機器人實驗報告

1、江西理工大學軟件學院實驗報告課程：滅火機器人設(shè)計班級：軟件嵌入 131 班 學號：第一章引言1.1課題背景隨著社會的進步，機器人技術(shù)的不斷發(fā)展使得機器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，從以往多 應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域而漸漸融入人們的生活。滅火機器人作為消防部隊中的新興力量，加入了 搶險救災(zāi)的行列。滅火機器人是一個集信號檢測、傳輸、處理和控制于一體的控制系統(tǒng), 代表了智能機器人系統(tǒng)的發(fā)展方向。1.2實現(xiàn)功能制造一個自主控制的機器人在一間平面結(jié)構(gòu)房子模型里運動，找到一根蠟燭并盡快將 它熄滅，這個工作受地面摩擦、機器人慣性、機器人電機的轉(zhuǎn)數(shù)差、齒輪箱與輪子的摩 擦、電壓變化等多個因素影響，它模擬了現(xiàn)實家庭中機器人處理火

2、警的過程，蠟燭代表家 里燃起的火源，機器人必須找到并熄滅它。1.3模擬房子介紹模擬房子平面圖單位：mm圖1.1滅火機器人比賽場地（國際賽制）比賽場地的墻壁33cm高，由木頭做成。墻壁刷成白色。比賽場地的地板將是被漆成黑 色的光滑木制表面。在所有的房間和走廊的地板上，可能會鋪有小地毯，不會有粗毛地 毯。場地中所有的走廊和門口寬都是46cn。門口并沒有門，而是一個46cm的開口，將會有一個白色的2.5cm寬的白色帶子或白漆印跡表示房間入口。第二章系統(tǒng)整體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計本次設(shè)計的目的是設(shè)計一個在規(guī)定區(qū)域能自主搜索火源并實施滅火的智能機器人小車，本次設(shè)計使用的主控芯片使用了STC89C52

3、單片機，所以設(shè)計重點在傳感器和電機驅(qū)動上。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖2.1 :圖2.1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計方案是以上述硬件電路為基礎(chǔ)的，包括電機控制模塊、傳感器模塊的程序設(shè)Keil C51編譯器的集成編譯環(huán)境。計與實現(xiàn)。程序設(shè)計采用 C語言編寫，編程環(huán)境是集成滅火機器人設(shè)計的軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2所示。圖22系統(tǒng)軟件設(shè)計框圖第三章硬件設(shè)計3.1電源管理模塊電源是任何一個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提條件，為了使機器人運行穩(wěn)定，單片機和電機的 供電系統(tǒng)采用獨立供電的方法。3.1.1 穩(wěn)壓芯片 LM7805CV LM7812CVLM7805CV勺技術(shù)指標如下表:表3-1 穩(wěn)壓芯片7805參

4、數(shù)EJcetrleuL Churucteristics (LMTWUSJI I Iq-OCiiiAx O'C i.Ti3t 12 5uil 叱w ullwjg lsc 沖uc鶯5忙 J )Sj iinlHrnllMl 11*lA PMW1 -S III 1J.H5.05 2VEdr巴 R-guEli-Li-nAV.,a- - V to 25V T. 7i ysionj-Xh to 12V r -2?匸匚1Sf>IjOuJ. R-±»jllLiLk>tlAVohl irtL g L .5 A. 25 =C13ionITiVIcT- 2SmiX.X U>

5、; -Jthlfl, 2S -C55ciHi ppi C R-QJIOLtrOnRRV.->JVto IrtV, f-i2Ollz-HdnKLUpLh4 rxToi* J WJl ky uVsr- 101 If lOOltz T. -2i 3匸JOIOi l hj>iMir1'C7 flQuriT r iirrc-ifir-25 yJ ?RniiAruxtctiT Current ChangeV.B 7' Ni 2 5V* T. 9 廠=廠1.3nAB SniA bt lA T,B 25 =r0.5LM7812CV勺技術(shù)指標如下表:表3-2 穩(wěn)壓芯片7812參數(shù)El

6、ectHcmI Charactertstic!* (LM7RI 20° 匚unless otherwise specified. K Note I)Viiin m(2tcrSi mbo 1ConditionsTYPMAXVMTQuTpuT S'oICAgCg1 - ； 'C11.501212.5打1 ii 則 Kccui'arrftrtV,H 1 ；.5V UT JOY T,b25 =CmmV6V n)：2'3.0120Ld A J R.0好ulAliuriaSIo* JMiA LU 12312IW-lo> 2SOLtL- g254Rippie

7、艮KRV,* !5V lo 2555dUOulpuL鮎0居吐"V cd 粧色vF- 14Hz IO tCMMti 1 - 3i巧pVUropuLi r -25 '匸2 0Qui±±cetit Curreiat-25 =C1.3H.OQuL-e&cfiit Liipreiil CFiAng.dA toVj- 14 SV IO 3&V. Ti- 25 =C.U111Aio 3mA to 1 A, r. - Z5 0匸0-J3.1.2電源模塊電路原理圖由于單片機及所有的傳感器系統(tǒng)供電采用的是5V的電源，而車體要良好的運行電機的7805CV和 78

8、12C乂供電電壓應(yīng)該達到12V,所以在電源的處理上采用了穩(wěn)壓芯片I gu1J<'111J.111=!+ =|-1 - J+n1 1II1 uI:圖3.1電源部分電路圖3.2電機驅(qū)動芯片 L298NL298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含 4通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅(qū)動46V、2A以下的電機。其引腳排列如圖1中U4所示，1腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電機，OUT1 OUT2和OUT3PWMt號接到 ENA ENB端0UT4之間分別接2個

