科技創(chuàng)新3實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、科技創(chuàng)新【3】實(shí)驗(yàn)報(bào)告項(xiàng)目名稱：計(jì)算機(jī)控制小車走迷宮組號(hào)：M20日期：2008年7月6日目錄一、團(tuán)隊(duì)信息 2二、整體介紹 3三、硬件部分 4四、軟件部分 7五、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 10一、 團(tuán)隊(duì)信息1、組員信息組長(zhǎng)：肖蒙 5060309750組員：費(fèi)威 5060309570饒偉 5060309752劉鑫 5060309693申彤 5060309721聯(lián)系方式： 2、分工情況肖蒙：負(fù)責(zé)處理圖像，將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維數(shù)組；通過(guò)比較和運(yùn)算提取顏色；撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。費(fèi)威：負(fù)責(zé)用C+實(shí)現(xiàn)迷宮算法，提取路徑，生成最佳路徑；撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。饒偉：負(fù)責(zé)串口通信，小車控制模塊編程；撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。劉鑫：負(fù)責(zé)用C+實(shí)現(xiàn)迷宮算法，

2、調(diào)試，拍照片、視頻；撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。申彤：負(fù)責(zé)小車硬件焊接，處理圖像，將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維數(shù)組；撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。二、 整體介紹實(shí)驗(yàn)整體介紹實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：1. 由攝像頭（USB接口）實(shí)時(shí)捕捉迷宮內(nèi)小車的位置和迷宮地形，通過(guò)USB線纜傳送至電腦里編寫(xiě)的上位機(jī)軟件，軟件通過(guò)圖像識(shí)別找出當(dāng)前小車的位置信息及迷宮的信息，經(jīng)過(guò)計(jì)算，作出控制決策，生成控制信號(hào)，并經(jīng)通訊模塊發(fā)送至小車。 2. 小車上的控制電路對(duì)控制信號(hào)作出相應(yīng)反應(yīng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 三、硬件部分1、實(shí)驗(yàn)室室提供器材簡(jiǎn)介： 小車分為三個(gè)部分，底板部份、車體部份和89S52部份。底板部分責(zé)向小車車體部份的電機(jī)提供8V電壓，向89S52提供5V工作

3、電壓以及轉(zhuǎn)換各種信號(hào)。車體部份主要為上層芯片和整體提供支撐，它的電機(jī)為小車提供動(dòng)力前進(jìn)。89S52部份負(fù)責(zé)識(shí)別收到的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電機(jī)的控制信號(hào)。 無(wú)線模塊分為收發(fā)兩部分，發(fā)送部分與串口連接，接受串行通訊標(biāo)準(zhǔn)的TTL高低電平，將其調(diào)制后作為無(wú)線信號(hào)發(fā)送出去。接受部份將發(fā)出的無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn) 串行通訊信號(hào)發(fā)送給小車。無(wú)線接收模塊的Vcc與89S52上層版的Vcc連接，GND接電路板的任一接地端。信號(hào)輸出端與89S52上層版的RxD連 接，由于底板三極管通常是壞的，可將上層板RxD與底板分開(kāi)。 USB轉(zhuǎn)RS232線將增加電腦一個(gè)COM口，對(duì)于電腦與小車進(jìn)行串行通信來(lái)說(shuō)該線是透明的。其USB端

4、接電腦，TxD接無(wú)線發(fā)送模塊的數(shù)據(jù)端，Vcc與發(fā)送模塊Vcc相連，GND與發(fā)送模塊GND連接。2、芯片介紹： AT89S52： 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(chǔ)器。AT89S52使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)器在系統(tǒng) 可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，AT89S52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： 與MCS51兼容；8K支持在線編

5、程(ISP)的FLASH結(jié)構(gòu)程序存儲(chǔ)器，1000次擦寫(xiě)壽命；工作電壓為4.0V5.5V；全靜態(tài)工作：024MHz；3級(jí)程序安全加密保護(hù)；256*8位內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程I/O端口；3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；8個(gè)中斷源；一個(gè)全雙工異步串口；支持低功耗及掉電模式；支持中斷從掉電模式喚醒；內(nèi)置看門(mén)狗；雙數(shù)據(jù)指針；工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，溫度范圍(-40°C到85°C)，PU為無(wú)鉛環(huán)保產(chǎn)品。 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?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)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

6、機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 其PDIP圖如下： AT89S52芯片的PDIP圖L298N：L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。其引腳排列如圖1中U4所示，1腳和 15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號(hào)。 L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接2個(gè)電動(dòng)機(jī)。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA，ENB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。1298的邏輯功能如表

