第八届机器人套件说明书.doc.deflate.doc

中国地质大学（武汉）第八届智能机器人挑战赛机器人制作说明书一、机器人总体构成 1二、机器人制作流程1三、机器人各部分介绍2四、需要使用的工具10五、电路原理介绍11六、赛道示意图介绍12七、机器人大赛套件零件清单13红外线传感器一、机器人总体构成电机控制器单片机最小系统 总光敏电阻二、机器人制作流程机器人车体的设计、制作组员进行分工机器人控制电路板的焊接 传感器等的安装机器人的组装调试控制算法的设计程序编写机器人整体调试工作完成出现故障一切正常三、机器人各部件介绍1、微型处理器模块(89C52)1）、STC89C52RC单片机简介 STC89C52RC引脚图如下图4-1STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。STC89C52主要功能：主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能图4-2 2、液晶显示模块（1602）液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。1602接口信号说明：编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5Data I/O5R/W读/写选择端（H/L）13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极1602采用标准的14脚接口，其中:第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。 另外引脚A和K为背光引脚,A接正,K接负便会点亮背光灯.1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，如表1所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A” 1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2所示，指 令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清显示0000000001光标返回000000001*置输入模式00000001I/DS显示开/关控制0000001DCB光标或字符移位000001S/CR/L*置功能00001DLNF*置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址（AGG）置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址（ADD）读忙标志或地址01BF计数器地址（AC）写数到CGRAM或DDRAM10要写的数从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平） 指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置指令2：光标复位，光标返回到地址00H 指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效 指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符 指令7：字符发生器RAM地址设置 指令8：DDRAM地址设置 指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令10：写数据 指令11：读数据 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，下表是1602的内部显示地址.12345678910111213141516第一行000102030405060708090A0B0C0D0E0F第二行4041 42434445464748494A4B4C4D4E4F比如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H) 。3、单片机外围辅助电路1）复位电路：复位的核心是必须保证RST引脚出现10毫秒以上的高电平，这样就可以实现可靠的复位。图4-3-1 电平式开关复位C与R的值随着时钟频率的变化而变化，可由实验测得。在通电瞬间， RC电路充电过程中，RST端出现正脉冲，从而使单片机复位，当采用12MHz时钟时C取10Uf,R1取470欧，R2取10 千欧。2）、晶体振荡电路图4-3-2 晶体振荡电路晶体振荡器与电容C7和C8组成并联谐振电路。电容的大小会影响振荡频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性。当接晶振时，C7和C8常选用30pF左右。本次设计选用振荡频率为12MHz的晶振，C7、C8选用33pF的电容。4、直流电机驱动电路恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N：L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。图4-4-1是其引脚图：图4-4-1图4-4-21、15脚是输出电流反馈引脚，其它与L293相同。在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。图4-4-2是其与51单片机连接的电路图。EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4）电机运行情况HHL正转HLH反转H同IN2（IN4）同IN1（IN3）快速停止LXX停止5、反射式红外光电传感器ST1881）、特点（1）采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。（2）检测距离可调整范围大，2-10mm可用。（3）采用非接触检测方式。2）、应用范围（1）IC卡电度表脉冲数据采样（2）集中抄表系统数据采集（3）传真机纸张检测；位置检测等（4）与ST288A结合使用可判别被测物的运动方向及正反转速测量、行程测量等3）、红外反射式光电传感器特性与工作原理反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二极管发出的光的频率较集中，传感器只接收很窄的频率范围信号，不容易被干扰但价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射同时又能被接收管接收到的范围就能进行检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度，日光、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量将因为干扰产生错误信号，采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送红外管发射，光敏管接收调制的红外信号，原理如图1. 所示。vout发 射 反 4 射接收电路 表 面 x/mm x 10 图4-7-1 红外发射接收原理 图4-7-2 光强度相应曲线 反射光强度的输出信号电压Vout 是反射面与传感器之间距离x的函数，设反射面物质为同种物质时，x与Vout 的响应曲线是非线性的，如图2所示。设定输出电压达到某一阈值时作为目标，不同的目标距离阈值电压是不同的。4）、具体设计与实现接近觉传感器应用场合不同选择不同，感觉的距离范围不同，可从几毫米到几米。对于自动寻迹和小车轮子的测速传感器，反射距离都在cm左右，探测环境都在阴影之下，不易受到日光的干扰。因此，这两种探测的传感器都选用FS-359F反射红外传感器，048W型封装。该封装形状规则，便于安装。对于障碍物的检测，可以使用超声波传感器，效果也较好，但电路系统庞大，还需占用大量MCU时间。上文的激光传感器虽然性能不错，但价格较贵。从需要510cm垂直探测距离的要求来看，普通的红外反射式传感器又很难胜任。在对个型号的传感器测试后，选用了价格、性能基本适合的043W封装的反射红外传感器。在使用约40A的发射电流，没有强烈日光干扰（在有日光灯的房间里）探测距离能达cm，完全能满足探测距离要求。红外传感器的电路有多种形式，在这里为了安装调试方便，我们采用了图4-7-3的电路形式。 图4-7-3 红外光电传感器电路图4-7-4 寻迹传感器安装位置示意图传感器的使用数量应该尽量少以减少单片机的信号处理量，寻迹小车一共安装有四个红外光电传感器，选用运算放大器LM324，光电传感器检测到的信号经放大器放大整形送微处理器判断、运算、控制。LM324是14脚DIP封装，内置四个运算放大器的集成器件，用一个LM324便能完成所有传感器与MCU的连接，并且电路简单，响应速度快，波形规则，调试简单。 寻迹用接近传感器安装位置如图4-7-5所示，、传感器骑在白线两测用于检测是否跑偏，传感器在白线范围内用于辅助检测，以确保小车机器人随时在以如图4-7-4的状态运行。传感器状态决定下一步的运行方式，具体可参见程序设计中的相关内容。图4-7-56、微型直流减速电机金属减速箱微型直流电动机图4-5-1 减速电机图7.趋光模块1）光敏电阻光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。2）趋光电路设计电路按如下图设计：趋光电路的设计是基于电压比较器LM311的电压比较电路。光敏电阻OPT1、OPT2的电压值送入电压比较器LM311进行比较。电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系： 当”输入端电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当”输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平；四、需要使用的工具图5-1 电烙铁（用于焊接元器件及导线）图5-2 起焊枪（用于去除焊接错误的焊点）图5-3 焊锡丝（融化后用于焊接）图5-4 拨线钳（去除导线外部的橡胶绝缘皮）图5-6 螺丝刀（旋紧螺母，固定电路板）图5-7 专用剪刀（剪断导线等金属丝）五、电路原理介绍1）、电路原理图2）、PCB电路板结构图六、赛道示意图介绍（1）基础组（2）高级组七、机器人大赛套件零件清单序号名称型号封装数量价格1单片机STC89C52RCPDIP-40162电机控制器L298-NMultiwatt15V1153运算放大器LM324-NDIP-14124电压比较器LM311-NDIP-811.55电源模块L7805-CVTO-220116数码管驱动（高级组）74LS48DIP16147红外线传感器ST1884108液晶显示器LCD16021169光敏电阻通用性2110直流减速电机6V/100rpm25011铝板16K1412轮子50mm41.613印刷线路板115149V电源适配器9V/500mA11015独石电容104100.516瓷片电容33pF20.117电解电容220uF10.218电解电容10uF20.219可调电阻5K3362-5K21.220可调电阻10K3362-10K42.421电阻39040.0422电阻1K80.0823电阻10K60.0624电阻47010.0125电阻4.7K10.01269脚排阻1K10.527二极管1N4148DIP80.828发光二极管红