北郵電子工藝實習迷宮車實驗報告

..北京郵電大學實習報告實習名稱電子工藝實習學院信息與通信工程學院學生姓名班級學號實習時間2012/6/18~6/29實習地點主樓510實習內(nèi)容了解和掌握常用電子器件的類別、型號、規(guī)格、性能及簡單測量等電子工藝知識和技能；掌握手工焊接的工藝和技術；初步了解單片機相關知識及其開發(fā)環(huán)境；了解發(fā)光二級管交替閃爍電路和迷宮機器人MazeRobot的基本原理；進一步熟悉和掌握單片機的C語言編程；整機調(diào)試與驗收,撰寫實驗報告。學生實習總結(jié)見附頁實習成績評定遵照實習大綱并根據(jù)以下三方面按五級分制〔優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格綜合評定成績：1、思想品德、實習態(tài)度、實習紀律等2、技術業(yè)務考核、筆試、口試、實際操作等3、實習報告、分析問題、解決問題的能力實習評語:實習成績:指導教師簽名：實習單位公章年月日焊接工藝<文庫其他文章已有不多重復相同內(nèi)容>1.1焊接工藝的基本知識1.2焊接工具、焊料、焊劑的類別與作用焊接方法焊接技巧和注意事項簡單的發(fā)光二級管交替閃爍電路的安裝調(diào)測2.1電路原理2.2材料清單2.3交替閃爍電路的焊接與實驗心得焊接要求先將電路布局規(guī)劃好后,將電路分塊安裝,但還是要按照元件由低到高的順序。采用搭焊法將導線焊接在各元件之間。實驗心得第一在非練習板上焊電路,一開始還是非常緊張的,都不太敢下手。一開始的規(guī)劃安裝藍圖這部分真的非常重要,自己事先在白紙上按照原件的實際大小規(guī)劃了一下安裝圖,使得在焊接導線的時候不至于過分擁擠導致可能出現(xiàn)焊接短路的情況發(fā)生。焊接的時候心里默念老師教的焊接步驟,一步一步進行。不過由于是第一次焊接實際電路,還是出現(xiàn)了一些可以再改進的狀況,比如我們的每一條連接線都使用導線焊接相連,但是由于焊接技術含不成熟,有些短導線絕緣皮會被燙化,易短路,而且焊接位置的高低也不好控制,后來觀察了其他組的焊接成果,可以將距離比較近的元件金屬線直接焊在一起,省時且效果更好。不過幸好,此次試驗一次成功,沒有經(jīng)過再調(diào)試,為后來小車實驗的焊接增加了信心。經(jīng)過本次試驗,進一步熟悉和掌握了焊接的技巧,了解了焊接實際電路時的必要步驟,同時學習了很多導線的焊接方法〔繞焊、搭焊、勾焊等,提高了個人對于電路實驗的興趣,為今后的實際科研中電路實驗奠定了基礎。萬能板背面圖萬能板正面圖萬能板背面圖萬能板正面圖迷宮機器人MazeRobot的設計安裝與調(diào)測3.1機器人各部分原理圖3.2機器人材料清單3.3方案的前期調(diào)研、設計與論證傳感器部分方案一：利用紅外線和壓力傳感器采集信息利用紅外線傳感器作為我們前面障礙物的識別傳感器,根據(jù)紅外線的輸出電壓大小來確定其余前面距離的大小。壓力傳感器分居機器人兩側(cè),在前進中以右邊的壓力傳感器為主,讓它始終接觸到墻面。優(yōu)點：壓力傳感器與墻壁接觸,可以減少狀態(tài)的判斷,不會出現(xiàn)"迷路"的情況。 缺點：1：需要使用ADC轉(zhuǎn)換器和放大器,電路復雜,編程難度增加。 2：機器人在行走過程中只有壓力傳感器接觸到墻壁單片機才能對其具體位置進行判斷,所以其可控性顯然不好。 3：直流電機在速度的控制和位置的調(diào)整上精度不高、 方案二：超聲波和紅外線傳感器為主要信息采集傳感器超聲波和紅外線分別測定前面和兩側(cè)障礙物距機器人的距離。其不同的距離表現(xiàn)為不同的輸出電壓。并且紅外線可以對很小的范圍實現(xiàn)檢測。 優(yōu)點：1：超聲波可以進行小距離測定。2：模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1549串行輸出單路輸入,杜荷設計實際需要。 缺點：1：仍然需要增加放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器,給編程和硬件實現(xiàn)都帶來了困難。 