能力風(fēng)暴-個人機(jī)器人用戶使用手冊(創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書)

能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書目錄第一章.第二章...第三章.............3.5.3.第四章.....3.歡迎進(jìn)入個人機(jī)器人時代.......................................................................1個人機(jī)器人時代.......................................................................................1在學(xué)校應(yīng)用能力風(fēng)暴個人機(jī)器人...........................................................1讓你的個人機(jī)器人動起來.......................................................................3打開包裝...................................................................................................3了解能力風(fēng)暴個人機(jī)器人.......................................................................3檢測能力風(fēng)暴...........................................................................................4連接能力風(fēng)暴...........................................................................................6使用JC編程環(huán)境....................................................................................7讓能力風(fēng)暴跳舞.......................................................................................9感覺、大腦與驅(qū)動器.............................................................................10個人機(jī)器人的三大要素.........................................................................10能力風(fēng)暴的傳感器及其處理電路.........................................................11碰撞傳感器.............................................................................................11紅外傳感器.............................................................................................13光敏傳感器.............................................................................................16麥克風(fēng).....................................................................................................19光電編碼器.............................................................................................20其他傳感器.............................................................................................23能力風(fēng)暴的計(jì)算機(jī)硬件.........................................................................24微控制器.................................................................................................25外部存儲器.............................................................................................28電源與復(fù)位電路.....................................................................................29通信.........................................................................................................30驅(qū)動器.....................................................................................