7、1所列。表1 1298N的邏輯功能ENA(B) INl(IN3) IN2(IN4) 電機(jī)運(yùn)行情況 H H L 正轉(zhuǎn) H L H 反轉(zhuǎn) H 同IN2(IN4) 同INl(IN3) 快速停止 L X X 停止 L298N管腳圖如下： Intel8253輸出二組PWM波，每一組PWM波用來(lái)控制一個(gè)電機(jī)的速 度另外二個(gè)IO口可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制方法與控制電路都比較簡(jiǎn)單。即P10、P11控制第一個(gè)電機(jī)的方向，輸入的：PWMl控制第一個(gè)電機(jī)的速 度；P12、P13控制第二個(gè)電機(jī)的方向，輸入的PWM2控制第二個(gè)電機(jī)的速度。 由于電機(jī)在正常工作時(shí)對(duì)電源的干擾很大，只用一組電源時(shí)會(huì)影響單片機(jī)的正常工作。所以

8、選用 雙電源供電。一組5V電源給單片機(jī)和控制電路供電，另外一組5V、9V電源給L298N的+VSS、+VS供電。在控制部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分之間用光耦隔開(kāi)，以免影響控制部分電源的品質(zhì)。四、 軟件部分工具：VC+、Labview主要流程： 1、攝像頭獲取原始圖像2、用Labview的“參數(shù).vi”對(duì)圖像進(jìn)行提取像素處理得到當(dāng)時(shí)環(huán)境下提取各種顏色最好的參數(shù)，并檢測(cè)攝像頭生成矩陣的大3、更改visualc+的cin.dsp中提取顏色的參數(shù)和處理矩陣的參數(shù)，并生成cin .lsb文件4、將cin.lsb文件導(dǎo)入Labview的“迷宮.vi”5、Labview的“迷宮.vi”將圖像處理成二維數(shù)組，傳輸?shù)絚i

9、n模塊，通過(guò)里面的迷宮算法，處理得到小車最近運(yùn)行的五條指令6、重復(fù)運(yùn)行過(guò)程五，直到小車走到迷宮的目的地 1、攝像頭獲取原始圖像雖然理論上可以可以使用任意型號(hào)的攝像頭，但是考慮到攝像頭的運(yùn)行數(shù)度、視角、色彩等方面的性質(zhì)，一般采用色彩分辨能力高一點(diǎn)的，而且不能太昏暗。迷宮可能有很多反光的地方，如果攝像頭不是太好，要盡量避免在這種情況下工作，不然會(huì)耗費(fèi)很多時(shí)間。迷宮是紅色的，與之對(duì)應(yīng)，分別用藍(lán)色和綠色標(biāo)識(shí)小車和迷宮出口。2、用Labview的“參數(shù).vi”對(duì)圖像進(jìn)行提取像素處理得到當(dāng)時(shí)環(huán)境下提取各種顏色最好的參數(shù)，并檢測(cè)攝像頭生成矩陣的大小對(duì)圖像生成的二維數(shù)組每一個(gè)單元進(jìn)行分色處理，各個(gè)顏色的參數(shù)與

10、四個(gè)參考值進(jìn)行比較，滿足某一種參數(shù)條件的認(rèn)為是紅色，滿足某一總參數(shù)條件的認(rèn)為是藍(lán)色，滿足另一總參數(shù)條件的認(rèn)為是綠色。出于對(duì)對(duì)實(shí)際情況的考慮，我們需要把紅色數(shù)組加寬，可以用數(shù)組卷積來(lái)完成。處理完成之后非紅色的通道就變得很窄。調(diào)試各個(gè)參數(shù)，找到最合適的參數(shù)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)需要的提取效果。通過(guò)前面板中顯示的大小，可以看出攝像頭處理后生成的二維數(shù)組的大小。圖一：參數(shù).vi的程序框圖圖二：參數(shù).vi的前面板3、更改visualc+的cin.dsp中提取顏色的參數(shù)和處理矩陣的參數(shù)，并生成cin .lsb文件圖三：數(shù)組大小參數(shù)通過(guò)修改上面程序中的代碼，就可以讓程序適合于各種攝像頭。接收數(shù)組后，先用提取顏色的參數(shù)對(duì)

11、它們進(jìn)行二值化，除了起點(diǎn)是200、終點(diǎn)是-200外。然后調(diào)用自己編寫(xiě)的卷積函數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)新的數(shù)組，將紅色區(qū)域拓寬，以免小車撞墻。（附件中沒(méi)有C+的卷積函數(shù)）得到新的數(shù)組后對(duì)數(shù)組進(jìn)行縮小，對(duì)16*16的小方塊進(jìn)行求和，滿足一定的條件時(shí)分別界定為紅色，藍(lán)色和綠色。搜索數(shù)組，找到起點(diǎn)和終點(diǎn)。然后調(diào)用迷宮算法得到路徑。迷宮算法是采用清華大學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課本上的迷宮算法，1代表不能走的地方，0代表通路。用探測(cè)法可以找到一條路徑（如果存在的話）。但路徑有的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)來(lái)回走，這在迷宮中是不可能實(shí)現(xiàn)的。所以我又加了一段程序，對(duì)路徑進(jìn)行改造，重起點(diǎn)開(kāi)始，探測(cè)有沒(méi)有來(lái)回的情況，如果有的話就從那一點(diǎn)走捷徑，并將原來(lái)的路

