數(shù)來完善結(jié)果，最終實現(xiàn)了智能避障機器人的自動避障功能。 聯(lián)合調(diào)試 各模塊都調(diào)試通過之后 ， 將各個模塊連接起來與硬件結(jié)合進行聯(lián)合調(diào)試。 雖然在軟件的調(diào)試過程中 ， 綜合利用了設(shè)定斷點、單步、跟蹤等調(diào)試手段 ， 使得調(diào)試工作更易進行。 167。 最后加入報警模塊和傳感器模塊，看能否正常報警。 首先燒入電機控制小程序，控制電機正反轉(zhuǎn)，停止均正常 。 系統(tǒng)調(diào)試 本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試 、 軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。而且要認真核對原理圖是否一致 ， 在檢查好后才可上件、焊件 ， 防止出現(xiàn)錯誤焊件后不便改正。 167。 報警模塊 報警模塊主要是在小車遇到障礙物時，進行報警提示，可以利用延時函數(shù)來改變高低電平的占空比來實現(xiàn)蜂鳴器“滴滴滴”的報警。 中斷模塊 中斷模塊主要是完成 PWM調(diào)速功能， PWM調(diào)速的原因是小車左輪右輪轉(zhuǎn)速不一樣，左輪轉(zhuǎn)速比右輪快 20%，所以在兩輪全正轉(zhuǎn)的時候，理論上小車是直線前進，但是實際上，因為小車左輪比右輪快20%，所以小車行走路線是圓弧 ，為了讓小車能夠走直線，所以使用 PWM調(diào)速的方法，當(dāng)需要小車直線行駛時，給左輪加 83%的電壓，給右輪加 100%的電壓，這樣左輪就按照 83%的速度行駛，右輪全速行駛，使用這種方式后，小車能夠近似按照直線行駛。 CT=0，也意味著定時器 0 工作在定時模式而不是計數(shù)模式， M1M0=01 設(shè)置了定時器 0的工作方式為方式一，為 16 位定時器計數(shù)器模式。 右轉(zhuǎn) 180176。 主程序流程圖 如圖 31 所示為系統(tǒng)主程序流程圖。電機控制子程序則是通過定義 L298N 的 IN 端口信號分別控制電機的起、停、前進和后退。 167。 本章小結(jié) 本章 主要 設(shè)計 了 智能避障機器人的硬件系統(tǒng)，包括主控電路設(shè)計、障礙物檢測電路設(shè)計、報警電路設(shè)計、穩(wěn)壓電源電路設(shè)計和電機驅(qū)動電路設(shè)計。 動力電池組具有較強的電流驅(qū)動能力及穩(wěn)定的電壓輸出性能，經(jīng)測試在用此種供電方式下，單片機和傳感器工作穩(wěn)定，直流電機工作良好，且電池體積較小、可以充電、能夠重復(fù)利用等，能夠滿足系統(tǒng)的要求。 穩(wěn)壓電路如圖 215 所 示。 由于本設(shè)計采用的 芯片 L298N 電機驅(qū)動 電路板 可以提供 +5V 輸出 ， 可以方便給 5V 的單片機供電 ，因此采用單電源給電機驅(qū)動芯片 L298N 供電即可。因為單片機的 IO 口驅(qū)動能力不夠讓蜂鳴器發(fā)出聲音，所以 通過三極管放大驅(qū)動電流，從而可以讓蜂鳴器發(fā)出聲音， 三極管采用 PNP 型，當(dāng) 輸出 低 電平，三極管導(dǎo)通，集電極電流通過蜂鳴器讓蜂鳴器發(fā)出聲音，當(dāng)輸出 高 電平時，三極管截止，沒有電流流過蜂鳴器， 不會發(fā)出聲音。 C ： 3000LX 167。 在實際測試中，需要指出，光電反射式傳感器是基于障礙物能反射部分紅外光，在極端條件下，比如黑色完全不反光的障礙物，這種障礙物能夠完全 吸收紅外光，所以，光電反射式傳感器無法檢測這種障礙物，或者檢測精度下降。探測距離在 3CM 到 80CM 范圍內(nèi)可調(diào) ,完全能滿足探測距離要求。實物 如圖212 所示：其工作電壓為 2— 6v， 滿足小車行進過程中的電量消耗。 167。為感生電流提供泄放通道向 C1 C14充電 。這個反向電壓就會加在 L298 的功率開關(guān)器件上，將 L298 的功率開關(guān)器 件擊穿燒壞，所以要建立一個泄放通道，將繞組自感電動勢所產(chǎn)生的高壓和電流釋放，以保護功率開關(guān)器件。 ENA， ENB 為電機控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)，本 電路中分別與單片機 89C52 的 、 相連，進行 PWM 調(diào)速。 22 表 21 輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系 IN1(IN3) IN2(IN4) 電機運行情況 1 0 正轉(zhuǎn) 0 1 反轉(zhuǎn) 1 1 剎車 0 0 停止 其 外部電路原理 圖如圖 211 所示 。 