................30電機(jī)驅(qū)動電路.........................................................................................30喇叭.........................................................................................................32硬件擴(kuò)展總線ASBUS...........................................................................33擴(kuò)展2個光敏傳感器.............................................................................33擴(kuò)展紅外接收傳感器.............................................................................34擴(kuò)展8個數(shù)字輸出口.............................................................................35編程——賦予能力風(fēng)暴智慧.................................................................36第一個JC程序，HELLOROBOT!..........................................................36控制你的能力風(fēng)暴.................................................................................36校正能力風(fēng)暴的電機(jī).............................................................................36走出規(guī)則軌跡.........................................................................................37讓能力風(fēng)暴獲得感知周圍環(huán)境的能力。.............................................38能力風(fēng)暴的基本程序結(jié)構(gòu).....................................................................38一個“臺球”程序.................................................................................38紅外和光敏的使用.................................................................................40i能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書...4.3.第五章.5.3.編碼器的使用.........................................................................................41能力風(fēng)暴的高級編程.............................................................................41第一個多進(jìn)程程序.................................................................................41添加一個新進(jìn)程.....................................................................................42JC進(jìn)程同步的基本方法.......................................................................45嘗試迷人的機(jī)器人項(xiàng)目，參加精彩的機(jī)器人比賽............................46機(jī)器人的行為控制.................................................................................46迷人的機(jī)器人項(xiàng)目.................................................................................48機(jī)器人比賽.............................................................................................49附錄1：能力風(fēng)暴庫函數(shù)...........................................................................................51附錄2：下載操作系統(tǒng)...............................................................................................53附錄3：能力風(fēng)暴控制板PCB布局圖...................................................................54附錄4：能力風(fēng)暴個人機(jī)器人性能指標(biāo)..................................................................54附錄5：能力風(fēng)暴常見問題列表...............................................................................55ii能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書第一章歡迎進(jìn)入個人機(jī)器人時代1.1.