12、徑刪掉。將已探測(cè)的點(diǎn)做標(biāo)記，就不會(huì)導(dǎo)致重復(fù)探測(cè)。得到路徑后在算出小車下五步的動(dòng)作。分時(shí)輸出。4、將cin.lsb文件導(dǎo)入Labview的“迷宮.vi”5、Labview的“迷宮.vi”將圖像處理成二維數(shù)組，傳輸?shù)絚in模塊，通過(guò)內(nèi)面的迷宮算法，處理得到小車最近運(yùn)行的五條指令。通過(guò)輸出模塊將指令發(fā)給小車。重復(fù)運(yùn)行此過(guò)程，直到小車走到迷宮的目的地 五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、調(diào)試總結(jié)1、關(guān)于selftest沒(méi)有反應(yīng)1)檢查U1 U2輸出電壓是否正確。2)將+5直接接到電動(dòng)機(jī)上，看轉(zhuǎn)不？3)檢查R4，DOT端必須接VCC(相當(dāng)于上拉電阻)4)不幸還不行，估是那個(gè)芯片壞了，找助教吧。2、關(guān)于 RXD通訊直接將TX

13、D(白色)接到RXD上是不行的（看原理圖），因?yàn)镽NN為Float時(shí)候相當(dāng)于RXD接地。方案有2種：1)去掉電阻R3, R5(測(cè)試過(guò))，然后接TXD到RXD，當(dāng)然，這樣估計(jì)就不能升級(jí)為無(wú)線模式了。2)如果2個(gè)3極管都是好的，可以將TXD接到Wireless的第4個(gè)（從左向右)，然后GND（黑色)接在第2個(gè)上，+5懸空（注意不能接第一個(gè)，因?yàn)樗?.3v的)GND的請(qǐng)不要和+5（紅色）接觸，不然可能會(huì)燒掉usb端口。之后就可以用UartAssist.exe之類的調(diào)試工具調(diào)試了。建議先寫(xiě)一個(gè)收到一個(gè)信號(hào)，變1次燈的程序。3、關(guān)于RXD失敗的調(diào)試方法1)確保程序是正確?？梢杂?5觸碰rxd,這樣應(yīng)該

14、變燈2)對(duì)接TXD、RXD（藍(lán)色和白色），隨便發(fā)送點(diǎn)數(shù)據(jù)，看電腦上能否收到？3)檢查波特率等參數(shù)。4)RXD如果失敗，首先檢查NPN是否故障，然后上電，如果RXD和GND通，則Q0壞了，否則，很可能是Q1壞了。5)把核心板取下，接上VCC GND，單獨(dú)調(diào)試，如果成功，則問(wèn)題出在下面，否則問(wèn)題出在上面。（我們就是通過(guò)這樣發(fā)現(xiàn)下面板子的問(wèn)題的）6)如果還有其他疑難雜癥，請(qǐng)檢查引腳上下是否通。4、關(guān)于實(shí)際運(yùn)行時(shí)的調(diào)試 1）根據(jù)當(dāng)時(shí)光線等具體條件，調(diào)整參數(shù)，使程序能夠提取出比較合適的顏色效果。 2）根據(jù)圖像處理和指令生成的具體結(jié)果，調(diào)整提取路徑模塊矩陣卷積時(shí)所選矩陣的維數(shù)，使其既不太低以致不能消除噪聲

15、點(diǎn)或使程序運(yùn)行比較慢，又不太高以致不能生成正確的指令。 3）根據(jù)小車運(yùn)行情況調(diào)整速度參數(shù)，使小車能夠完美的走出迷宮。2、個(gè)人總結(jié)肖蒙：出于極大的好奇心理，我們選擇了這個(gè)題目，但是當(dāng)我們真正開(kāi)始要做的時(shí)候，卻發(fā)現(xiàn)無(wú) 從下手。通過(guò)仔細(xì)閱讀課件，查閱相關(guān)資料，請(qǐng)教張老師和同學(xué)，我們漸漸理清了思路，大家開(kāi)始分工行動(dòng)。在此次科創(chuàng)活動(dòng)中，我擔(dān)任了小組長(zhǎng)并負(fù)責(zé)圖像采集和 處理部分。通過(guò)此次科創(chuàng)活動(dòng)，我鍛煉了自己的組織和協(xié)調(diào)能力，學(xué)到了有關(guān)圖像處理的基本知識(shí)，并了解了迷宮的基本算法。同時(shí)，在后期調(diào)試過(guò)程中，我本以為 理論上做好，問(wèn)題就應(yīng)該不大了，但是到了實(shí)驗(yàn)室菜發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單，程序的實(shí)際運(yùn)行和預(yù)想相差

