避障机器人技术报告

1、避障机器人技 术 报 告学 校： 江苏城市职业学院 班级： 09应用电子2班 姓名： 杭勇 学号： 05 目 录摘 要I第一章引 言11.1 嵌入式系统介绍11.2 本文章节安排及文献综述1第二章 机械结构设计52.1 避障机器人全貌52.2 避障机器人的组成52.3 避障机器人的安装8第三章 硬件系统设计与实现193.1 电源193.2 JTAG接口213.5 液晶显示屏24第四章 软件系统设计与实现234.1 避障程序23第五章 总结与展望295.1 总结295.2 展望29摘 要本系统主要由主控制模块、传感器检测模块和直流电机驱动模块组成，以美国Cygnal公司的单片机C8051F360

2、为控制核心，通过红外传感器探测障碍物的信息由主控制系统经过处理后，驱动电机做出相应的避让动作。从而达到避障机器人的避障功能。本文详细的介绍了避障机器人的构硬件电路设计，系统软件设计合理论分析以及系统的仿真环境。关键词：避障，红外传感器，直流电机第一章 引 言1.1 嵌入式系统介绍随着信息化技术的发展，嵌入式系统已经成为当前IT产业界一个非常热门的话题。因其高效、低成本、高可靠性、丰富的代码以及应用程序可扩展性、可移植性等一系列优点，目前已越来越成为工业系统和民用系统的主力军，尤其在信息化产品中，越来越多地应用到嵌入式系统的概念。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统组成，它

3、是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式处理器主要由一个单片机或微控制器(MCU)组成。相关支撑硬件包括显示卡、存储介质（ROM和RAM等）、通讯设备、IC卡或信用卡的读取设备等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用闪存（Flash Memory）作为存储介质。嵌入式软件包括与硬件相关的底层软件、操作系统、图形界面、通讯协议、数据库系统、标准化浏览器和应用软件等。总体看来，嵌入式系统具有便利灵活、性能价格比高、嵌入性强等特点，可以嵌入到现有任何信息家电和工业控制系统中。从软件角度来看，嵌入式系统具有不可修改性、系统所需配置要求较低、系统专业

4、性和实时性较强等特点。我们设计的避障机器人就是嵌入式系统的一种，能够实时的测量前方障碍物的信息做出相应的避让动作，并且能够将测量的数据实时的显示在LCD显示屏上。1.2 本文章节安排及文献综述本文系统的介绍了制作本避障机器人的各项技术。具体章节安排如下：第一章 引言 介绍了嵌入式系统，引出下文。第二章 机械结构设计 详细介绍避障机器人的组装方法第三章 硬件系统设计及实现 介绍了避障机器人的电源，液晶显示屏，红外测距传感器，直流电机。第四章 软件系统设计及实现 介绍避障机器人的编程环境，仿真环境以及Silicon Labs IDE软件的使用方法。第五章 总结与展望 第二章 机械结构设计 避障机器

5、人全貌避障机器人是具有避开障碍物形式功能的机器人。先看看机器人的全貌： 避障机器人的组成避障机器人主要是由C8051F360控制器主板；行走装置；多路直流电机驱动板；红外测距传感器；128*64点阵（含一级汉字库）LCD显示屏，直流电源和充电电池组 组成。C8051F360控制器主板行走装置一套（包含4电机和轮子）多路直流电机驱动板红外测距传感器128*64点阵（含一级汉字库）LCD显示屏一块；直流电源和充电电池组 避障机器人的安装安装步骤：1 找到四个直流电机，四个固定直流电机的支架以及底板 2 将四个固定直流电机的支架安装在底板上3 将支撑主板的四根螺杆安装在底板上红外测距传感器起到了环境

6、数据采集及处理的作用，它把处理的数据传给机器人控器系统。它有模拟量传感器系统和数字量传感器系统组成。 第三章 硬件系统设计与实现 电源基于机器人项目驱动的嵌入式教学实训平台主控制器由9V/12V电源供电，使用电源适配器或者使用电池供电，经DC-DC变换电路分别产生5V,3.3V,2.5V电源给各个功能模块供电，分别是：9V/12V给电机供电；5V给I/O口驱动、数字和模拟传感器等供电；3.3V给主控芯片、传感器采集系统、串口等供电。基于机器人项目驱动的嵌入式教学实训平台主控制器电源供电系统框图如图1-2-17所示。电源系统所用芯片如表1-2-4。表1-2-4 电源系统芯片列表芯片VS2576A

7、MS1117数量11功能9V转5V(1) 9V12V转5V电源设计这部分电源设计采用开关稳压芯片VS2576，该芯片输出5V电压，输出电流可达3A，稳定度高，加上滤波电容，性能可以满足要求。电路如图1-2-18所示。图1-2-17 系统供电电源框图图1-2-18 9V12V转5V电源电路图采用开关稳压芯片AMS1117-3.3，该芯片输出电压3.3V，输出电流可达5A。电路如图1-2-19所示。图1-2-19接口A说明如表1-2-5所示：表1-2-5接口A说明名称说明SW1上拨：关闭电源下拨：开启电源JP149V电源插入接口5V05V电源指示灯3V3使用方法：使用前，请将SW1上拨关闭电源，然

8、后插入电源，再将SW1下拨开启电源。3.2 JTAG接口如图1-2-16 接口B所示，JTAG口(Joint Test Action Group，联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行调试和仿真。标准的JTAG接口是4线:TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。JTAG模块采用了10PIN仿真调试接口，如图1-2-20所示，表1-2-6为对应管脚定义。20PIN的插座连接C8051F360芯片的JTAG接口，插座的信号配置要和ARM LM LINK调试器接口一致。JTAG调试电路设计如图1-2-20所示。图1-2-20JT