個人機(jī)器人時代感謝你購買能力風(fēng)暴個人機(jī)器人，你是全世界擁有個人機(jī)器人（PersonalRobot）的先驅(qū)，如同在1975年擁有一臺個人電腦(PersonalComputer)。能力風(fēng)暴是面向教育的個人機(jī)器人！作為革命性的能力培養(yǎng)開放平臺，能力風(fēng)暴個人機(jī)器人能用于培養(yǎng)動手能力、創(chuàng)造力、綜合能力、合作能力和進(jìn)取精神。借助于交互C語言和開放式接口，能力風(fēng)暴個人機(jī)器人還可以作為通用的綜合實(shí)驗(yàn)平臺。二十一世紀(jì)，個人機(jī)器人時代即將來臨！PC技術(shù)和Internet應(yīng)用的飛速發(fā)展，為個人機(jī)器人的存在和發(fā)展提供了廣闊的空間。機(jī)器人的核心——智能技術(shù)是技術(shù)領(lǐng)域的最后一個學(xué)術(shù)前沿，許多世界級的科學(xué)家在此探索研究。能力風(fēng)暴個人機(jī)器人將引導(dǎo)你進(jìn)入這個激動人心的前沿領(lǐng)域。通過親手裝配、實(shí)驗(yàn)、編程和實(shí)施機(jī)器人項(xiàng)目、參加機(jī)器人比賽，你將獲得發(fā)自內(nèi)心的快樂。面對新世紀(jì)的挑戰(zhàn)，你會忽然覺得，很自信很從容。掌握了能力風(fēng)暴個人機(jī)器人各方面的原理，你甚至可以設(shè)計(jì)出自己的獨(dú)特的機(jī)器人伙伴。歡迎你進(jìn)入個人機(jī)器人時代！愿能力風(fēng)暴個人機(jī)器人成為你心愛的伙伴。1.2.在學(xué)校應(yīng)用能力風(fēng)暴個人機(jī)器人能力風(fēng)暴個人機(jī)器人是最優(yōu)秀的科技類探索性課程及課外活動的教具，它融合了光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的高科技知識，集輔助教學(xué)和娛樂于一身。它具有三方面的特點(diǎn)：1．它提供強(qiáng)大的交互式C語言。該語言具有出色的交互式功能，便于學(xué)生學(xué)習(xí)。軟件高度開放，學(xué)生可以方便地在機(jī)器人上做發(fā)明創(chuàng)新。2．采用模塊化結(jié)構(gòu)。學(xué)生可以把它的各個部分分解組合，培養(yǎng)動手能力；各個模塊采用交互式語言來驅(qū)動，可以從中了解掌握光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等各個學(xué)科的知識。3．能力風(fēng)暴運(yùn)用開放式接口，達(dá)到了硬件的高度開放。你可以從各個方面擴(kuò)展增強(qiáng)它的功能，使它能夠完成許多極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)?；谝陨先c(diǎn)可知，能力風(fēng)暴的軟件硬件開放性，使學(xué)生的動手能力在娛樂中得以提高。又由于她是多種高科技的融合，學(xué)生的綜合能力也不容質(zhì)疑地得以提高。用能力風(fēng)暴可以完成電工、電子、單片機(jī)、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器、人工智能、C語言、數(shù)字信號處理、機(jī)器人學(xué)、機(jī)電控制等眾多課程的幾百個實(shí)驗(yàn)。模糊控制、行為控制、人工智能、機(jī)器人學(xué)、多生命體、導(dǎo)盲機(jī)器人、智能家用電器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等學(xué)科領(lǐng)域，在能力風(fēng)暴的實(shí)驗(yàn)中可以得到更好理解和掌握。這些1能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書對于富于活力的年輕人而言，正是培養(yǎng)創(chuàng)造力、合作能力、進(jìn)取精神的絕好機(jī)會。技術(shù)支持有問題請?jiān)L問http：//，其中有常見問題解答。需要進(jìn)一步的技術(shù)支持，請發(fā)Email：abilitystorms@。技術(shù)支持電話812。有任何好的建議和設(shè)想也請隨時告訴我們。我們的網(wǎng)站上有許多機(jī)器人方面的資源，請經(jīng)常訪問http：//。2能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書第二章讓你的個人機(jī)器人動起來本章描述了如何打開和連接能力風(fēng)暴，和有關(guān)能力風(fēng)暴的基本操作：●開機(jī)和關(guān)機(jī)●與電腦連接●下載應(yīng)用程序●運(yùn)行能力風(fēng)暴●能力風(fēng)暴的工作狀態(tài)2.1.打開包裝首先打開包裝，核對裝箱清單上的物品。下面是能力風(fēng)暴大學(xué)版（ASU）標(biāo)準(zhǔn)套件。其他版本可能與此略有不同。1.