2：超聲波傳感器測距的外圍電路復雜,實現(xiàn)精確收發(fā)的難度較大。 方案三：只應用紅外線傳感器 優(yōu)點：利用一種傳感器,便與硬件的簡化分析處理。 缺點：可能會受到室內(nèi)陽光影響方案確定：比較以上三種方案,第一種方案中,可控性差的缺點對機器人的性能有很大的影響,而且很難在軟件上對它進行改良；第二種方案中能實現(xiàn)精確控制,但其復雜的硬件會給設計帶來很大的風險。第三種方案,軟件與硬件都容易實現(xiàn)。所以,我們選擇第三種方案。迷宮車控制算法部分經(jīng)前期,在圖書館和網(wǎng)上對迷宮車控制算法的查閱,總結(jié)出以下四種算法。方案一：靠左算法默認靠左走法。即一直沿左墻壁走,左邊有墻時一直沿左邊墻壁前進,當左邊沒有墻時左轉(zhuǎn),然后繼續(xù)靠左邊墻壁運行。該算法用于最簡單的迷宮走法。如圖所示,其中虛線表示小車前進的路線。算法流程圖如下圖所示。算法流程圖小車行進示意圖算法流程圖小車行進示意圖靠左算法的弊端。按照該算法,小車在走第二遍迷宮的時候,可以一次性的走出迷宮,但是這條道路不一定是最短的道路；如果迷宮本身存在"孤島",那么小車很有可能走不出迷宮。如圖7所示。圖7中兩個圓點分別表示入口和出口,小車從入口進入迷宮,靠左前進則會導致小車一直按照虛線所描繪出的路線一直在迷宮里循環(huán),終走不出迷宮。"孤島"迷宮示意方案二：靠前算法靠前算法,即一直沿著前方道路前行<前方?jīng)]有任何障礙時一直前進>,當前邊沒有墻時判斷左邊,左邊沒墻左轉(zhuǎn),左邊有墻則判斷右邊。然后重復該循環(huán)。該算法使用于最簡單的迷宮走法?！泊藶閮?yōu)先左轉(zhuǎn),若先判斷右邊障礙則為優(yōu)先右轉(zhuǎn)算法流程圖如圖所示?！惨詢?yōu)先左轉(zhuǎn)程序為例程序思路：前邊沒墻靠前走,前面有墻判斷左邊,左邊沒墻靠左轉(zhuǎn),左邊前邊都有墻再判斷右邊,右邊沒有墻靠右轉(zhuǎn),三面都墻直接后退轉(zhuǎn)180°,繼續(xù)靠前走。0表示有墻,1表示沒墻。轉(zhuǎn)角控制思路：一輪轉(zhuǎn)動一輪不轉(zhuǎn),通過不斷調(diào)試其左〔右轉(zhuǎn)延遲時間,使其轉(zhuǎn)動90°。方案三：洪水算法洪水算法。即使用256B額外內(nèi)存,會大幅提高性能。該算法比一般迷宮算法的有效率高20～50倍。同時可以在內(nèi)存中建立一個區(qū)域,與實際中的迷宮格數(shù)一一對應。在實際使用時算法并不太復雜。該額外內(nèi)存區(qū)域稱為"浪頭",它將體現(xiàn)在內(nèi)存區(qū)域的實際狀況中如圖9所示。當迷宮被淹沒的時候,一個波浪的前頭從目標格向外擴展。在內(nèi)存區(qū)域中這種單元格是惟一需要處理的,當浪頭到達開始的單元格子,機器人已經(jīng)被淹沒。通常來說,開始的單元格可以是任何一個格子。但是為了方便起見,把開始點設在迷宮的第一個單元格,終點任意。反過來也可以把出口放在第一個單元格,把開始點設在中間或希望的位置。一旦到達了起點即搜索完成,最短的路徑可以使機器老鼠移動到周圍的格子中數(shù)值比較小的那個格子去,依次類推機器老鼠就能走到終點。②洪水算法的優(yōu)缺點：按照該算法小車在第一次走迷宮的時候,必須把迷宮中所有的道路都走一遍。但是該算法可以讓小車走任何迷宮,即使迷宮本身有"孤島"小車一樣可以順利的走出迷宮。當小車再走第二遍迷宮的時候小車可以1次性走正確的路線走出迷宮,并且該路線一定為最短的路線。對單片機要求較高,同時編程難度大大加大,不適宜本次試驗的要求。方案四：鋪路算法在內(nèi)存中建立一個區(qū)域與實際中的迷宮格數(shù)一一對應,并將所有走過的路進行記憶,如果發(fā)現(xiàn)前方是死胡同或走過的路就轉(zhuǎn)回前一個岔道口；在行走過程中遇岔道口默認靠左。因為有了記憶功能,就可以走第二遍。鋪路算法優(yōu)缺點運用該算法可以走復雜的迷宮,不存在走不出來的問題。運用該算法在小車第二次走迷宮的時候可以一次性的走出迷宮,但是不能保此條道路走的是最短的線路。