第四界西門子傳動杯電子競賽

1、第四屆西門子傳動杯電子競賽 參賽題目：灑水機器人 2013-3-23 目 錄1 摘要32 方案比較與選擇4 2.1創(chuàng)作動機4 2.2 創(chuàng)作價值4 2.3 方案比較43 硬件部分54 軟件部分65元件清單76 參考文獻81摘要：智能機器人是一種能夠通過編程手段完成特定任務的小型化機器人，它具有制作成本低廉，電路結構簡單，程序調試方便等優(yōu)點。由于具有很強的趣味性，智能機器人深受廣大機器人愛好者以及高校學生的喜愛。本論文介紹的是具有自動避障功能的智能機器人的設計與制作（以下簡稱智能機器人），論文對智能機器人的方案選擇，設計思路，以及軟硬件的功能和工作原理進行了詳細的分析和論述。經(jīng)實踐驗收測試，該智能

2、機器人的電路結構簡單，調試方便，系統(tǒng)反映快速、靈活，設計方案正確、可行，各項指標穩(wěn)定、可靠。關鍵詞： 智能機器人；自動避障 ；測溫2方案比較與選擇創(chuàng)作動機：智能作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預先設定的模式在一個環(huán)境里自動的運作，不需要人為的管理，可應用于科學勘探等等的用途。本設計結構簡單，較容易實現(xiàn)，但具有高度的智能化、人性化，一定程度體現(xiàn)了智能。創(chuàng)作價值：直流電機PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括：實現(xiàn)對直流電機的加速、減速，并且可以調整電機的轉速，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。主體電路：即直流電機 PWM 控制模塊。這部分電路主要由 AT89S52 單片機 的 I/O 端口、定

3、時計數(shù)器、外部中斷擴展等控制直流電機的加速、減速以及轉彎，并且可以調整電機的轉速，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。 其間是通過 AT89S52 單片機產(chǎn)生脈寬可調的脈沖信號并輸入到 L298 驅動芯片來 控制直流電機工作的。該直流電機 PWM 控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：設計控制部分： 主要由 AT89S52 單片機的外部中斷擴展電路組成。直流電機PWM控制實現(xiàn)部分主要由電機和 L298 直流電機驅動模塊組成。設計顯示部分：LCD 數(shù)碼顯示部分，實現(xiàn)對超聲波測的距離的實時顯示。方案比較應用場合：智能小車是一種能夠通過編程手段完成特定任務的小型化機器人，它具有制作成本低廉，電路結構簡單，程序調試

4、方便等優(yōu)點。由于具有很強的趣味性，智能小車深受廣大機器人愛好者以及高校學生的喜愛。同時在玩具的應用上深受小朋友的青睞。車速的控制 車速調節(jié)的方法有兩種：一是用步進電機代替小車上原有的直流電機;二是在原有直流電機的基礎上，采用PWM調速法進行調速。考慮到機械裝置不便于修改等因素，這里選擇后者，利用單片機輸出端輸出高電平的脈寬及其占空比的大小來控制電機的轉速，從而控制小車的速度。經(jīng)過多次試驗，最終確定合適的脈寬和占空比，基本能保證小車在所需要的速度范圍內平穩(wěn)前行。3硬件部分原理圖3硬件部分原理圖3硬件部分原理圖3硬件部分 原理圖原理說明本設計題目為智能避障小車設計，主要研究小車的避障功能，小車遇到

5、障礙物時，當距離障礙物大于40cm，PWM信號自增，驅動電機加速，小車加速前進，當小于30cm時，PWM信號自減，驅動電機減速，小車減速前進，并且小車采取相應的避障措施。這里探測裝置必不可少，因為超聲波在距離檢測方面的較準確定位。所以采用超聲波傳感器作為探測裝置，由于超聲波遇到障礙物時發(fā)生像光一樣的反射和散射，在經(jīng)過多次發(fā)射之后再回到超聲波檢測端口會產(chǎn)生較嚴重的路程差，從而影響對距離的檢測進而影響對障礙物的較準確定位。通過軟件內部校準優(yōu)化消除外部物理條件造成的誤差從而達到對障礙物的較準確定位。4軟件部分二程序結構 結構圖 程序結構說明本設計系統(tǒng)軟件采用模塊化結構，由主程序定時子程序、電機驅動子

6、程序中斷子程序、顯示子程序調速子程序算法子程序構成。主程序流程圖如圖2所示。其中：避障中斷服務子程序完成對超聲波探測器產(chǎn)生的外部中斷進行處理，如果超出預定的危險距離就左轉進行避障。遙控中斷服務子程序完成對遙控信號產(chǎn)生的外部中斷進行處理，對不同的遙控信號產(chǎn)生相應的控制信號。在定時中斷服務子程序，完成定時與里程的計算。 采用紅外傳感器進行測速。但無論是反射式紅外傳感器還是對射式紅外傳感器，他們對都對外圍環(huán)境要求較高，易受外部環(huán)境的影響，穩(wěn)定性不高，且價格較為昂貴。 紅外測障傳感器：紅外測障傳感器利用紅外線遇到障礙物會反射的原理，來檢測某一方向上是否有障礙物的存在。 紅外測距傳感器：紅外測距傳感器利

7、用紅外信號遇到障礙物距離的不同反射的強度也不同的原理，進行障礙物遠近的檢測。紅外測距傳感器具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號。傳感器部分：機器人用來讀取各種外部信號的傳感器，以及控制機器人行動的各種開關。好比人的眼睛、耳朵等感覺器官?？刂破鞑糠郑航邮諅鞲衅鞑糠謧鬟f過來的信號，并根據(jù)事前寫入的決策系統(tǒng)（軟件程序），來決定機器人對外部信號的反應，將控制信號發(fā)給執(zhí)行器部分。好比人的大腦。 執(zhí)行器部分：驅動機器人做出各種行為，包括發(fā)出各種信號（點亮發(fā)光二極管、發(fā)出聲音）的部分，并且可以根據(jù)控制器部分的信號調整自己的狀態(tài)。對機器人小車來說，最基本的就是輪子。這部分就好比人的四肢一樣。5元件清單元件數(shù)量元件數(shù)量霍爾元件A44E1個排阻5101個鐵片感應器TL-Q5MC1個74ls002個1602LCD1個16位排線1條小車1個排針若干小磁鐵片4片電阻若