ch07综合比赛项目-“机器人高铁游中国”比赛

综合比赛项目——“机器人高铁游中国”比赛新工科建设之路·机器人技术与应用系列应用型人才创新能力培养机器人制作与开发(单片机技术及应用)(第2版)第七章01采用RFID读卡器读取RFID卡号采用RFID读卡器读取RFID卡号本章使用的RFID读卡器如图7.2所示。该读卡器具有以下特点。①可低功耗读取无源RFID卡（标签卡）。②采用串口，波特率为9600bit/s。③输入Oxab时，允许启用软件。采用RFID读卡器读取RFID卡号该读卡器只能读取EM4100无源电子标签卡，这些电子标签卡属于只读系列125kHz标签卡，每个标签卡包含一个唯一的标识符（ID）。RFID读卡器在读到ID后，通过串口将其传输给单片机或其他信息处理设备。采用RFID读卡器读取RFID卡号当RFID读卡器开始工作，并且RFID标签在其有效读取的范围内时，其将唯一的ID以l4字节的十六进制ID和1字节的校验码的方式发送给主机。采用RFID读卡器读取RFID卡号采用RFID读卡器读取RFID卡号发送信息的格式如表7.1所示。单片机在接收RFID读卡器发回的信息时，校验码有助于识别正确的接收信息。前面4字节是实际标签卡的唯一ID，最后1字节是校验码。例如，1个标签卡的有效ID是008e3dc6（0009321926），将按照如下位来发送：0x00，0x8e，0x3d，0xc6，0x75。所有的通信都传送8个数据位（无校验位）、1个停止位，从最低位开始。RFID读卡器串口通信波特率固定为9600bit/s。采用RFID读卡器读取RFID卡号当RFID读卡器上电且单片机TX端口给模块发一次启动信号时，RFID读卡器进入一次有效状态，驱动天线查询标签卡。该模块处于活动状态，电流消耗会增加。当标签卡面对天线且在RFID天线区域的正前方，保证距离不超过5cm时，RFID读卡器即可正常读取标签卡信息。在复杂电磁环境中，建议在读取标签卡信息过程中增加1s间隔，避免由于电磁噪声导致误读发生。采用RFID读卡器读取RFID卡号RFID读卡器接口特性采用RFID读卡器读取RFID卡号在Vcc=5V，Ta=25℃时，RFID读卡器的直流特性如表7.2所示。采用RFID读卡器读取RFID卡号RFID读卡器仅用4个引脚（Vec，TX，RX，GND），4个引脚的说明如表7.3所示。采用RFID读卡器读取RFID卡号引脚排列如图7.3所示。RFID读卡器的安装和电路连接RFID读卡器的安装本任务需要将RFID读卡器安装到机器人的前端，安装RFID读卡器所需的配件包括：RFID读卡器1个、M3×20单通铜螺柱1个、开槽连接杆件1个、4-Pin杜邦线1条、螺钉和螺母若干、导线若干。采用RFID读卡器读取RFID卡号采用RFID读卡器读取RFID卡号在安装RFID读卡器所需的机械配件中，M3×20单通铜螺柱和开槽连接杆件分别如图7.4和图7.5所示。采用RFID读卡器读取RFID卡号采用RFID读卡器读取RFID卡号用连接件和连接杆将RFID读卡器固定于机器人的前端，具体的安装方式如图7.6和图7.7所示。采用RFID读卡器读取RFID卡号采用RFID读卡器读取RFID卡号RFID读卡器各引脚与C51教学板的连接方式如表7.4所示。RFID读卡器读取标签卡信息程序程序设计先将RFID读卡器安装在机器人的底部中心，并将RFID读卡器与C51教学板连接好，接着编写一个用RFID读卡器读取标签卡信息的程序。采用RFID读卡器读取RFID卡号该程序要完成如下功能。①驱动RFID读卡器，使RFID读卡器正常工作。②读取标签卡信息，并在PC上显示标签卡ID的后5位。温湿度传感器与温湿度测量第2行置RFID串口初始化函数，此时RFID读卡器处于上电待机状态；第3行清除模拟串口定时器等待时间的标志；第4~6行是初始化定时器寄存器设置，并设定定时器的定时/计数模式。程序先进入第一个循环，再进入第二个循环。在第二个循环中不断给RFID读卡器发送0xab，同时判断串口中断接收标志RI是否为1，若标志RI为1，则RFID读卡器读取标签卡信息成功，结束Oxab发送；若标志RI为0，则RFID读卡器未读取标签卡信息或读取失败，继续发送Oxab。采用RFID读卡器读取RFID卡号在发送成功后进入RFID数据解析函数GetUIDQ，进入判断语句对标签卡信息进行处理，并将标签卡ID的后5位显示在PC上，否则循环执行之前的操作。程序编译并下载到安装好RFID读卡器的机器人上，打开C51教学板电源开关，并用串口线将C51教学板与PC连接起来，打开串口调试助手，查看当标签卡放置在RFID读卡器上方时显示在PC上的数字信息。采用RFID读卡器读取RFID卡号采用RFID读卡器读取RFID卡号图7.8所示为PC接收到的机器人读取的标签卡信息。02利用语音芯片播报景点WT588D是一款功能强大的可重复擦写的语音芯片。配备WT588DVoiceChip上位机操作软件，用于修改WT588D语音芯片的控制模式，并把信息下载到SPI-Flash上。