“能力風(fēng)暴”整機(jī)一臺（包括6V，1200mAh鎳氫電池一個）2.操作手冊一本3.JC1.0手冊一本4.JC1.0光盤一盒5.充電器一只6.串口線一根7.擴(kuò)展件一包（5套傳感器套件和一片ASDIY實(shí)驗(yàn)板卡）8.合格證、保修卡應(yīng)保存所有的包裝材料，以備將來裝運(yùn)能力風(fēng)暴。2.2.了解能力風(fēng)暴個人機(jī)器人拿出能力風(fēng)暴個人機(jī)器人，不要急于開機(jī)，先仔細(xì)觀察一下它的結(jié)構(gòu)。下面是介紹能力風(fēng)暴個人機(jī)器人的各個部件：3能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書圖2.1能力風(fēng)暴側(cè)視圖圖2.2能力風(fēng)暴俯視圖你已經(jīng)看到能力風(fēng)暴個人機(jī)器人是“麻雀雖小，五臟具全”。作為自主機(jī)器人所應(yīng)有的，它都具備。2.3.檢測能力風(fēng)暴新的能力風(fēng)暴在出廠時都已經(jīng)充過電，并且下載了自檢程序。在你沒有把能力風(fēng)暴和電腦連起來之前，你可以運(yùn)行自檢程序，看看能力風(fēng)暴各部分的功能。4能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書在能力風(fēng)暴個人機(jī)器人后部，有電源開關(guān)，充電插孔、復(fù)位鍵和串行通訊口，見圖2.3。其中開關(guān)是一個三態(tài)開關(guān)：“?！标P(guān)閉電源，“運(yùn)行”是運(yùn)行能力風(fēng)暴和下載用戶程序用，“下載”是在系統(tǒng)被破壞后恢復(fù)操作系統(tǒng)用。圖2.3能力風(fēng)暴后視圖首先把電源開關(guān)拔向運(yùn)行位，會聽到“嘟”一聲，液晶顯示器上顯示出“JCV1.0GrandarAbilitystorms”和“AS-UPersonalRobotselftest”。同時右下角有太極圖在跳，表示能力風(fēng)暴個人機(jī)器人的系統(tǒng)運(yùn)行正常。按Reset鍵運(yùn)行自檢程序，內(nèi)容如下。一項(xiàng)內(nèi)容自檢完成后，再按Reset鍵，將進(jìn)行下一項(xiàng)檢測內(nèi)容。1．LCD液晶顯示器顯示是否正常？YesNo2．喇叭是否正常，聲音是否清晰響亮？YesNo放的是一首名曲，什么名字________________3．光敏傳感器是否正常？YesNo擋一下左邊光敏傳感器，左邊光敏傳感器的值會上升、越暗、值越大。[>>>>>photoL210R172表示右邊的光線強(qiáng)。4．紅外傳感器是否正常？YesNo把手放在紅外傳感器左前方，LCD上顯示<<<<IRTest表示紅外傳感器左前方有障礙。5．麥克風(fēng)是否正常？YesNo對著LCD液晶顯示器左上方的麥克風(fēng)圓孔的地方說話，看LCD上的是否增加。6．碰撞傳感器是否正常？YesNo機(jī)器人下部的圓環(huán)是碰撞環(huán)。按碰撞環(huán)左前方，LCD上顯示FrontLeft；按右前方，LCD顯示FrontRight；按左后方，顯示BackLeft，按右后方，顯示BackRight；按正前方，前左前右兩個碰撞開關(guān)將同時閉合，LCD上顯示Front。7．光電編碼器是否正常？YesNo轉(zhuǎn)動右輪，注意輪胎上的標(biāo)記，使右輪正好轉(zhuǎn)一圈，LCD上右編碼器的計(jì)數(shù)值應(yīng)大致增加33。能力風(fēng)暴的光電編碼器的分辨率為33脈沖/轉(zhuǎn)，即10.9度。8．檢測直流電機(jī)是否正常？YesNoLCD上顯示的信息為：光電編碼器累計(jì)計(jì)數(shù)值和瞬時電機(jī)轉(zhuǎn)速。Motor45L100Test40R1005能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書可用此檢測左右電機(jī)的轉(zhuǎn)速差異。通過以上8項(xiàng)檢測，你可以了解能力風(fēng)暴各部分的狀態(tài)。如果你拿到的能力風(fēng)暴已經(jīng)被使用過，可能內(nèi)存里已經(jīng)沒有了自檢程序。請參見后面使用JC一節(jié)，下載自檢程序libs\ASU_selftest.lis。2.4.連接能力風(fēng)暴除了運(yùn)行能力風(fēng)暴的情況外，很多情況下能力風(fēng)暴個人機(jī)器人是要和計(jì)算機(jī)連接以后使用的。連接能力風(fēng)暴是一項(xiàng)基本操作。下面是連接的標(biāo)準(zhǔn)步驟。1.取出串口連接線。一頭接能力風(fēng)暴的通訊插口，另一頭接PC機(jī)箱后的9針串口。如果你的電腦后面沒有空余9針串口，請咨詢電腦維護(hù)人員。（可以把暫時不用的設(shè)備移開，騰出一個串口。）圖2.4能力風(fēng)暴<------------------->PC機(jī)2．打開能力風(fēng)暴，開關(guān)撥到“運(yùn)行”位。如果能力風(fēng)暴開機(jī)就運(yùn)動，注意不要讓它從高處摔下來。請把它托在手上。3．開機(jī)后液晶屏?xí)@示右邊的文字：如果下載了其他程序，顯示的文字可能會不一樣，但在右下側(cè)都會有微微跳動的小太極圖案，表示系統(tǒng)正常。如果液晶屏是空白的，檢查電池是否有電，圖2.5能力風(fēng)暴液晶正常顯示接觸是否良好，請充電或更換電池。如果沒有小太極圖或者小太極圖不跳動，說明操作系統(tǒng)沒有正常運(yùn)行，按復(fù)位鍵重啟系統(tǒng)。如果系統(tǒng)還不能正常運(yùn)行，參見附錄問題解答和下載操作系統(tǒng)方法。4．運(yùn)行JC（如果還沒有安裝，請現(xiàn)在用光盤安裝）。