9、電動機。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn),ENA ENB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。也利用單片機產(chǎn)生 子，對電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。3.2.1 L298N的邏輯功能:表 3-3 SHARP GP2D12 實物圖EiTACDjliTl 1X113I陌 CliBt)電機運行"is況rtKL正特LHJt同IHZ ClH-t)同HHl CZiT3)俠速停止LXK停止322外形及封裝:10OjTfJI -IulXJiaLMAfiL-L H夕riLHTiwwttlSn7ir*l ALOl'ILLPF IL T g Tmj 上CHIIhPVJT ?lhad_£

10、ik.I2jE ¥gLF*ar wC-qjlil-KM 7vrajT 1圖3.2 L298N 實物圖3.2.3 L298N電路原理圖:由于一片L298N可以直接驅(qū)動兩個電機，但是為了加大驅(qū)動力，我們采用兩路并聯(lián)的 方式來驅(qū)動電機。圖 3.3 L298N電路圖3.3避障檢測傳感器HS00383.3.1 HS0038 簡介:PIN二極管和前置上組裝引線框HS0038B -系列微型接收機紅外遙控器控制系統(tǒng)。HS0038B是 標架，環(huán)氧包被設(shè)計成紅外過濾器。該解調(diào)輸出信號可直接解碼的微處理器。準的紅外遙控接收器系列，支持所有主要傳輸代碼。3.3.2 HS0038 特點:1、光檢測器和放大器一

11、體封裝2、內(nèi)部可集成PCM頻率過濾器3、與TTL和CMO電平兼容4、改進的屏蔽電場，抗干擾能力強333檢測原理:紅外發(fā)射管發(fā)射出經(jīng)過調(diào)制過的38KHZ的紅外光，當前方?jīng)]有障礙物時，接收器收不機器人可以感到紅外光，相反當前方有障礙物時，接受器可以收到紅外光。根據(jù)此原理, 知前方的路況從而決定是否前行。3.3.4 HS0038與單片機連接原理圖:2R5圖3.4 H0038電路圖HS0038內(nèi)部集成了紅外接收一一運放一一驗波電路一一帶通濾波（中心頻率）一一整形電 路一一驅(qū)動電路，通過加入38k的調(diào)制信號可使該電路抗干擾能力增強，減少了自然光的影響。其實在紅外發(fā)射和 VCC之間有一變位器，阻值為25歐

12、左右此圖沒標上.3.4地面灰度檢測傳感器ST1883.4.1 ST188 特點:1、采用高發(fā)射功率紅外二極管和高靈敏度光電晶體管組成。2、檢測距離可調(diào)整范圍大，4-13 mm可用。3、采用非接觸方式。342檢測原理:ST188是紅外收發(fā)一體的器件，發(fā)射管發(fā)射出紅外光線，接收管就可以根據(jù)接收的紅 外光線的強弱，感知地面的灰度。由于此模擬房間的地面被處理成為黑白兩種顏色，通過 比較器設(shè)置灰度的門限值，可以很方便的感知地面的顏色，從而做出相應(yīng)的決策。3.4.3應(yīng)用范圍:1、IC卡電度表脈沖數(shù)據(jù)采樣。2、集中抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。3、傳真機紙張檢測。4、地面灰度檢測，正反轉(zhuǎn)速測量、行程測量等。344外形尺

13、寸（單位mm：口口 a 口氏示國內(nèi)加11路示怠圖3.5 ST188實物圖Ptii t3.4.5 ST188 原理圖:sfL hUKJLQKrqKIKIALK圖3-6 ST188 電路圖（反楣輸入端）丫+14 13 13 11 10 9 81 2 345G 7+J圖 3-7 L324LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器， 除電源共用外，四組運放相互獨立。3.5火焰?zhèn)鞲衅髯闱虮荣悤r，用于確定足此傳感器本品可廣泛應(yīng)用于滅火機器人比賽中測量火焰值、球的方向。下圖為火焰?zhèn)鞲衅鲗嵨飯D。圖3.8火焰?zhèn)鞲衅鲗嵨飯D3.5.1火焰?zhèn)鞲衅魇?/p>

14、用此傳感器具有優(yōu)良的火焰探測性能，可根據(jù)可見光、紅外光強弱變化輸出電平的大+5V）、黃色線小。其輸出端口是一個四針的插頭，其中黑色線為地線、紅色線為電源線（ 為信號線，用于輸出測量的紅外光強度電平、棕色線為信號線，用于輸出可見光強度電 平。第四章 流程設(shè)計4.1 滅火機器人行進路線分析是不過臺階， 繞著 4 號當小車處于起點， 小車要開始搜索房間有兩種路徑可以選擇， 房間向外搜索。 二是直接過臺階，然后開始搜索。 顯然直接過臺階可以節(jié)省很多的時間，路 徑更短， 因為我們制作的小車為履帶結(jié)構(gòu)， 結(jié)合我們小車的特點和前面分析， 我們選擇過臺 階。過臺階后，小車處于 3 號和 4 號房間中間，由圖可知，沿著右走的方案比較好，因此我小車繼續(xù)按右手規(guī)則搜索們采用是右手規(guī)則，首先搜索的是 3 號房間，如圖中的紅色箭頭。當在 3 號房間發(fā)現(xiàn)火源 時，小車