该软件操作简单易懂，融合了语音组合技术，大大减少了语音编辑的时间，且完全支持在线下载，即便是在WT588D通电的情况下，仍然可以通过下载器给关联的SPI-Flash下载信息。更多WT588D语音芯片的知识读者可查阅相关资料学习。本任务使用的WT588D语音芯片采用16Pin封装方式利用语音芯片播报景点WT588D语音芯片介绍利用语音芯片播报景点其引脚图如图7.9所示。WT588D语音芯片功能概述WT588D语音芯片的控制模式有MP3控制模式、按键控制模式、3×8按键组合控制模式、并口控制模式、一线串口控制模式和三线串口控制模式。利用语音芯片播报景点①MP3控制模式。MP3控制模式下的功能有播放/暂停、停止、上一曲、下一曲、音量+、音量-。②按键控制模式。③3×8按键组合控制模式。在3×8按键组合控制模式下该芯片能以脉冲可重复触发的方式触发24个地址位语音，所触发地址位语音可在0~219之间设置。利用语音芯片播报景点④并口控制模式。并口控制模式最多可用8个I/O端口进行控制。⑤一线串口控制模式。一线串口控制模式可通过发码端控制语音播放、停止、循环播放和音量大小，或者直接触发0~219地址位的任意语音，发码时间为600~2000μs。⑥三线串口控制模式。利用语音芯片播报景点本任务使用的语音模块是WTW500-16，对于WTW500-16语音模块来说，其可实现的控制模式有按键控制模式、MP3控制模式、一线串口控制模式和三线串口控制模式。而并口控制模式、3×8按键组合控制模式对WTW500-16语音模块来说是无效的。利用语音芯片播报景点利用语音芯片播报景点WTW500-16语音模块各引脚与WT588D相同，引脚的说明如表7.5所示。本任务控制WTW500-16语音模块的模式是三线串口控制模式，三线串口控制模式由3条通信线组成，分别是片选线CS（P02）、数据线DATA（P01）和时钟线CLK（P03），时序根据标准SPI通信方式确定。通过三线串口可以实现语音芯片的命令控制和语音播放功能。利用语音芯片播报景点利用语音芯片播报景点表7.6和表7.7为语音命令对应表和语音地址对应关系表。利用语音芯片播报景点语音芯片三线控制时序三线串口控制模式由CS（片选）、CLK（时钟）和DATA（数据）引脚组成，时序仿照标准SPI通信方式，复位信号在发码前先拉低1~5ms，然后拉高等待17ms，在工作时RESET需要一直保持高电平。片选信号CS拉低2~10ms以唤醒WT588D语音芯片，先接收数据低位，在时钟的上升沿接收数据。时钟周期在100μs~2ms之间，推荐使用300μs。利用语音芯片播报景点语音芯片三线控制时序在数据成功接收后，语音播放忙信号BUSY和输出语音信号在20ms之后做出响应。当发送数据时先发送低位，再发送高位，无须先发送命令码再发送指令。D0~D7表示一个地址或者命令数据，数据中的0x00~0xdb为地址指令，0xe0~0xe7为音量调节命令，0xf2为循环播放命令，Oxfe为停止播放命令，Oxf5为进入三线串口控制I/O端口扩展输出命令，Oxf6为退出三线串口控制I/O端口扩展输出命令。利用语音芯片播报景点利用语音芯片播报景点图7.10所示为三线控制时序图。利用语音芯片播报景点语音芯片在三线控制模式下与C51教学板的电路连接方式如表7.8所示。03实现“机器人高铁游中国”比赛任务实现“机器人高铁游中国”比赛任务机器人安装完成正面图和底部图分别如图7.11和图7.12所示。实现“机器人高铁游中国”比赛任务实现“机器人高铁游中国”比赛任务机器人安装完成的侧面图和顶部图分别如图7.13和图7.14所示。实现“机器人高铁游中国”比赛任务实现“机器人高铁游中国”比赛任务为了方便读者查阅，这里将8个QTI传感器、RFID读卡器、语音芯片与C51教学板的引脚连接方式一起列出（部分为重复列出），如表7.9~表7.11所示。实现“机器人高铁游中国”比赛任务实现“机器人高铁游中国”比赛任务实现“机器人高铁游中国”比赛任务机器人循线移动策略如表7.12所示。实现“机器人高铁游中国”比赛任务根据QTI传感器返回的数据判断机器人所处的当前位置的方法如表7.13所示。“机器人高铁游中国”算法说明本程序使用的算法是基于数字地图的向量分析法，读者如果第一次接触该算法，可以多次阅读和思考该算法的思路。实现“机器人高铁游中国”比赛任务“机器人高铁游中国”程序的流程如下：机器人从起点长沙出发，先播报长沙城市名。再朝广州方向循线运动，到达广州后机器人启动RFID读卡器读取标签卡信息。将读取到的信息与第3列存储28个城市的标签卡信息），在找到与之相对的城市后读取该城市的坐标值。先通过城市播报路径数组Travelitinerary获知该城市是否为播报城市，再通过机器人移动路径数组path获取上次经过的城市长沙的坐标，以及下一个将要去的城市—一深圳的坐标。实现“机器人高铁游中国”比赛任务本任务控制WTW500-16语音模块的模式是三线串口控制模式，三线串口控制模式由3条通信线组成，分别是片选线CS（P02）、数据线DATA（P01）和时钟线CLK（P03），时序根据标准SPI通信方式确定。通过三线串口可以实现