无线信号采集机器人

电气与电子信息工程学院电气与电子信息工程学院 20082008 年电子设计大赛论文报告年电子设计大赛论文报告 作品 作品 无线信号采集机器人无线信号采集机器人 制作人 黄智铭制作人 黄智铭 刘建伟刘建伟 黄开坤黄开坤 无线信号采集机器人无线信号采集机器人 摘要 摘要 本课题设计制作了一款带有机械手臂的机器人 可采集发送温度 湿度信号 我们通过无线遥控来控制机器人的运行及机械手的抓放物体 关键字 关键字 无线无线 信号采集信号采集 机器人机器人 机械手臂机械手臂 温度 湿度传感器温度 湿度传感器 无线遥控无线遥控 AT89S52AT89S52 单片机单片机 总总体方案体方案 作品以两个直流减速电动机驱动机器人的前进 后退 左转 右转 两个直流减速电动机驱动机械手的上升 下降 抓 放 一个步进电机控制机 械手的左转 右转 其遥控模式可随时更换 机器人上装有温度传感器 AT18B20 湿度传感器 HS1101 所采集的信号通过主控制芯片 AT89S52 处理后 发出 另一块 AT89S52 处理接收到的数据使其在 LCD 上显示 主系统 At89s52 单片机 主系统 At89s52 单片机 无线遥控 接收 无线遥控 发送 电机驱动电路 温度 湿度信号 采集电路 LCD 数据 显示 遥控键盘 图 1 信号采集机器人基本原理框图 系统原理及理论分析系统原理及理论分析 1 1 单片机最小系统组成单片机最小系统组成 单片机系统是整个智能系统的核心部分 它对各路传感信号的采集 处理 分析及对各部分整体调整 主要是组成是 两片单片机AT89S52 小车驱动系统 芯片L293D LCD显及各路的传感器件 2 2 电机驱动电路电机驱动电路 因为机器人运动方式较多 除了要行走 还要操作机器手运动 所以要用 四个减速电机 一个步进电机 驱动电机的芯片我们采用三片市面易购的 L293D 该芯片是利用TTL电平进行控制 对电机的操作方便 通过改变芯片控 制端的输入电平 即可以对电机进行正反转操作 很方便单片机的操作 而且 芯片的外围电路简单 亦能满足直流减速电机的要求 电路实现如图2所示 图6 智能车驱动电路 L293D为单块集成电路 高电压 高电流 驱动感性负载 比如继电器 直流和步进马达 和开关电源晶体管 内部包含4通道逻辑驱动电路 其额 定工作电流为1A 最大可达1 5A Vss电压最小6V 最大可达24V Vs电压最 大值也是24V 经过实验 Vs电压应该比Vss电压高 否则有时会出现失控现 象 表1是其使能输入引脚和输出引脚的逻辑关系 3 3 湿度采集原理湿度采集原理 采集湿度我们用了HS1101传感器 该芯片可通过湿度的变化改变其电容值 我们通过一个555芯片做成一个脉冲原 如图3所示 因为 RC 不同湿度下 HS1101电容值的变化 其脉冲频率也发生改变 我通过单片机定时器计数后 用特定公式就可换算出对应的湿度 其公式如下 图图 3 3 湿度采集原理湿度采集原理 4 4 温度采集原理温度采集原理 DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器 他均 有微型化 低功耗 高性能 抗干扰能力强 易配处理器等优 点 直接将温度转化成串行数字信号 提供9位二进制数字 给 单片机处理 温度测量范围 55 125 可编程位9 12位A D转换精度 测温 分辨率可达到0 0625 DS18B20 的高速暂存存储器由 9 个字节组成 当温度转换命令发布后 经转 换所得的温度以 2 字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节 DS18B20DS18B20 温度数据表温度数据表 5 5 无线数据收发原理无线数据收发原理 机器人对采集到的数据主要通过Nordic 公司生产的NewMsg RF905 模块 NewMsg RF905 单片无线收发器工作在433 868 915MHZ 的ISM 频段由一个完全 集成的频率调制器一个带解调器的接收器一个功率 放大器一个晶体震荡器和 一个调节器组成ShockBurst 工作模式的特点是自动产生前导码 和 CRC 可以很 容易通过SPI 接口进行编程配置电流消耗很低在发射功率为 10dBm 时发射电 流为30mA 接收电流为12 2mA 进入POWERDOWN 模式可以很容易实现节电 NewMsg RF905 参考数据 ShockBurstTM 收发模式下 使用片内的先入先出堆栈区 数据低速从微控 制器送入 但高速发射 这样可以尽量节能 因此 使用低速的微控制器也能 得到很高的射频数据发射速率 与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内 进行 这种做法有三大好处 尽量节能 低的系统费用 低速微处理器也能进行 高速射频发射 数据在空中停留时间短 抗干扰性高 ShockBurstTM 技术同 时也减小了整个系统的平均工作电流 在 ShockBurstTM 收发模式下 RF905 自动处理字头和 CRC 校验 码 在接收数据时 自动把字头和 CRC 校验码移去 在发送数据时 自动加上 字头和 CRC 校验码 当发送过程完成后 DR 引脚通知微处理器数据发射完毕 ShockBurst TX 发送流程典型的 RF905 发送流程分以下几步 A 当微控制器有数据要发送时 通过 SPI 接口 按时序把接收机的地址 和要发送的数据送传给 RF905 SPI 接口的速率在通信协议和器件配置时确定 B 微控制器置高 TRX CE 和 TX EN 激发 RF905 的 ShockBurstTM发送模 式 C RF905 的 ShockBurstTM 发送 1 射频寄存器自动开启 2 数据打包 加字头和 CRC 校验码 3 发送数据包 4 当数据发送完成 数据准备好引脚被置高 D AUTO RETRAN 被置高 RF905 不断重发 直到 TRX CE 被置低 E 当 TRX CE 被置低 RF905 发送过程完成 自动进入空闲模式 6 6 显示部分显示部分 显示我们采用的是应用广泛的 LCD1602 它无需外接译码芯片 只需一个 驱动显示程序就可使其正常工作 且连线简单