课程设计自动循迹测距机器人

1、课程设计作品：自动循迹测距机器人一、系统设计目的及用途：在某些情况下，对某些路径的测量无法用一般的工具实现。比如，不规则的曲 线路径，或者高低起伏的路而，都不能用普通的测距工具轻易实现。在这种情况下, 我们便可以使用轮式机器人来沿着待测的轨迹行走，同时实时地记录所走的路程。 这样就可以测量曲线的长度。二、系统设计思想：作为可移动式机器人，我们的作品对功耗和移动性能要求较高。作为测量工具, 它又对准确性要求较高。所以，无论是硬件的选择，还是软件的设计都以精确、节 能和节约为核心准则。三、系统设计功能原理：1、循迹的原理：本项目使用黑白反衬底面和红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面 具有不

2、同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外 光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到 黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回 来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限, 一般最大不应超过3cmo2、模块选择方案：自动循迹测距机器人主要由六个模块构成：车体框架、电源、主控模块、逻辑 模块、探测模块、电机驱动模块组成。各模块分述如下：显示模块a、车体框架：在设计车体框架吋，我们有两套起始方案，自己制作和直接购买玩具电动车。 方案一：自己制作轮式底盘。使用两普通电机作驱动，万向轮

3、改变方向，框架用废 旧铁片焊接。但这样不但制作复杂、单个电机很难买到，而且质量较差且不够美观。方案二：购买成品底盘。这种方案花费较大，但节省时间和精力，质量有保障。所 以，我们选择后者。b、电源：由于机器人对机动性的要求较髙，我们选择四节普通干电池作电源。因为它资 源广泛，成本较低，而且我们的机器人功耗较小,megal6光电开关、小车电机对 于供电电压要求并不苛刻，完全可以用干电池供电。c、主控模块：本项目使用统一配置的megal6芯片作为主控模块的核心。megal6是高性能、 低功耗的8位avr微处理器，具有先进的risc结构，内部集成两个具有独立预分频 器和比较器功能的8位定时器/计数器和

4、一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16位定吋器/计数器。可通过jtag对mcu进行程序烧写及仿真。内置晶振，使用 方便。显示模块模块d、逻辑模块:示意图如下:光电对管三 光电对管一一 光电对管一与we门 单片机e、探测模块： 方案一：使用视频采集处理装置进行探测使用ccd实时采集小车前进路线上的图像并进行实时传输及处理，这是最精确 的轨迹信息采集方案，可以对轨迹进行精确定位和测距。但是使用视频采集会大大 增加小车成本和设计开发难度，而且考虑到我们小车行进转弯的精确度并未达到视 频处理的精度，因而使用视频采集在实际应用屮是个很大的浪费，所以我们放弃了 这一方案。方案二：使用光电对管探测光电

5、对管价格低廉，性能稳定，探测距离一般不超过3crm我们采用普通直流电机作为原动力，车子速度不大，停止时惯性滑动的距离小，可以达到预定的精度, 因此我们选择此方案。示意图如下：f、电机驱动模块：方案一：使用分立元件搭建电机驱动电路使用分立元件搭建电机驱动电路造价低廉，在大规模生产屮使用广泛。制作过 程中，老师曾建议我们使用此方案，但我们考虑到分立元件h桥电路工作性能不够 稳定，较易出现硬件上的故障，而且组装成本也很高，故我们放弃了这一方案。 方案二：使用l298n芯片驱动电机l298n是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，输出电压最高可达50v,可 以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机

6、的10 口提供信号，而且带有使 能端，方便pwm调速，电路简单，性能稳定，使用比较方便。l298n芯片可以驱 动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，正好符合我们小车两个二相电机的驱 动要求，价格也比较合理。控制示意图如下：左驱动电路右左电机右电机en1 en2电机驱动芯片最终方案如下：使用干电池组对系统供电，成品电动车作为底座，采用megal6l作为主控芯片, 用光电开关进行障碍物探测，使用l298n驱动直流电机。逻辑关系处理使用74l系 列芯片完成。系统电路图： 增强版atmega 16l 发板(进行程序的初步调试)简版jtag仿真器(程序的下载和仿真)圆梦小车底盘，电动车小马达2个，码盘

7、采样器两个，电容两个光电开关3只mega 16l单片机1片l298n电机驱动芯片、散热片各1片(7) 74ls10 芯片 1 片4148二极管8只万用板2块00)5.1k电阻8只，150q电阻5只，滑动变阻器5只(id led四位七段数码管1个(12) 40引脚底座1只，14引脚底座2只 (13)电池盒2只(14) 干电池8节(15) 列装排线、插针等 五、软件资源:1、循迹工作流程:2、测距工作流程:五、系统功能及指标参数测试1、系统实现功能：沿着预定轨迹行进：测量并显示所走路径的路程。2、系统主要参数测试：给光电对管供电，让其在带有黑色轨迹的白色地板上运行，自动寻迹，在轨迹 的末端自动停止。并开始显示所测距离，测距过程在运行过程中完成。六、参考资料:1. ；2. avr单片机嵌入式系统原理与应用实践，马潮编著，北京航空航天大学出版 社；3. avr单片机c语言开发入门指导，沈文、eagle lee.詹卫前编著,清华大学出