同洪水算法,對單片機和編程的難度大大增高,不適合本次實驗的要求。方案確定：這幾種算法各有優(yōu)缺點,但由于單片機和算法難易的差別,經(jīng)權衡比較,最終選擇靠前算法。迷宮車控制系統(tǒng)的綜合確定設計方案迷宮車由墻壁傳感器、單片機控制板、動力系統(tǒng)組成?？刂齐娐分饕呻姍C驅(qū)動電路,單片機接口電路,電源電路和傳感器電路組成?？刂瓶驁D如圖所示。前方傳感器前方傳感器左方傳感器右方傳感器左方傳感器右方傳感器主控單元STC90C52主控單元STC90C52電源電機驅(qū)動電源電機驅(qū)動L298N<1>選用三個紅外線傳感器,通過發(fā)光二極管發(fā)出紅外線,若有障礙物在前方,紅外線會被反射回來,被感光三極管接收,單片機程序?qū)π盘栠M行比較處理,按設定的動作要求向后輪的兩個電機發(fā)出控制命令,控制小車行進。<2>電機驅(qū)動電路采用90C52單片機,通過L298N芯片來控制兩個驅(qū)動電機動作。90C52根據(jù)紅外傳感器對外界進行探測后反饋回來的信號,選用靠前算法中的左轉(zhuǎn)優(yōu)先算法,判定迷宮車行進方向,分別向左右兩個驅(qū)動電機發(fā)出控制指令,該信號經(jīng)L298N芯片驅(qū)動后,直接控制相應電機動作,使迷宮車按既定動作進行前進、后退、轉(zhuǎn)向。3.4系統(tǒng)的軟件設計程序采用靠前算法中的左邊優(yōu)先法則,為應對小車被迷宮拐角卡住的情況,用count變量實現(xiàn)了長期前進時的應急程序?？驁D如下。開始開始count是否已大于正常值〔count是否已大于正常值〔后退count清零后退count清零無無前面有無障礙前面有無障礙有有左邊有無障礙左邊有無障礙有無有無直走count++直走count++右邊有無障礙無右邊有無障礙無有有左轉(zhuǎn)count清零左轉(zhuǎn)count清零無無右轉(zhuǎn)count清零右轉(zhuǎn)count清零有有右邊有無障礙后退右邊有無障礙后退無無右轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)光電檢測程序 if<count>100>//當小車一直往前走超過一定時間,即判定被卡住,后退 { houtui<>; Delay_ms<200>; youzhuan<>; Delay_ms<90>;//控制轉(zhuǎn)向角度 qianjin<>; Delay_ms<200>; count=0; } if<Z1>//前面有路 { qianjin<>; Delay_ms<10>; count++; } else { if<Z3>//前面有障礙,左邊沒障礙 { stop<>; zuozhuan<>; Delay_ms<135>; count=0; qianjin<>; Delay_ms<250>; } else { if<Z2>//前面左邊都有障礙,右邊沒障礙 { stop<>; youzhuan<>; Delay_ms<130>;count=0; qianjin<>; Delay_ms<100>; }else//前左右都有障礙,此時后退到右邊沒障礙時右轉(zhuǎn) { while<1> { houtui<>; Delay_ms<180>; if<Z2> { stop<>; youzhuan<>; Delay_ms<130>; break; } } }} } }}電機轉(zhuǎn)動程序電機停止程序stop<>{ IN1=0; IN2=0; IN3=0; IN4=0; Delay_ms<250>;}電機后退程序houtui<>{ IN1=1; IN2=0; IN3=0; IN4=1;} 電機前進程序qianjin<>{IN1=0; IN2=1; IN3=1; IN4=0;} 電機左轉(zhuǎn)程序zuozhuan<>{ IN1=0; IN2=1; IN3=0; IN4=1;}電機右轉(zhuǎn)程序youzhuan<>{ IN1=1; IN2=0; IN3=1; IN4=0;}數(shù)碼管顯示程序數(shù)碼管顯示voiddisplay<>{P0=seg_data[sec/10]; //顯示毫秒十位P2=0xfe; //開個位顯示<開第1只數(shù)碼管>Delay_ms<1>; //延時10msP0=seg_data[sec%10]; //顯示毫秒百位P2=0xfd; //開十位顯示<開第2只數(shù)碼管>Delay_ms<1>; //延時10msP0=seg_data[min/10]; //顯示秒個位P2=0xfb; //開百位顯示<開第3只數(shù)碼管>Delay_ms<1>; //延時10msP0=seg_data[min%10]; //顯示秒十位P2=0xf7; //開個位顯示<開第4只數(shù)碼管>Delay_ms<1>; //延時10ms}定時器初始化voidtimerstart<>{ TMOD=0x01; IE=0x82; TH0=-<4800/256>; TL0=-<4800%256>; TR0=1;}中斷服務函數(shù)voidtimer0srv<void>interrupt1{ TH0=-<4800/256>; TL0=-<4800%256>; deta++;}分、秒的十進制轉(zhuǎn)換模塊voidzhh<>{ if<deta>=200>{sec++;deta=0;} if<sec==60>{min++;sec=0;} if<min==60>{min=0;}}3.5系統(tǒng)運行與調(diào)試程序運行時遇到的問題及解決方法：一開始小車出現(xiàn)了接觸不好的情況,電機無法轉(zhuǎn)動,甚至有的時候出現(xiàn)電路無法接通的狀況,由于右端的散熱片出現(xiàn)了過熱的狀況,推測是電路出現(xiàn)了短路的情況,最后講電機端子聯(lián)通的導線全部拆下重裝,將露出的導線絲用絕緣膠帶粘好問題才得以解決。小車的外殼及輪子是純手工安裝的,精度不是很高,小車在行駛過程中不能一直走直線,很容易發(fā)生擦墻事故影響小車走迷宮。最終通過給行駛時較落后的輪子上繞一些膠帶來增加輪子的周長并且調(diào)整小車的輪胎方向來解決。小車經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎角度不夠或者轉(zhuǎn)過了的情況,需要通過多次長期的現(xiàn)場調(diào)試,調(diào)整delay的參數(shù)進行效準。有時電量不足或者剛更換的新電池也會影響到小車的轉(zhuǎn)彎角度,需要仔細觀察控制小車的電量,及時更換電池。在調(diào)試的過程中,發(fā)現(xiàn)當前方有障礙時,由于電池放置位置使小車前面太重的原因,小車總是出現(xiàn)"點頭"的現(xiàn)象,為克服這種現(xiàn)象,在小車的后面增加了裝飾物,在增加小車美觀度的同時盡量使全車的重量趨于平衡。小車在遇到被拐角卡住的情況時,就無法再走出迷宮了,為了增加程序的適應性,增加了count變量,控制在小車在出現(xiàn)被卡住時作出最大限度的調(diào)整。3.6迷宮機器人MazeRobot實驗心得一開始的機器人焊接真的是一個很大的挑戰(zhàn),期間有幾次出現(xiàn)了沒有看清楚實驗器件要求,把器件正負極焊反了的情況,只得拿吸錫器一點一點吸掉重新焊,期間還把手焊傷了,于是迷宮車的焊接工作主要由同伴負責。這讓我意識到,實驗中,踏實仔細謹慎是非常重要的。后來到了實驗的編程部分,這部分主要由我負責,于是前期做了很多調(diào)研,在網(wǎng)上圖書館里查閱了很多資料。一開始選擇的算法思想其實是兩側(cè)墻壁優(yōu)先,即若兩邊都有墻則直行,若有一側(cè)沒墻就往沒搶的那一側(cè)拐,若兩側(cè)均沒墻,往左拐,三邊都有墻時,后退。但是可能由于算法結(jié)構寫的有問題,delay時間有變化時,左右轉(zhuǎn)方向也會出現(xiàn)變化,在調(diào)試的過程中出現(xiàn)了很多狀況并且嘗試很多種變化均沒有很好的效果,于是只得作廢這種自認為比實際采用的算法更快捷的方法。