16、很大，于是我們又不得不改變思路。在整個(gè)過(guò)程中我們嘗到了酸甜苦辣，雖然和別的組相比落后了一點(diǎn)，但能體會(huì)到這個(gè)過(guò)程就是最大的收獲。費(fèi)威：關(guān)于這次科創(chuàng)做下來(lái)，我想我們大家都收獲了不少吧！各個(gè)小組中，雖然有成功的，也必然有不成功的，但每個(gè)組的每個(gè)成員都應(yīng)該收獲了不少。因?yàn)檫@是很多人的第一次接觸單片機(jī)，將知識(shí)與實(shí)際結(jié)合。但這不是我的第一次，其實(shí)之前我有類似的經(jīng)驗(yàn)。這次科創(chuàng)給我的收獲中，知識(shí)的應(yīng)用是一個(gè)方面，實(shí)踐是一個(gè)方面，更重要的是對(duì)一個(gè)團(tuán)隊(duì)的認(rèn)識(shí)。知識(shí)上，學(xué)會(huì)了Labview，學(xué)會(huì)了在不懂的情況下怎么靠查找資料解決問(wèn)題；時(shí)間上，體會(huì)到是基于設(shè)想總是差很多的，不能因?yàn)橐稽c(diǎn)小問(wèn)題影響了整個(gè)進(jìn)程；從團(tuán)隊(duì)的角

17、度，明白了團(tuán)隊(duì)精神的重要性，明白了各個(gè)組員之間要有好的分工和協(xié)作，才能避免不必要的問(wèn)題。饒偉：當(dāng)初抱著鍛煉自己動(dòng)手能力的態(tài)度選擇了科創(chuàng)3 計(jì)算機(jī)控制小車走迷宮，并選擇了編寫(xiě)小車程序和小車調(diào)試的任務(wù)，現(xiàn)在課程結(jié)束了，回想當(dāng)初自己付出的努力，真的感覺(jué)太美妙了。 連續(xù)的泡試驗(yàn)室、編程序、焊接線板，可以說(shuō)是自己大二繁忙、充實(shí)生活的一個(gè)剪影。當(dāng)初因?yàn)樾≤嚨囊恍┮_接線出問(wèn)題，一個(gè)人拿著萬(wàn)用表一個(gè)引腳接一個(gè)引腳的測(cè)量、大熱天拿著電烙鐵焊接板子，當(dāng)時(shí)實(shí)在是太滿足了，看著自己額頭上的汗水，自己心里也美滋滋的。 編寫(xiě)程序的時(shí)候，因?yàn)橐婕暗街袛?、串行通信等知識(shí)，而這些在我們學(xué)習(xí)微機(jī)原理之前都是十分陌生的東西，因

18、此在網(wǎng)上、圖書(shū)館繁忙的查找資料、整理思路也是那一段時(shí)間過(guò)的最快樂(lè)的日子了。 這學(xué)期的科創(chuàng)3結(jié)束了，但我們的科創(chuàng)之路不會(huì)結(jié)束。因?yàn)槲以谧约旱男睦砻嬗辛四欠N跟同學(xué)合作、互相探討、不斷追求的科創(chuàng)精神。劉鑫：在此次科創(chuàng)過(guò)程中，我第一次嘗試從早到晚泡在實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)小組團(tuán)結(jié)在一起，為了一個(gè)共同的目標(biāo)而努力。我想除了學(xué)到了 一定的知識(shí)之外，這就是我在本次科創(chuàng)中最大的收獲了。我自己認(rèn)為本人在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中盡心盡力，在實(shí)驗(yàn)室里和同伴們一起調(diào)試，一起拍照，一起奮斗，我相信這就 是最好的。申彤：科技創(chuàng)新是一個(gè)充分鍛煉大學(xué)生動(dòng)手能力，將理論和實(shí)際聯(lián)系在一起的好方法。控制小車走迷宮，單憑這個(gè)題目，我就被深深地吸引上來(lái)。從一開(kāi)始的毫無(wú)頭緒，到后來(lái)的漸漸了解，再到最后的將之實(shí)現(xiàn)完成，每一步都顯得不可思議，都顯得很