避障机器人设计报告

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1、巡线避障机器人的设计与制作开放性实验报告——避障机器人设计系别：智能科学与技术姓名：唐继鹏姚武浩姜飞鹏郑光旭指导老师：袁立行、王曙光、亢红波时间：2011.9.16——2012.4.28巡线避障机器人的设计与制作目录1系统功能介绍12设计任务与要求13系统硬件设计13.1系统总体设计框图13.2寻线模块(ST188)23.3电机控制模块33.4单片机最小模块43.5数码管显示模块54系统软件实现64.1设计思路64.2软件程序流程图74.3程序代码见附录Ⅰ75调试结果76实验总结8附录Ι10附录Ⅱ18附录Ⅲ………………………………………………………………19巡线

2、避障机器人的设计与制作1系统功能介绍本设计以单片机作为控制核心，电路分为最小系统模块，黑线检测模块，电机驱动模块，数码管显示模块。黑线检测模块采用反射式关电传感器st188，并且接相应的三级管来规划传感器的输出，当输出高电平为正常情况。电机为伺服电机，给定脉宽为1.5ms的信号电机保持不动，给定脉宽为1.7ms的信号电机正向转到给定脉宽为1.3ms的信号电机逆向转到。数码管动态显示机器人行进过程所用的时间。2设计任务与要求u熟悉51系列单片机的原理及应用。u掌握ST188设计电路和传感器的使用。u掌握直流电机的驱动方法。u掌握动态数码管显示的方法。u设计机器人的

3、硬件电路及软件程序。u制作机器人的硬件电路，并调试软件，最后实现机器人的自动测量黑线。3系统硬件设计3.1系统总体设计框图该系统中51单片机作为主微控芯片，其外多个I/O口作为通用I/O口接受传感器的信号并输出相应的控制信号。系统硬件总体设计框图如下图3.1-1所示。19巡线避障机器人的设计与制作图3.1-1系统硬件总体设计框图3.2寻线模块(ST188)该系统中的寻线模块我们采用的是ST188传感器。ST188是一个无限红外模块，它有一个发射管（白色）和一个接收管（黑色），一般情况下接收管能收到发射管发送的红外光，但当遇到吸光介质（如黑色物体）时接收管便不能收

4、到发射管的红外光。由于这种现象，加上合适的硬件电路（如图3.2-1），我们可以引出一条信号线，当一切正常时，信号线处于一种状态，但当遇到吸光介质时信号线便处于另一种状态，利用这种不同状态的差异我们便可以通过微控制器来实现机器人的寻线行驶。ST188详细资料见附录Ⅱ下图3.2-1是该系统中我们的ST188外接硬件电路图：图3.2-1寻线模块电路图19巡线避障机器人的设计与制作图中R1为发射管的限流电阻，若R1阻值过大，则发射管功率会大幅降低，所以其阻值在50-200欧之间。R4为发光二极管的保护电阻。R2，R3，RV1为起分流的作用，其阻值可根据情况而定。其工作原

5、理是通过R2，R3，RV1来确定输出信号的门限值，当发射管Ｅ端Ｖ高于RV1上的压降时，由于运放的饱和特性，输出低电压0V：当V低于RV1上的电压时，输出电压为5V。图中的通过发光二极管指示是否有信号输出。实际硬件中我们可以通过调节滑动变阻器的R5电阻值来选取理想的反射距离，从而提高ST188传感器的灵敏度。本设计中我们利用ST188来控制机器人寻线。由以上叙述可知，为使机器人寻线稳定，最好选择差异较大的环境，例如在白地板上贴上黑线，可使ST188寻线模块工作更加灵敏稳定。3.3电机控制模块本次实验采用的伺服电机的工作模式如下所示：通过I/O口给电机的信号输入如图

6、3.3-1所示的信号电机保持静止，这个信号称为电机的零标定信号，这个指令由时间间隔为20ms脉宽为1.5ms的一系列脉冲组成。图3.3-1电机控制信号（静止状态）通过I/O口给电机的信号输入如图3.3-2所示的信号电机将全速逆时针旋转，这个指令由时间间隔为20ms脉宽为1.3ms的一系列脉冲组成。19巡线避障机器人的设计与制作图3.3-2电机控制信号（逆时针旋转状态）通过I/O口给电机的信号输入如图3.3-3所示的信号电机将全速逆时针旋转，这个指令由时间间隔为20ms脉宽为1.7ms的一系列脉冲组成。图3.3-3电机控制信号（顺时针旋转状态）3.4电机驱动模块电

7、机驱动芯片L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其引脚排列如图1中U4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。L298可驱动2个电机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。也利用单片机产生PWM信号接到ENA，ENB端子，对电机的转速进行调节。L298N的逻辑功能：

8、表1SHARPGP2D1