如JC窗口里出現(xiàn)“連接并刷新能力風(fēng)暴”表明能力風(fēng)暴已經(jīng)連接成功。OK！你可以在交互式命令行輸入語句或下載用戶程序。否則轉(zhuǎn)到下一步。6能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書5．如果出現(xiàn)下圖“能力風(fēng)暴沒有響應(yīng)”對話框，選擇“是”。圖2.6JC對話框一6．出現(xiàn)下面的對話窗口，請檢查串口設(shè)置。通常是在電腦COM1和COM2中選擇一個，按“檢測”鈕測試能力風(fēng)暴連接狀態(tài)。如果還無法連接，參見附錄問題解答。圖2.7JC對話框二要使能力風(fēng)暴與電腦正常連接，兩者必須都運(yùn)行正常，而且串口連接線也要接觸良好。2.5.使用JC編程環(huán)境交互式C語言（簡稱JC）是用于能力風(fēng)暴個人機(jī)器人的專用開發(fā)系統(tǒng)。JC1.0運(yùn)行在Windows95/98和WindowsNT4.0以上版本的操作系統(tǒng)上。如果還沒有安裝JC，請現(xiàn)在安裝。放入能力風(fēng)暴配套光盤，Windows95將自動安裝JC1.0。當(dāng)能力風(fēng)暴和電腦連接成功后，JC已經(jīng)正常運(yùn)行了。JC1.0主界面見下圖。圖2.8JC1.0窗口7能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書交互式命令行：C語言表達(dá)式、函數(shù)調(diào)用和JC命令都可以在交互式命令行輸入。例，要計(jì)算算術(shù)表達(dá)式1+2的值，你可以鍵入：1+2表達(dá)式鍵入后，JC先在電腦上編譯它，然后通過串口傳給能力風(fēng)暴操作系統(tǒng)。能力風(fēng)暴計(jì)算后返回結(jié)果“3”，顯示在電腦上的JC交互式窗口里。也可以在命令行輸入函數(shù)直接驅(qū)動能力風(fēng)暴機(jī)器人。例，鍵入：beep()能力風(fēng)暴將發(fā)出“嘟”的一聲。編輯程序：如果要編寫自己的JC程序，請選菜單上“文件”——“新建”，然后在新建的窗口里編寫程序?？梢赃x菜單上“文件”——“打開”，來查看以前保存的JC程序（在JC1.0的samples目錄下有一些演示程序）。下載程序：寫好的應(yīng)用程序必須下載到能力風(fēng)暴個人機(jī)器人上運(yùn)行?？梢赃x擇菜單上“下載”——“下載當(dāng)前程序”來下載當(dāng)前窗口里的應(yīng)用程序。JC會在交互式窗口里顯示你的應(yīng)用程序的編譯下載的過程。如果編譯下載都正確，JC會在最后一行顯示“#完成”，表明下載成功。下載過程中，你可以看到控制板前面的黃色LED在閃動，表示數(shù)據(jù)在傳送。調(diào)試程序：你編寫的JC程序有可能會有語法錯誤，那么JC編譯就不會通過，也不能下載。JC會在交互式窗口里顯示程序的語法錯誤，提示錯誤可能在程序的第幾行（用括號注明），并提示可能的錯誤原因。請回到原程序窗口（可以在菜單“窗口”里找到你的程序窗口），修改有關(guān)錯誤，再次編譯下載，直到?jīng)]有編譯錯誤下載成功為止。工具欄有菜單命令的按鈕，可以加快調(diào)試過程。下圖中“跳轉(zhuǎn)”按鈕能直接跳到指定錯誤行，“下載當(dāng)前程序”按鈕等同菜單命令。圖2.9JC工具欄重新連接：如果能力風(fēng)暴機(jī)器人前面已經(jīng)下載過一個應(yīng)用程序，現(xiàn)在要下載另外一個程序，兩個不同程序可能會發(fā)生沖突，第二個程序不允許下載。解決這個問題的最簡便的方法是先退出JC編程環(huán)境，然后再運(yùn)行JC，使JC重新連接能力風(fēng)暴。由于JC每次連接能力風(fēng)暴都會自動刷新能力風(fēng)暴個人機(jī)器人的內(nèi)存，清掉原來的應(yīng)用程序，這時你就可以下載第二個程序了。注意：大部分JC的功能都要在正常連接能力風(fēng)暴后才能使用。JC的詳細(xì)操作方法請參見JC手冊或直接查詢JC的幫助。8能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書2.6.讓能力風(fēng)暴跳舞JC1.0提供了一些有趣的能力風(fēng)暴例程，它們都在“samples”目錄下。下面我們就讓能力風(fēng)暴跳一個三步舞?！襁B接好能力風(fēng)暴；●用菜單“文件”→“打開”→打開JC10/samples/dance.c文件；讀一下dance.c,主要是跳三步舞的動作和聲音序列；●按“下載”→“下載當(dāng)前程序”。JC首先編譯所有文件，然后下載程序至控制板；●把能力風(fēng)暴個人機(jī)器人放在地上，按一下“復(fù)位”鍵，他就開始跳起優(yōu)雅的華爾茲！你會發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在你的能力風(fēng)暴不會避障。這是因?yàn)樗枰愀倪M(jìn)他的程序，不斷增強(qiáng)他的能力，做到一邊跳舞，一邊避障！運(yùn)行能力風(fēng)暴：用戶程序下載后，按下能力風(fēng)暴的“復(fù)位”鍵就能立即運(yùn)行。也可以先關(guān)機(jī)，拔掉串口線，帶到其他場地，開機(jī)就能運(yùn)行原來下載的程序。能力風(fēng)暴的工作狀態(tài)：取決于電源開關(guān)的位置。9能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書第三章感覺、大腦與驅(qū)動器3.1.個人機(jī)器人的三大要素人對周圍環(huán)境的反應(yīng)過程主要是感覺→大腦思考→作出反映，機(jī)器人的信息處理流程也是如此。能力風(fēng)暴個人機(jī)器人的配有5種十幾個傳感器，另外還可以根據(jù)需要擴(kuò)展其他傳感器，對環(huán)境的感知能力很強(qiáng)。