毕业设计（论文）：循迹机器人设计

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1、循迹机器人设计目录课程设计（论文）任务书..........................................................Ⅰ课程设计（论文）成绩评定表......................................................Ⅲ中文摘要.......................................................................VI1设计任务描述11.1设计题目11.2设计要求11.2.1设计目的11.3基本要求12设计思路23软件流程图34

2、各部分模块设计和选取44.1机械结构方案设计44.1.1车模结构特点44.1.2车模转向舵机机械结构的设计54.1.3电路板64.2视频信号采集方案64.2．1采集分析64.2.2采集时序74.2.3中断分析85硬件电路系统设计与实现105.1硬件电路设计方案105.2硬件电路的实现105.2.1以S12为核心的单片机最小系统105.2.2主板115.2.3电机驱动电路135.2.4摄像头135.2.5速度传感器136循迹小车软件设计156.1路径识别与自适应阈值计算156.2抗干扰处理156.3算法实现166.3.1偏航距离的计算166.3.2偏航角度

3、的计算166.3.3曲率的计算166.4速度PID算法167模型车的主要技术参数188元器件清单19小结20致谢21参考文献22附录A软件流程图2315循迹机器人设计1设计任务描述1.1设计题目循迹机器人设计1.2设计要求1.2.1设计目的1）了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。   2）初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于机器人的设计中。 3）通过学习，具体掌握循迹机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的循迹任务。1.3基本要求1）要求设计一个能循迹(白底黑线或黑底白线，线宽25

4、mm)的机器人；2）要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。3）要有循迹的策略（软件流程图）。15循迹机器人设计2设计思路根据此次课程设计的要求，我们选择以16位微控制器MC9S12DG128B单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制，介绍了机器人的行走机构、控制系统、传感器类型的选择及排列布局，并根据软件系统的特点简要的用流程图叙述了小车的软件设计。最终使小车达到智能循迹的功能。根据以上系统方案设计，循迹小车共包括七大模块：MC9S12DG128B主控模块、传感器模块、电源模块、电机驱动模块、速度检测模块辅助调试模块。各模块的

5、作用如下：MC9S12DG128B主控模块，作为整个智能车的“大脑”，将采集光电传感器、光电编码器等传感器的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机和伺服电机完成对智能车的控制。传感器模块，是智能车的“眼睛”，可以通过一定的前瞻性，提前感知前方的通道信息，为智能车的“大脑”做出决策提供必要的依据和充足的反应时间。电源模块，为整个系统提供合适而又稳定的电源。电机驱动模块，驱动直流电机和伺服电机完成智能车的加减速控制和转向控制。速度检测模块，检测反馈智能车后轮的转速，用于速度的闭环控制。辅助调试模块，主要用于智能车系统的功能调试、赛车状态监控等方面。通过

6、对这些模块功能介绍，结合我们在课上对机器人各项知识的了解，我们便可以将小车的大概思路整理出来，具体内容我们在后面的部分都会有相应说明。15循迹机器人设计3软件流程图、程序初始化模块开始主控制模块入口路况信息采集处理模块采集图像快到弯道？第一圈？ＹＮＹＮCMOS摄像头12个光电传感器出发键按下数据处理转向控制和速度控制速度PID控制舵机PI控制采集保存数据舵机P2控制第二圈？记忆中的S型ＮＮＹＹ15循迹机器人设计图3-11软件程序流程图4各部分模块设计和选取智能车系统主要包括以下模块：S12单片机模块、驱动电机、舵机、转速反馈和CCD视频采集模块。整体结构

7、框图如图4.1所示。MC9S12DG128驱动电机舵机模块转速反馈视频采集模块图4.1智能车系统功能模块图以MC9S12DG128为核心，设计寻线方案并尽可能的提高车速，是我这次课程设计课题的关键。传统的寻线方案是使用“线型检测阵列”的红外传感器，这种方案实现简单，稳定性高，但只能获取有限的点信息，限制了更高级算法的应用，也限制了小车速度的进一步提高。而摄像头获取的信息是面信息，不仅能获得当前小车的偏移量，而且能判断前方通道路面信息，为应用高级的控制算法提供了基础。摄像头所能探测的路线信息远多于“线型检测阵列”探测到的，而且摄像头也有足够远的探测距离以方

8、便对前方路况进行预判。另外一方面16位单片机MC9S12的运算速度和自身A/D端