機器人實驗報告

1、精品文檔江西理工大學(xué)軟件學(xué)院實驗報告課程：滅火機器人設(shè)計班級：軟件嵌入 131 班學(xué)號： 13221137姓名：李彪。1 歡迎下載精品文檔。2 歡迎下載精品文檔第一章引言1.1 課題背景隨著社會的進步，機器人技術(shù)的不斷發(fā)展使得機器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，從以往多應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域而漸漸融入人們的生活。滅火機器人作為消防部隊中的新興力量，加入了搶險救災(zāi)的行列。滅火機器人是一個集信號檢測、傳輸、處理和控制于一體的控制系統(tǒng)，代表了智能機器人系統(tǒng)的發(fā)展方向。1.2實現(xiàn)功能制造一個自主控制的機器人在一間平面結(jié)構(gòu)房子模型里運動，找到一根蠟燭并盡快將它熄滅，這個工作受地面摩擦、機器人慣性、機器人電機的轉(zhuǎn)數(shù)差、齒輪

2、箱與輪子的摩擦、電壓變化等多個因素影響，它模擬了現(xiàn)實家庭中機器人處理火警的過程，蠟燭代表家里燃起的火源，機器人必須找到并熄滅它。1.3模擬房子介紹模擬房子平面圖單位：mm圖 1.1滅火機器人比賽場地（國際賽制）比賽場地的墻壁33cm 高，由木頭做成。墻壁刷成白色。比賽場地的地板將是被漆成黑色的光滑木制表面。在所有的房間和走廊的地板上，可能會鋪有小地毯，不會有粗毛地毯。3 歡迎下載精品文檔場地中所有的走廊和門口寬都是46cm。門口并沒有門，而是一個46cm的開口，將會有一個白色的 2.5cm 寬的白色帶子或白漆印跡表示房間入口。第二章系統(tǒng)整體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計本次設(shè)計的目的是設(shè)計一個在規(guī)

3、定區(qū)域能自主搜索火源并實施滅火的智能機器人小車，本次設(shè)計使用的主控芯片使用了STC89C52單片機，所以設(shè)計重點在傳感器和電機驅(qū)動上。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖2.1 ：小車電風(fēng)扇機驅(qū)動電機傳感器MCU傳感器模塊模塊電源部分圖 2.1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計方案是以上述硬件電路為基礎(chǔ)的，包括電機控制模塊、傳感器模塊的程序設(shè)計與實現(xiàn)。程序設(shè)計采用C 語言編寫，編程環(huán)境是集成Keil C51編譯器的集成編譯環(huán)境。滅火機器人設(shè)計的軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2 所示。轉(zhuǎn)彎子程序電機控前進子程序制模塊滅火機器人系統(tǒng)軟停止子程序件傳感器?；叶茸映绦驂K。4 歡迎下載精品文檔壁障子程序火焰子程序圖

4、2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計框圖第三章硬件設(shè)計3.1 電源管理模塊電源是任何一個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提條件，為了使機器人運行穩(wěn)定，單片機和電機的供電系統(tǒng)采用獨立供電的方法。3.1.1 穩(wěn)壓芯片 LM7805CV、LM7812CVLM7805CV的技術(shù)指標(biāo)如下表：表 3-1 穩(wěn)壓芯片 7805 參數(shù)LM7812CV的技術(shù)指標(biāo)如下表：表 3-2穩(wěn)壓芯片7812 參數(shù)。5 歡迎下載精品文檔3.1.2 電源模塊電路原理圖由于單片機及所有的傳感器系統(tǒng)供電采用的是5V 的電源，而車體要良好的運行電機的供電電壓應(yīng)該達到12V，所以在電源的處理上采用了穩(wěn)壓芯片7805CV和 7812CV。圖 3.1電源部分電路圖3.2 電

5、機驅(qū)動芯片L298NL298N 是 SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4 通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平信號，可驅(qū)動 46V、2A 以下的電機。其引腳排列如圖1 中 U4 所示， 1 腳和 15 腳可單獨引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號。L298 可驅(qū)動 2 個電機， OUT1、OUT2和 OUT3、OUT4之間分別接 2 個電動機。 5、 7、 10、12 腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)，ENA， ENB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。也利用單片機產(chǎn)生PWM信號接到ENA， ENB端子，對電機的轉(zhuǎn)速

6、進行調(diào)節(jié)。3.2.1 L298N 的邏輯功能：表 3-3 SHARP GP2D12 實物圖。6 歡迎下載精品文檔3.2.2 外形及封裝：圖 3.2 L298N 實物圖3.2.3 L298N 電路原理圖：由于一片 L298N 可以直接驅(qū)動兩個電機，但是為了加大驅(qū)動力，我們采用兩路并聯(lián)的方式來驅(qū)動電機。7 歡迎下載精品文檔圖 3.3 L298N 電路圖3.3 避障檢測傳感器HS00383.3.1 HS0038 簡介：HS0038B - 系列微型接收機紅外遙控器控制系統(tǒng)。PIN 二極管和前置上組裝引線框架，環(huán)氧包被設(shè)計成紅外過濾器。該解調(diào)輸出信號可直接解碼的微處理器。HS0038B是標(biāo)準(zhǔn)的紅外遙控接