圖 28 電機正轉(zhuǎn)示意圖 若 H 橋的 1 端為高電平， 2 端為低電平時，三極管 Q1 導(dǎo)通，Q4 截止，此時 Q3 的基極為高電平， Q2 的基極為低電平，因此三極管 Q3 和 Q5 導(dǎo)通， Q2 和 Q6 截止，電流流向如圖 29 所示，電機反轉(zhuǎn)。 模塊板載 7805 三端穩(wěn)壓集成電路 穩(wěn)壓芯片 ， 可以方便給單片機以及其他需要 5V 的系統(tǒng)供電 ，前提是 VCC 接大于 6V 電壓 。設(shè)計用來接收 DTL 或者 TTL 邏輯電平 ， 驅(qū)動感性負載 (比如繼電器 ， 直流電機 )，和開關(guān)電源晶體管。電機常用的驅(qū)動芯片很多，在本設(shè)計中筆者選用硬件設(shè)計簡單，驅(qū)動效率高的L298N 作為電機驅(qū)動芯片， L298N 芯片是一種集成大功率 H 橋芯片。 利用單片機自帶的 PWM 控制器。 當(dāng)用單片機 I/O 口輸出 PWM 信號時 ， 可采用以下三種方法： 利用軟件延時。 設(shè)電機始終接通電源時 ， 電機轉(zhuǎn)速最大為 Vmax， 且設(shè)占空比為 D=t／ T， 則電機的平均速度 Vd 為： Vd=Vmax PWM 調(diào)速控制的基本原理是按一個固定頻率來接通和斷開電源 ， 并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)接通和斷開的時間比 (占空比 )來改變直流電機電樞上電壓的 “ 占空比 ” ， 從而改變平均電壓 ， 控制電機的轉(zhuǎn)速。 直流電機調(diào)速原理 直流電動機轉(zhuǎn)速 可以用 式 21 表示： n=(UIR)/Kφ （ 21） 其中 U 為電樞端電壓 ， I 為電樞電流 ， R 為電樞電路總電阻 ，φ 為每 極磁通量 ， K 為電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)。轉(zhuǎn)矩一定時 ， 轉(zhuǎn)速則隨電壓的變化而線性調(diào)節(jié)。直流電機能夠?qū)⑤斎氲碾妷盒盘栕兂赊D(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出 ， 改變控制電壓即可改變電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向 ， 用途很廣泛 ， 主要有 如下優(yōu)點： (1) 寬廣的調(diào)速范圍。 (4) 正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的特性相同 ， 且運行特性穩(wěn)定。 (2) 高精度。 電機驅(qū)動電路的設(shè)計 167。同時 ， ISP 的下載接口如圖 26， 在設(shè)計時應(yīng)注意以下兩點 ， 否則會造成程序下載的失敗。 15 圖 24 復(fù)位電路 3. 燒寫接口電路 如圖 25 所示 就是 USB 供電 下載接口 ， 圖中 PL2303 芯片 是Prolific 公司生產(chǎn)的一種高度集成的 RS232USB 接口轉(zhuǎn)換器 ， 可提供一個 RS232 全雙工 異步串行通信 裝置與 USB 功能接口便利連接的解決方案。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。 最簡單的上電自動復(fù)位電路是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。為了提高溫度穩(wěn)定性 ， 應(yīng)采用 NPO 電容 ， 時鐘電路如圖 23 所示。振蕩晶體可在 到 12MHZ 之間選擇 。 89C52 單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。 (2) 內(nèi)部存儲器容量有限。 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 89C52 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機 ， 因此 ， 這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。特別值得一提的是該單片機 CPU 中的位處理器 ， 它實際上是一個完整的 1 位微計算機 ， 這個一位微計算機有自己的CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集。 (7) P0 口、 P1 口、 P2 口、 P3 口 為 4 個并行 8 位 I/O 口。 (4) 中斷系統(tǒng) 具有 5 個中斷源 ， 2 級中斷優(yōu)先權(quán)。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。