两轮机器人实验报告

机电综合实验报告两轮机器人姓名：付文晖班级：车辆工程二班学号：20110402216同组成员：张彬20110402203平梦浩201104021032014年12月1目录一、实验目的..................................................-2-二、实验设备..................................................-2-三、实验内容..................................................-2-四、实验原理..................................................-2-4.1、实验平台——C51+AVR控制板...........................-2-4.2、开发平台——KeilμVision2...........................-4-4.3、开发辅助工具——USBASP程序下载器软件................-5-4.4、机器人定速巡航与日字行走.............................-6-4.5、机器人触须导航.......................................-7-4.6、机器人红外导航.......................................-8-五、实验过程及结果...........................................-10-5.1、定速巡航与日字行走..................................-10-5.1.1、直线向前行走..................................-10-5.1.2、向左转1/4圈..................................-10-5.1.3、向右转1/4圈..................................-10-5.1.4、向后退........................................-11-5.1.5、日字行走......................................-11-5.2、触须导航............................................-12-5.2.1、实验准备......................................-12-5.2.2、安装胡须......................................-13-5.2.3、测试胡须......................................-14-5.2.4、触须导航程序..................................-14-5.3、红外导航............................................-16-5.3.1、搭建IR发射和探测器对.........................-16-5.3.2、为何要使用三极管9013.........................-17-5.3.3、测试红外发射探测器............................-17-5.2.4、红外导航程序..................................-18-六、实验心得.................................................-22-2一、实验目的1、掌握两轮机器人的工作方式、触觉开关及红外导航的工作原理。2、学会两轮机器人开发环境KeilC51、开发辅助工具Progisp的使用。3、掌握根据电路原理图连接电路的方法。4、使用C语言实现对机器人的控制，学会编写、调试机器人控制程序，并实现巡航、避障等功能。二、实验设备实验用两轮机器人、触须避障套件、红外避障套件、Usbasp下载器、计算机。三、实验内容3.1、熟悉实验平台、开发环境，使用Usbasp下载器下载程序至单片机并正常运行。3.2、机器人定速巡航、实现日字行走。3.3、机器人触须导航。3.4、机器人红外导航。四、实验原理4.1、实验平台——C51+AVR控制板根据C51+AVR控制板介绍手册，如图4-1、图4-2所示，熟悉每个接口的功能及位置，特别需要注意与下载有关的3号接口、与复位有关的24号按键。3图4-1图4-241电源插头：单片机供电16DB9母头：PC机和AVR系列的单片机的异步串行通信2三档拨动开关:1、档关2、单片机供电3、舵机供电1720pin排母：AVRLCD显示块的扩展接口3C51ISP下载口：并口下载HEX文件18IO扩展口舵机插口：舵机与AVR单片机的连接4C51单片机供电跳线19AVR扩展口5三端稳压器：提供稳定的5V电源20扩展面包板6电源选择跳线：当跳线帽连接到Vin的时候舵机的供电电源是输入电压电源，当跳线帽连接到Vcc，舵机的供电电源是5V21电源指示灯：显示控制板是否通电7舵机连接插头：舵机与C51单片机的连接22C51单片机电源显示灯：用于C51单片机通电反馈8C51单片机的IO扩展口23AVR单片机电源显示灯：用于AVR单片机通电反馈920pin排母：C51LCD显示块的扩展接口24轻触开关：用于C51单片机复位10MAX232通信IC：用于PC机与单片机进行异步串行通信25晶振：给C51单片机提供时钟信号11DB9母头：PC机和C51系列的单片机的异步串行通信26晶振：给AVR单片机提供时钟信号12C51系列单片机：AT89S52，TOFP封装27轻触开关：用于AVR单片机复位13AVRISP下载口：并口下载HEX文件28舵机和滚轮：宝贝车的运动执行器件14AVR单片机供电跳线29宝贝车的支架15AVR系列单片机28脚PDIP封装4.2、开发平台——KeilμVision2在实验过程中，我们使用的是KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机，而KeilμVision2是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统C语言的语法来开发，与汇编相比，C语言易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期。