最后采用了這種最為簡潔的算法,在實際跑到中跑的時候還是遇到了很多問題,比如傳感器探測長短用人手探測和木板探測距離會產(chǎn)生區(qū)別,輪胎接觸跑道與否也會產(chǎn)生區(qū)別,電池電量過低是也會有變化,經(jīng)過了不斷地測試,更改數(shù)據(jù),小車終于能夠比較好的從迷宮中走出去了,成功率非常高,有幾次甚至出現(xiàn)了在12秒左右就完成了的情況,總算是這幾天的努力沒有白費。在最終的驗收中,雖然可能由于電池電量過低的問題,出現(xiàn)了小車轉(zhuǎn)彎角度有點不夠,使得完成的時間超過了30秒,不過兩次試跑全部出迷宮的完成度也算是非常出色的了,還算比較滿意。 經(jīng)過本次實驗,初步了解了單片機的相關知識和編程環(huán)境,對于迷宮機器人有了比較深的了解,并產(chǎn)生了非常濃厚的興趣,為以后做創(chuàng)新實驗的相關內(nèi)容做了一些鋪墊,增強了我的動手能力,對問題的分析解決能力,這種按時間評分,同學間在互相競爭與幫助中進步的形式也讓我對于從各方便提高自己機器人的水平有了很大動力。在跑道中調(diào)試小車迷宮車近照迷宮車近照附錄：源程序清單#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#definet1ucharcodeseg_data[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff};//0~9的段碼表,0x00為熄滅符uchardatadisp_buf[7]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};//顯示緩沖區(qū)sbitIN1=P1^0;sbitIN2=P1^1;sbitIN3=P1^4;sbitIN4=P1^5;sbitLED1=P2^6;sbitLED2=P2^7; sbitS1=P1^6;sbitZ1=P3^4;sbitZ2=P3^1;sbitZ3=P3^7;ucharcount=0; /********以下是延時函數(shù)********/voidDelay_ms<uintxms> //延時程序,xms是形式參數(shù){ uinti,j; for<i=xms;i>0;i--> //i=xms,即延時xms,xms由實際參數(shù)傳入一個值 for<j=115;j>0;j-->; //此處分號不可少}/********以下是顯示函數(shù)********/voiddisplay<>{P0=seg_data[sec/10]; //顯示毫秒十位P2=0xfe; //開個位顯示<開第1只數(shù)碼管>Delay_ms<1>; //延時10msP0=seg_data[sec%10]; //顯示毫秒百位P2=0xfd; //開十位顯示<開第2只數(shù)碼管>Delay_ms<1>; //延時10msP0=seg_data[min/10]; //顯示秒個位P2=0xfb; //開百位顯示<開第3只數(shù)碼管>Delay_ms<1>; //延時10msP0=seg_data[min%10]; //顯示秒十位P2=0xf7; //開個位顯示<開第4只數(shù)碼管>Delay_ms<1>; //延時10ms}voidtimerstart<>{ TMOD=0x01; IE=0x82; TH0=-<4800/256>; TL0=-<4800%256>; TR0=1;}voidtimer0srv<void>interrupt1{ TH0=-<4800/256>; TL0=-<4800%256>; deta++;}voidzhh<>{ if<deta>=200>{sec++;deta=0;} if<sec==60>{min++;sec=0;} if<min==60>{min=0;}}stop<>{ IN1=0; IN2=0; IN3=0; IN4=0; Delay_ms<350>;}houtui<>{ IN1=1; IN2=0; IN3=0; IN4=1;} qianjin<>{IN1=0; IN2=1; IN3=1; IN4=0;} zuozhuan<>{ IN1=0; IN2=