9、AG插针示意图表1-2-6 F360的JTAG插座管脚定义PIN号名称1VDD 2 , 3 , 9GND5/RST7/RST/C2CK610 NC使用方法：调试程序以及下载程序时将 JTAG接口按照缺口方向接上。不使用时拔下。 电机控制信号输出口图1-2-16将电机控制信号输出口分为如下所示的12个组。电机物理版图相对应布局说明如表1-2-7所示：表1-2-7 物理版图相对应布局说明名称JP1电机控制信号输出口1JP2电机控制信号输出口2JP3电机控制信号输出口3JP4电机控制信号输出口4JP5电机控制信号输出口5JP6电机控制信号输出口63.4 模拟传感器数据输入接口接口E的定义与说明如表1

10、-2-8所示：表1-2-8 接口C的定义名称说明JP2第 0 通道模拟传感器数据输入接口JP3第 1 通道模拟传感器数据输入接口JP4第 2 通道模拟传感器数据输入接口JP5第 3 通道模拟传感器数据输入接口JP6第 4 通道模拟传感器数据输入接口JP7第 5 通道模拟传感器数据输入接口JP8第 6 通道模拟传感器数据输入接口JP9第 7 通道模拟传感器数据输入接口按照图1-2-16物理版图相对应的模拟设备接口布局说明如表1-2-9所示：表1-2-9 模拟设备接口定义说明管脚JP2JP3JP4JP51VDD5VVDD5VVDD5VVDD5V2ADC0ADC1ADC2ADC33AGNDAGNDA

11、GNDAGND管脚JP6JP7JP8JP91VDD5VVDD5VVDD5VVDD5V2ADC4ADC5ADC6ADC73AGNDAGNDAGNDAGND使用方法： AD0AD7分别是第0通道模拟传感器数据输入接口第7通道模拟传感器数据输入接口的模拟数据输入端。使用时请以电源管脚为参考连接即可。板子上3针的接口右端到左端分别是是电源、ADC、地线。接传感器时请注意不要接反。3.5 液晶显示屏如图所示，LCD液晶显示器采用5*7的双行点阵显示屏，它的接口框图如图1-2-22所示。利用C8051F360的通用输入/输出口对1602进行控制，达到显示的功能。图1-2-22 1602显示屏1602接口定

12、义如表1-2-17：表1-2-171602接口定义第四章 软件系统设计与实现4.1 避障程序void main() unsigned int ad_test;unsigned int i = 0;SystemInit(); while(1) DodgeObstruction();void DodgeObstruction()unsigned char ad_distance_left = 0;unsigned char ad_distance_midl = 0;unsigned char ad_distance_rigt = 0;while(1)ad_distance_left = GetIR

13、_Distance(2);ad_distance_midl = GetIR_Distance(3);ad_distance_rigt = GetIR_Distance(4);if(ad_distance_left>40 && ad_distance_midl>40 && ad_distance_rigt>40)DC_Motor(1,0,60); DC_Motor(3,0,60);DC_Motor(2,0,60);DC_Motor(4,0,60);if(ad_distance_rigt<40)DC_Motor(1,0,60); DC_Mot

14、or(3,0,60);DC_Motor(2,2,10);DC_Motor(4,2,10);if(ad_distance_midl<40)DC_Motor(1,2,70); DC_Motor(3,2,70);DC_Motor(2,2,70);DC_Motor(4,2,70);if(ad_distance_left<40)DC_Motor(1,2,10); DC_Motor(3,2,10);DC_Motor(2,0,60);DC_Motor(4,0,60);void DC_Motor(unsigned char motor_num,unsigned char direction, un

15、signed char motor_speed)unsigned char SFRPAGE_save = SFRPAGE; SFRPAGE = CONFIG_PAGE;if(!motor_speed)switch(motor_num)case 1:PCA0CPH0 = 255;break;case 2:PCA0CPH1 = 255;break;case 3:PCA0CPH2 = 255;break;case 4:PCA0CPH3 = 255;break; case 5:PCA0CPH4 = 255;break;case 6:PCA0CPH5 = 255;break; default: brea

16、k;else switch(motor_num)case 1:PCA0CPH0 = 255 - (motor_speed+116);break;case 2:PCA0CPH1 = 255 - (motor_speed+116);break;case 3:PCA0CPH2 = 255 - (motor_speed+116);break;case 4:PCA0CPH3 = 255 - (motor_speed+116);Break; case 5:PCA0CPH4 = 255 - (motor_speed+116);break;case 6:PCA0CPH5 = 255 - (motor_spee

17、d+116);break; default: break;switch(direction)case 0: if(motor_num=1) P3 &= 0x20; /P1.3 = 0,即DIR0置0if(motor_num=2) P1 &= 0x10; /P1.4 = 0,即DIR1置0if(motor_num=3) P1 &= 0x20; /P1.5 = 0,即DIR2置0if(motor_num=4) P1 &= 0x40; /P1.6 = 0,即DIR3置0if(motor_num=5) P3 &= 0x40; /P3.6 = 0,即DIR4置0b

18、reak;case 1: if(motor_num=1) PCA0CPH0 = 255;if(motor_num=2) PCA0CPH1 = 255;if(motor_num=3) PCA0CPH2 = 255;if(motor_num=4) PCA0CPH3 = 255;if(motor_num=5) PCA0CPH4 = 255;if(motor_num=6) PCA0CPH5 = 255;break;case 2: if(motor_num=1) P3 |= 0x20; /P3.5 = 1,即DIR0置1；if(motor_num=2) P1 |= 0x10; /P1.4 = 1,即DIR1置1；if(motor_num=3) P1 |= 0x20; /P1.5 = 1