感知環(huán)境的能力是產(chǎn)生智能行為的前提，因此能力風(fēng)暴能產(chǎn)生許多智能性行為。能力風(fēng)暴通過微控制器（microcontroller）來思維。我們采用的是8位單片機(jī)中功能最強(qiáng)、集成功能最全的機(jī)種之一。它的可靠性很高，有程序自下載功能。能力風(fēng)暴連上串口線就可自主下載程序，計(jì)算機(jī)硬件決定了機(jī)器的極限潛能，去開發(fā)這種潛能是軟件的工作。我們?yōu)橛脩籼峁┝私换ナ紺語言，它使開發(fā)能力風(fēng)暴的高層行為充滿了樂趣。有的低層的驅(qū)動軟件與硬件相關(guān)太緊密或?qū)崟r要求很高，需要用匯編語言來處理。能力風(fēng)暴個人機(jī)器人的執(zhí)行器有：二只高性能直流電機(jī)；一只喇叭；一只2*16字符的液晶顯示器。圖3．1能力風(fēng)暴個人機(jī)器人的大腦結(jié)構(gòu)10能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書3.2.能力風(fēng)暴的傳感器及其處理電路3.2.1.碰撞傳感器碰撞傳感器是使能力風(fēng)暴個人機(jī)器人有感知碰撞環(huán)上的碰撞信息能力的傳感器。在能力風(fēng)暴個人機(jī)器人的左前、右前、左后、右后設(shè)置有四個碰撞開關(guān)（常開），它們與碰撞環(huán)共同構(gòu)成了碰撞傳感器(見圖3.2)。碰撞環(huán)與底盤柔性連接，在受力后與底盤產(chǎn)生相對位移，觸發(fā)固連在底盤上相應(yīng)的碰撞開關(guān)，使之閉合。我們把來自四周的碰撞分為八個方向(見圖3.3)。圖3.2碰撞開關(guān)及碰撞環(huán)圖3.3碰撞傳感器方位應(yīng)用在JC中，碰撞傳感器的庫函數(shù)是bumper()，在程序運(yùn)行過程中此庫函數(shù)僅在被調(diào)用到時執(zhí)行一次，即采集數(shù)據(jù)一次。在JC對話窗口中輸入如下程序塊：{while(1){printf("bump=%b\n",bumper());sleep(0.1);}}按回車，JC能立即編譯這一段程序并下載運(yùn)行，LCD上顯示：11能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書bump=0000（表示此時沒有碰撞）（JC的這種交互式能力特別便于調(diào)試、測試和學(xué)習(xí)）按左前碰撞環(huán)，LCD上顯示：bump=0010。在其他方向施加碰撞，顯示的值將不同。四個基本方向發(fā)生碰撞時返回值（二進(jìn)制）對應(yīng)關(guān)系如下：左前右前左后右后0010000110000100四個派生方向發(fā)生碰撞時返回值可經(jīng)過計(jì)算得到，如前方有碰撞時返回值為旁邊兩個方向的返回值相加：0b0010（左前）＋0b0001（右前）＝0b0011（前），前方即是0011（“0b”是C語言中說明二進(jìn)制常數(shù)的前綴）。其他三個方向同理可得，分別是：前后左右0011110010100101安裝以下是碰撞傳感器的接線圖左后右后左前右前圖3.4碰撞傳感器的接線圖用戶在使用時只需將碰撞開關(guān)的組合插針以正確的方向插入相應(yīng)的位置即可。圖3.5碰撞傳感器的插針位置圖原理到此，碰撞傳感器已經(jīng)能夠被用戶直接使用。但是，對應(yīng)于每一個方向的碰撞，用戶是怎樣得到一個二進(jìn)制數(shù)值的呢？在能力風(fēng)暴個人機(jī)器人里，四個碰撞開關(guān)接在一個電阻網(wǎng)絡(luò)里，通過采集模擬口PE3上電壓值的變化，來識別出哪個或哪些碰撞開關(guān)閉合，從而判斷出哪個12能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書方向有碰撞。同樣，在JC對話窗口中輸入如下程序塊：{while(1){printf("pe3=%d\n",analog(3));sleep(0.1);}}按回車，JC能立即編譯這一段程序并下載運(yùn)行，LCD上顯示：pe3=1(表示此時無碰撞)碰撞一下各個方向，pe3返回值各不相同，這些值是pe3上電壓值通過模數(shù)轉(zhuǎn)換（模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量）得到的結(jié)果。它們不直觀，也不方便記憶。對此在庫函數(shù)中進(jìn)行了變換，將模擬口上采得的電壓值變?yōu)橹庇^表示各個方位的四位二進(jìn)制數(shù)（參看JC10/libs/lib_ASU.c中的子程序intbumper()），這樣就得到了在應(yīng)用中的對應(yīng)關(guān)系、計(jì)算方式和調(diào)用方法。4.7K1K4.7K1K4.7K2K4.7K3.9K圖3.6碰撞傳感器的電路圖范例voidmain(){intbumpvalue;/*定義整形變量*/while(1){bumpvalue=bumper();/*bumper（）將返回碰撞檢測值*/printf("bump=%b\n",bumpvalue);/*以二進(jìn)制形式打印出碰撞傳感器的檢測值*/sleep(0.5);/*等待0.5秒*/}}運(yùn)行以上程序，前后左右按碰撞環(huán)，可直接從顯示屏上讀出顯示值。3.2.2.紅外傳感器能力風(fēng)暴運(yùn)用了2只紅外發(fā)射管（970nm）和一只紅外接收模塊構(gòu)成紅外傳感系統(tǒng)（見圖3.7），主要用來檢測前方、左前方和右前方的障礙，檢測距離范圍為10～80cm。用戶可以通過調(diào)節(jié)IRLEFT和IRRIGHT兩個電位器來調(diào)節(jié)左右兩13能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書個紅外的檢測距離。