7、收器系列，支持所有主要傳輸代碼。3.3.2 HS0038 特點：1、光檢測器和放大器一體封裝2、內(nèi)部可集成PCM頻率過濾器3、與 TTL 和 CMOS電平兼容4、改進的屏蔽電場，抗干擾能力強。8 歡迎下載精品文檔3.3.3檢測原理：紅外發(fā)射管發(fā)射出經(jīng)過調(diào)制過的38KHZ的紅外光， 當(dāng)前方?jīng)]有障礙物時，接收器收不到紅外光，相反當(dāng)前方有障礙物時，接受器可以收到紅外光。根據(jù)此原理，機器人可以感知前方的路況從而決定是否前行。3.3.4 HS0038 與單片機連接原理圖：圖 3.4 H0038 電路圖HS0038 內(nèi)部集成了紅外接收運放驗波電路帶通濾波（中心頻率）整形電路驅(qū)動電路， 通過加入 38k 的

8、調(diào)制信號可使該電路抗干擾能力增強， 減少了自然光的影響。其實在紅外發(fā)射和 VCC之間有一變位器 , 阻值為 25 歐左右此圖沒標(biāo)上 .3.4 地面灰度檢測傳感器ST1883.4.1 ST188 特點：1、采用高發(fā)射功率紅外二極管和高靈敏度光電晶體管組成。2、檢測距離可調(diào)整范圍大，4-13 mm 可用。3、采用非接觸方式。9 歡迎下載精品文檔3.4.2檢測原理：ST188 是紅外收發(fā)一體的器件，發(fā)射管發(fā)射出紅外光線，接收管就可以根據(jù)接收的紅外光線的強弱， 感知地面的灰度。由于此模擬房間的地面被處理成為黑白兩種顏色，通過比較器設(shè)置灰度的門限值，可以很方便的感知地面的顏色，從而做出相應(yīng)的決策。3.4

9、.3應(yīng)用范圍：1、 IC 卡電度表脈沖數(shù)據(jù)采樣。2、集中抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。3、傳真機紙張檢測。4、地面灰度檢測，正反轉(zhuǎn)速測量、行程測量等。3.4.4外形尺寸（單位mm）：圖 3.5 ST188實物圖3.4.5 ST188 原理圖：圖 3-6 ST188電路圖。10 歡迎下載精品文檔圖 3-7 L324圖LM324是四運放集成電路，它采用14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。3.5 火焰?zhèn)鞲衅鞔藗鞲衅鞅酒房蓮V泛應(yīng)用于滅火機器人比賽中測量火焰值、足球比賽時， 用于確定足球的方向。下圖為火焰?zhèn)鞲衅鲗嵨飯D。圖 3.8火焰?zhèn)鞲衅?/p>

10、實物圖3.5.1 火焰?zhèn)鞲衅魇褂么藗鞲衅骶哂袃?yōu)良的火焰探測性能，可根據(jù)可見光、紅外光強弱變化輸出電平的大小。其輸出端口是一個四針的插頭，其中黑色線為地線、紅色線為電源線（+5V）、黃色線為信號線，用于輸出測量的紅外光強度電平、棕色線為信號線，用于輸出可見光強度電平。11 歡迎下載精品文檔第四章流程設(shè)計4.1滅火機器人行進路線分析當(dāng)小車處于起點，小車要開始搜索房間有兩種路徑可以選擇，一是不過臺階，繞著4號房間向外搜索。二是直接過臺階，然后開始搜索。顯然直接過臺階可以節(jié)省很多的時間，路徑更短， 因為我們制作的小車為履帶結(jié)構(gòu)，結(jié)合我們小車的特點和前面分析，我們選擇過臺階。過臺階后，小車處于3 號和

11、4 號房間中間，由圖可知，沿著右走的方案比較好，因此我們采用是右手規(guī)則， 首先搜索的是3 號房間，如圖中的紅色箭頭。 當(dāng)在 3 號房間發(fā)現(xiàn)火源時，小車進入房間并滅火， 滅火后按原路返回； 如沒有發(fā)現(xiàn)火源， 小車?yán)^續(xù)按右手規(guī)則搜索房間，直到搜索4 號房間， 不管有沒有搜索到火源，從 4 號房間出來都繞著4 號房間返回起點，因為回家過程中的時間不記入總時間，而繞行比較安全，小車比較好控制。12 歡迎下載精品文檔3241滅火路線回家路線圖 4.1滅火機器人行進路線。13 歡迎下載精品文檔4.2軟件流程圖開始搜索 3 號房間是是否有火滅火否否火已滅是搜索 2 號房間3 號房間回家是是否有火滅火否否火已滅是搜索 1 號房間2 號房間回