利用 STC89C52 的 I/O 端口對傳感器信號進行實時 判斷 監(jiān)控 來 控制 步進電機做出相應(yīng)的反映 。 主控電路設(shè)計 167。 167。 小車的避障流程如下： 在車前方?jīng)]有障礙物時 ， 小車沿直線向前走。 將紅外傳感器裝在車體的前方 ， 實時監(jiān)測路面情況并及時傳輸給單片機。 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)組成框圖如圖 11 所示。 (4) 采用 電機專用驅(qū)動芯片 L298N作為直流電機的驅(qū)動芯片。 167。但是不如單電源方便靈活。 因此 ， 采用 L298N 芯片驅(qū)動電機。 方案 二 ：使用分立原件搭建電機驅(qū)動電路 使用分立原件搭建電機驅(qū)動電路造價低廉 ， 在大規(guī)模生產(chǎn)中使用廣泛。 相比方案一與方案三 ， 由于兩者價格相差不大 ， 紅外傳感器體積更小 ， 精度更高 ， 反 應(yīng)更快 ， 因此 ， 本課題將采用紅外傳感器來實現(xiàn)移動機器人的避障。 超聲波受環(huán)境影響較大 ， 電路復(fù)雜 ， 而且地面對超聲波的反射 ， 會影響系統(tǒng)對障礙物的判斷。 167。 故 本設(shè)計采用 STC89C52 作為該 智能小車控制模塊的核心 ， 通過 STC89C52利用程序來精確控制小車的運動 ， 從而實現(xiàn)對小車的自動控制 ， 在對于智能小車的控制方面 ， STC89C52 是一個超低功耗 ， 和標(biāo)準(zhǔn) 51系列單片機相比較具有運算速度快 ， 抗干擾能力強 ， 支持 ISP 在線編程 ， 片內(nèi)含 8k 空間的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀存儲器 ，具有 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） ， 32 個 I/O 口 ， 3個 16 位可編程定時計數(shù)器。 51 單片機應(yīng)用廣泛 ， 能滿足一般控制的需要。 綜合考慮到制作周期和精度問題 ， 最終選擇了在淘寶購買 小車車體零部件自己組裝 。但自己制作小車設(shè)計制作周期較長 ， 且費用較高 。 機器人載體 選擇 由于水平有限無法制作出雙足行走機器人 ， 因此 本設(shè)計 選擇小車作為智能避障機器人的載體。 (4) 驅(qū)動電機穩(wěn)速運行要求。 控制系統(tǒng)要求 該控制系統(tǒng)要滿足以下幾點要求： (1) 能對車體四周的環(huán)境進行探測以獲得障礙物的存在情況。 (4) 完成硬件電路板的 PCB 設(shè)計和調(diào)試。 本課題的研究主要包括以下主要內(nèi)容： 首先 ， 利用傳感器對移動機器人周圍障礙物進行探測 ， 并及時傳輸給單片機；其次 ， 確定移動機器人的避障方法及其 控制算法；最后 ， 實物進行試驗 ， 實現(xiàn)移動機器人的實時避障。 3. 課題設(shè)計的內(nèi)容 智能機器人是集計 算機技術(shù)、智能控制、傳感器、電子學(xué)、檢測等技術(shù)于一體的機器人。 （ 4） 2021 年 1 月 ， 中科院自動化所成功研制開發(fā)了集多種傳感器、視覺、語音識別與會話功能于一體的智能移動機器人。 在國內(nèi) ， 對移動機器人的研究起步較晚 ， 主要的研究工作有： （ 1）清華大學(xué)智能移動機器人于 1994 年通過鑒定。像人需要道路、交通信號燈等一樣 ，機器人為了在一個動態(tài)變化的環(huán)境中行動 ， 也同樣需要基礎(chǔ)設(shè)施。 （ 2） 高完整性機器人。 第三代機器人是指具有高度適應(yīng)性和自主決策能力的機器人 ，它具有復(fù)雜的感知和檢測功能 ， 可進行復(fù)雜的 邏輯判斷、自主規(guī)劃和決策 ， 在作業(yè)環(huán)境中獨行動?，F(xiàn)代機器人從誕生到現(xiàn)在 ， 已經(jīng)發(fā)展到了第三代。智能機器人可以在“了解＂周圍環(huán)境的情況下自己進行邏輯判斷和分析 ， 在無人控制的情況下 ， 自主完成任務(wù)。因此 ， 自動避障系統(tǒng)的研發(fā)就應(yīng)運而生。機器人的應(yīng)用越來越廣泛 ， 幾乎滲透到所有領(lǐng)域。 硬件調(diào)試 ................................... 33 167。 驅(qū)動模塊 ....................................... 31 167。 初始化模塊 ..................................... 31 167。 本章小結(jié) ....................................... 28 第 3 章 軟件設(shè)計簡介