主板中的R5為24K電阻，它將紅外光發(fā)射的調(diào)制頻率固化在38KHz左右，這是紅外接收模塊中帶通濾波器的中心頻率。紅外光發(fā)射器紅外接收器圖3.7紅外傳感器圖中可以看出紅外發(fā)射管的頭部象一個發(fā)光二極管，它是兩針的；紅外接收器的頭部是個集成塊，它是三針的。安裝紅外傳感器的插針是有方向性的，用戶自己拆卸、安裝時應(yīng)注意方向，裝好以后可用下面介紹的語句檢測一下。圖3.8紅外傳感器插針位置圖應(yīng)用在JC中，紅外傳感器的庫函數(shù)是ir_detect()，在程序運(yùn)行過程中此庫函數(shù)僅在被調(diào)用到時執(zhí)行一次，即采集數(shù)據(jù)一次。在JC對話窗口中輸入如下程序塊：{while(1){printf("ir=%b\n",ir_detect());sleep(0.5);}}按回車，JC能立即編譯這一段程序并下載運(yùn)行，LCD上顯示：ir=00（表示此時沒有障礙）用一張白紙分別擋在能力風(fēng)暴個人機(jī)器人的前方、左方和右方，液晶顯示器上顯示的ir的值都不一樣，可總結(jié)如下：前方左方右方無障礙二進(jìn)制表示：11100100十進(jìn)制表示：3210從二進(jìn)制的表示方法可以看出前方0b11=0b10+0b01，即是當(dāng)左右兩方向都有障14能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書礙時，就認(rèn)為前方有障礙。原理紅外接收模塊集成了紅外接收管、前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器、整前電路和輸出放大電路，靈敏度很高。有時從紅外管側(cè)面和后面漏出的紅外光也會被接受模塊探測到，在能力風(fēng)暴個人機(jī)器人上，兩個紅外發(fā)射管和一個紅外接收器都是先裝在套管里再固定在外殼上的，有效的避免了這種情況的發(fā)生。用戶在自己擴(kuò)展紅外傳感器時，如果遇到這種情況，只需用黑膠布把發(fā)射管的側(cè)面和后部包住即可。紅外傳感器是靠發(fā)射并接收由障礙物反射回來的紅外光來判斷是否有障礙（如圖3.9）。圖3.9紅外測障原理圖圖3.9中所示即為前方有障礙時的情況，紅外光以60度的散角向外發(fā)射，陰影區(qū)域分別是左右兩個紅外的反射光區(qū)域，而紅外的接收模塊正好處于左右兩個反射光區(qū)域內(nèi)，能接收到左右兩個紅外發(fā)射管的反射光，由前所述即認(rèn)為此時前方有障礙，事實(shí)也是如此。在此，應(yīng)特別注意紅外接收模塊只是在接收到了一定強(qiáng)度的紅外光時才起到質(zhì)的變化，認(rèn)為有障礙。所以，當(dāng)障礙物太細(xì)時，能力風(fēng)暴個人機(jī)器人會檢測不到；當(dāng)障礙物是黑色或深色時，會吸收大部分的紅外光，而只反射回一小部分，有時會使接收模塊接收到的紅外光強(qiáng)度不夠，不足以產(chǎn)生有障礙的信號。下面是紅外傳感器的電路圖：圖3.10紅外傳感器電路圖15能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書從圖3.10中可以看出，I/O口PD2，PD3分別控制左右紅外光發(fā)射管的關(guān)閉和打開。紅外傳感器檢測障礙的過程如下：1．左右發(fā)射管均關(guān)閉，紅外探測器探測一次當(dāng)前信號，并保存下來以跟后面采集到的數(shù)據(jù)比較。2．當(dāng)程序中調(diào)用ir_detect()時，啟動紅外發(fā)射探測系統(tǒng)。首先，左紅外發(fā)射管發(fā)射一次，延時1ms后紅外探測器探測一次信號；然后，右紅外發(fā)射管發(fā)射一次，延時1ms后紅外探測器探測一次信號，紅外探測器探測一次信號的時間為0.064ms。紅外探測器通過PE4口采樣當(dāng)前值，并保存下來。由于先后時間的不同，就可以分別探測左右兩邊的紅外信號。3．調(diào)用一次ir_detect()函數(shù)，紅外探測系統(tǒng)開啟一次。完成后，左右發(fā)射管關(guān)閉。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)可以判別是否有反射，只有在初始探測無反射而第二次探測有反射時，左反射管才是有反射的，這樣系統(tǒng)才認(rèn)為左方有障礙。同理，初始探測無反射而第三次探測有反射時，右反射管才是有反射的，右方被認(rèn)為有障礙。采用這種方法可以抑制許多環(huán)境紅外噪音。硬件的檢測過程與軟件的配合可以參見JC10/libs/lib_ASU.c中的子程序intir_detect()。范例voidmain(){intir;while(1){ir=ir_detect();if(ir!=0b00)/*判斷有否障礙*/{drive(-80,-40);/*執(zhí)行語句，即倒退0.5秒*/sleep(0.5);}drive(100,0);/*前進(jìn)*/}}運(yùn)行此程序可知當(dāng)前方有障礙時，能力風(fēng)暴個人機(jī)器人有反應(yīng)。3.2.3.光敏傳感器能力風(fēng)暴個人機(jī)器人上有2只光敏傳感器（見圖3.11），它可以檢測到光線的強(qiáng)弱。16能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書圖3.11光敏傳感器光敏傳感器其實(shí)是一個光敏電阻，它的阻值受照射在它上面的光線強(qiáng)弱的影響。能力風(fēng)暴個人機(jī)器人所用的光敏電阻的阻值在很暗的環(huán)境下為幾百ＫΩ，室內(nèi)照度下幾ＫΩ，陽光或強(qiáng)光下幾十Ω。