第六届山东省高校机器人大赛技术报告书

第六届山东省高校机器人大赛技术报告学校：菏泽学院队伍名称：天泽队参赛队员：隋浩/徐研/张龙龙/李康/王子琪指导教师：祝凤金第六届山东省高校机器人大赛技术报告I关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第六届山东省高校机器人大赛关于保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛机器人的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。参赛队员签名：指导教师签名：日期：第六届山东省高校机器人大赛技术报告II摘要本系统以设计题目的要求为基础，采用8051单片机为控制核心，利用光电传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果基本满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及软件的编写。智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。具有制作成本低廉，电路结构简单，程序调试方便等优点。在备战比赛的过程中，学院、老师和同学都给予了我们很大的帮助和鼓励，在此谨表达对他们由衷的感谢。关键词：智能小车；单片机；光电检测；第六届山东省高校机器人大赛技术报告III第一章引言.............................................................................................................................-1-1.1作品制作背景...........................................................................................................-1-1.2设计要求...................................................................................................................-1-1.3技术报告章节安排...................................................................................................-1-第二章总体设计方案.............................................................................................................-2-2.1设计思想...................................................................................................................-2-2.2总体设计框图...........................................................................................................-2-2.3各模块分析选择.......................................................................................................-3-2.3.1小车底盘分析...............................................................................................-3-2.3.2控制芯片的选择...........................................................................................-3-2.3.3电机驱动模块的分析与选择...........................................................................-4-2.3.4避障模块的分析与选择...................................................................................-4-2.3.5智能小车最后方案..........................................................................................-4-第三章系统电路设计.............................................................................................................-5-3.1单片机最小系统的设计...............................................................................................-5-3.2电机驱动电路的设计..................................................................................................-5-3.3检测电路的设计..........................................................................................................-6-3.4电源的设计..................................................................................................................-6-第四章软件设计.....................................................................................................................-7-4.1系统主程序流程图.......................................................................................................-7-4.2输入输出控制..............................................................................................................-7-第五章总结.............................................................................................................................-8-5.1不足以及改进方向...................................................................................................-8-附录.............................................................................................................................................-9-附录1部分程序源码......................................................................................................-9-附录2电路板设计原理图............................................................................................-11-第六届山东省高校机器人大赛技术报告-1-第一章引言1.1作品制作背景随着电子技术的不断发展人们发明了各式各样的具有感知，决策，行动和交互能力的机器人。智能小车可以理解为机器人的一种特例，它是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人。与普遍意义上的机器人相比智能小车制作成本低廉，电路结构简单，程序调试方便，具有很强的趣味性，为此其深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱。全国大学生电子设计竞赛每年都设有智能小车类的题目，由此可见国家对高校机器人研究工作的重视程度。本次设计的智能小车应该能够调节速度，具有自动避障功能，可以记录行驶速度、显示小车与前面障碍物的距离。1.2设计要求本系统以设计题目的要求为基础，采用8051单片机为控制核心，利用光电传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶。使用12单片机的输出端口产生四路占空比可调的PWM信号,驱动四轮两路智能小车的软件实现方法。程序中T0定时器采用中断的方式控制PWM信号的频率,T1定时器采用查询的方式控制PWM信号的占空比;并通过单片机自带的串行口接收主机传输过来的控制智能小车运动方向和速度(即占空比)的信号,方便、及时、可靠、简洁地控制智能小车的运动状态。1.3技术报告章节安排第一章引言第二章总体设计方案第三章系统电路设计第四章软件设计第六届山东省高校机器人大赛技术报告-2-第二章总体设计方案2.1设计思想利用光电检测模块检测道路前面的障碍物，然后把回响信号交给单片机处理，如果前面有障碍物，单片机的引脚会输出两个高电平信号控制小车刹车，当距离接近到一定程度以后控制小车向左转，与此同时继续检测障碍物。当然小车启动的时候就要求开始显示小车与前面障碍物的距离。当小车又检测到障碍物时，说明刚才向左转的动作行不通，此时就要求小车退后，一定时间以后再向右转，然后再检测障碍，如果又遇到障碍物就停车。在小车上加装光电传感器以后，小车后轮每转过一圈，就计一个脉冲，通过记录单位时间内的脉冲数就可以算出小车的速度2.2总体设计框图图2-1第六届山东省高校机器人大赛技术报告-3-2.3各模块分析选择2.3.1小车底盘分析小车底盘为圆形合金板，动力源采用微型直流减速电机，带负载能力强，调速方面对程序要求不高。电机分布于圆形底盘两侧，同时前后有两个万向滚珠。通过两个电机通过一快一慢完成转向。减速电机扭矩大，转速较慢，易于控制和调速，符合避障小车的要求。考虑到利用合金板做车架开发周期短，可留够充分的时间用于系统调试，且硬件上的不足可以通过优良的算法来弥补。2.3.2控制芯片的选择宏晶科技的STC12C5A60S2单片机是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。，具有体积小、驱动能力强、可靠性高、功耗低、结构简单、具有语音处理、运算速度快等优点。共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路）：——也可用来当2路D/