KeilμVision2还能嵌入汇编，可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。KeilC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器的功能不断增强，使你可以更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全集成到μVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。μVision2IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。5由于所有C51单片机程序均由该环境编译及生成HEX文件，我们需要熟练掌握该软件的使用。4.3、开发辅助工具——USBASP程序下载器软件图4-3所示为USBASP程序下载器软件PROGISPV1.72，必须严格按照步骤执行操作，否则就会出现无法下载程序的情况。第一步.打开PROGISP软件,选择单片机类型与下载接口类型。软件自动识别编程状态。点击SelectChip选择芯片的下拉框，选择要下载的芯片型号。单片机类型选择ATMEGA8。勾选：芯片擦除，编程FLASH,校验FLASH，编程熔丝。图4-36第二步.点击编程熔丝后面的地址框，进行熔丝位设置。弹出对话框Fuse&Lock对话框，用位配置方式，设置为低位值为EF,高位值为C9，扩展位默认为0，即（EFC9FF）。设置完毕后关闭窗口即可。（有些单片机不需要此步骤）第三步选择固件。点击“调入Flash”按键。调入后，软件提示框提示提示调入Flash文件并显示其调入路径。第四步.编程熔丝并点击下载固件。确认USBASP下载器已经连接到PC机USB接口。点击“擦除”擦除芯片原有程序。在下面窗口显示“芯片擦除成功”。点击“自动”，即自动实现设定的“写Flash”，校验Flash，“写入熔丝”等，同样在软件下面窗口会有写入成功提示。等待下载完毕后，固件下载完成。拔掉USBASP下载器ISP接口排线。4.4、机器人定速巡航与日字行走图4-4所示是高电平持续1.5ms低电平持续20ms，然后不断重复的控制脉冲序列。该脉冲序列发给经过零点标定后的伺服电机，伺服电机不会旋转。如果此时电机旋转，表明电机需要标定。从4-5中可知，控制电机运动转速的是高电平持续的时间，当高电平持续时间为1.3ms时，电机顺时针全速旋转；从4-6中可知，当高电平持续时间1.7ms时，电机逆时针速旋转。图4-4电机转速为零的控制信号时序图图4-51.3ms的控制脉冲序列使电机顺时针全速旋转图4-61.7ms的连续脉冲序列使电机逆时针全速旋转7如图4-7所示，机器人向前走时，从机器人的左边看，它向前走时轮子是逆时针旋转的；从右边看另一个轮子则是顺时针旋转的。发给单片机控制引脚的高电平持续时间决定了伺服电机旋转的速度和方向。for循环的参数控制了发送给电机的脉冲数量。由于每个脉冲的时间是相同的，因而for循环的参数也控制了伺服电机运行的时间。4.5、机器人触须导航许多自动化机械都依赖于各种触觉型开关，例如当机器人碰到障碍物时，接触开关就会察觉，通过编程让机器人躲开障碍物；旅客登机桥在靠近飞机时为了保护昂贵的飞机，在登机桥接口安装触须，当登机桥离飞机很近后触须就会碰到飞机，立即通知控制器提醒离飞机已经很近了，需要降低靠近速度；工厂利用触觉开关来计量生产线上的工件数量；在工业加工过程中，也被用来排列物体。在所有这些实例中，触觉开关提供的输入通过计算机或者单片机处理后生成其它形式的程序化的输出。本次实验中，将在机器人前端安装并测试一个称为胡须的触觉开关。对机器人大脑编程来监视触觉开关的状态，决定当它遇到障碍物时如何动作。最终的结果就是通过触觉给机器人自动导航。图4-78实际上，当单片机启动或复位时，所有的I/O插脚缺省为输入。也就是说，如果将胡须连接到单片机某个I/O管脚时，该管脚会自动作为输入。作为输入，如果I/O脚上的电压为5V，则其相对应的I/O口寄存器中的相应位存储1；如果电压为0V，则存储0。布置恰当的电路，如图4-8所示，可以让胡须达到上述效果：当胡须没有被碰到时，使I/O脚上的电压为5V；当胡须被碰到时，则使I/O脚上电压为0。然后，单片机就可以读入相应数据，进行分析、处理，控制机器人的运动。机器人向前走直到碰到障碍物。在这种情况下，机器人用它的一根或者两根胡须探测障碍物。一旦胡须探测到障碍物，使小车倒退或者旋转，然后再重新向前行走，直到遇到另一个障碍物。4.6、机器人红外导航现在许多遥控装置和PDA都使用频率低于可见光的红外线进行通信，而机器人则可以使用红外线进行导航。本章使用一些价格非常便宜且应用广泛的部件，让机器人的C51微控制器可以收发红外光信号，从而实现机器人的红外线导航。在许多情况下，我们希望不必接触物体就能探测到物体。许多机器人使用雷达（RADAR）或者声纳（SONAR）来探测物体而不需同物体接触。本次实验的方法是使用红外光来照射机器人前进的路线，然后确定何时有光线从被探测目标反射回来，通过检测反射回来的红外光就可以确定前方是否有物体。图4-89红外前灯在机器人上建立的红外光探测物体系统在许多方面就象汽车的前灯系统。当汽车前灯射出的光从障碍物体反射回来时，人的眼睛就发现了障碍物体，然后大脑处理这些信息，并据此控制身体动作驾驶汽车。机器人使用红外线二极管LED作为前灯，如图4-9所示。红外线二极管发射红外光，如果机器人前面有障碍物，红外线从物体反射回来，相当于机器人眼睛的红外检测（接收）器，检测到反射回的红外光线，并发出信号来表明检测到从物体反射回红外线。机器人的大脑——单