安裝光敏傳感器是一個可變的電阻，它的接插方式?jīng)]有方向性，它在主板上的位置如圖3.12圖3.12光敏傳感器插針位置圖應(yīng)用在JC中，光敏傳感器的庫函數(shù)是：左光敏，analog(0)或analog(photo_left)；右光敏，analog(1)或analog(photo_right)。在程序運(yùn)行過程中庫函數(shù)僅在被調(diào)用到時執(zhí)行一次，即采集數(shù)據(jù)一次。在JC對話窗口中輸入如下程序塊：{while(1){printf("photoleft=%d\n",analog(0));sleep(0.5);}}（僅采集左光敏的讀數(shù)）按回車，JC能立即編譯這一段程序并下載運(yùn)行，LCD上顯示：photoleft=180（表示此時照射在左光敏上的光線強(qiáng)弱）改變照射在左光敏電阻上的光線強(qiáng)弱，可觀察到讀數(shù)的變化?？砂l(fā)現(xiàn)光越暗，數(shù)字越大，光越強(qiáng)，數(shù)字越小。光敏傳感器很靈敏，若需要左右兩個光敏傳感器對光強(qiáng)的反應(yīng)非常一致，17能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書則把光敏傳感器對準(zhǔn)照度均勻的白墻進(jìn)行調(diào)節(jié)，數(shù)字較小的一邊，在光敏傳感器上貼一小片黑膠布；或者通過軟件進(jìn)行偏差值調(diào)整。原理以下是光敏電阻自身的結(jié)構(gòu)及工作原理圖圖3.13光敏電阻的電極圖案1．電極2．光導(dǎo)體圖3.14光敏電阻的工作原理圖光敏傳感器在能力風(fēng)暴個人機(jī)器人里表現(xiàn)出的光越暗，數(shù)值越大，光越強(qiáng)，數(shù)字越小是因?yàn)椋汗饷綦娮韬?0K的電阻R8，R10相連后構(gòu)成分壓器。左右兩個光敏電阻分別與模擬輸入口PE0，PE1相連，在系統(tǒng)中采集的是光敏電阻上的電壓值。光暗時，光敏電阻上的電壓接近5V，光強(qiáng)時，接近0V，模數(shù)轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字量后的范圍為0-255。光敏傳感器的線路圖如下：圖3.15光敏傳感器的電路圖范例voidmain(){intright;while(1)18能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書{right=analog(1);if(right>200){beep();beep();}}}運(yùn)行此程序可知當(dāng)光線暗于一定值時，能力風(fēng)暴個人機(jī)器人叫兩聲。3.2.4.麥克風(fēng)能力風(fēng)暴個人機(jī)器人上的麥克風(fēng)(microphone)是能夠識別聲音聲強(qiáng)大小的聲音傳感器（見圖3.16）。圖3.16麥克風(fēng)圖3.17麥克風(fēng)位置圖應(yīng)用在JC中，聲音傳感器的庫函數(shù)是analog(2)或analog(microphone)，在程序運(yùn)行過程中此庫函數(shù)僅在被調(diào)用到時執(zhí)行一次，即采集數(shù)據(jù)一次。在JC對話窗口中輸入如下程序塊：{while(1){printf("mic=%d\n",analog(2));sleep(0.1);}}按回車，JC能立即編譯這一段程序并下載運(yùn)行，如果周圍的環(huán)境很靜LCD上顯示：mic=127（表示此時很安靜）對著microphone發(fā)出一些聲音，可以看到microphone的值不斷變化。它的變化范圍是0～255。原理麥克風(fēng)采集到的信號通過LM386（IC5）進(jìn)行放大，放大倍數(shù)為200（由C13確定），輸出信號接至PE2。沒有聲音時，電壓為2．5V左右，轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制數(shù)后得到的十進(jìn)制整數(shù)為127左右（如圖3.18）。19能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書圖3.18麥克風(fēng)電路圖當(dāng)有聲音時，LM386的輸出電壓在2.5V上下波動。PE2測得的電壓和2.5V相減的絕對值越大，則聲音越大。如mic=100=(127-27)與mic＝154=(127+27)表示兩次采集時的瞬時聲強(qiáng)是相同的,只是波動的方向不同。R1，C12構(gòu)成高頻濾波，濾去線路板其他元器件產(chǎn)生的高頻噪聲。范例voidmain(){intb=1;/*狀態(tài)標(biāo)志位*/intmic;while(1){mic=analog(2);/*檢測麥克風(fēng)*/printf("mic=%d\n",mic);/*顯示檢測值*/sleep(0.5);/*延時0.5秒，可調(diào)整*/if(mic>180)b=b*(-1);/*條件滿足，改變運(yùn)動狀態(tài)*/if(b==-1)drive(100,0);/*前進(jìn)*/if(b==1)stop();/*停止*/}}運(yùn)行上面的程序，第一次聲音大于一定值(范例中為180，可根據(jù)具體情況調(diào)整)時，能力風(fēng)暴個人機(jī)器人全速前進(jìn)，第二次聲音大于一定值時能力風(fēng)暴個人機(jī)器人停止運(yùn)動；如此循環(huán)。3.2.5.光電編碼器光電編碼器是一種能夠傳遞位置信息的傳感器，它由光電編碼模塊及碼盤組成（見圖3.19）。能力風(fēng)暴個人機(jī)器人有2只光電編碼器，運(yùn)用紅外發(fā)射接收模塊。反射器(即碼盤)是黑白相間的鋁合金制成的圓片，66等分。當(dāng)碼盤隨輪子旋轉(zhuǎn)時，黑條和白條交替經(jīng)過光電編碼器，反饋的信號狀態(tài)不同,即構(gòu)成一個脈沖。因此360度共產(chǎn)生33個脈沖，每個脈沖的分辨率約為10.91度，輪子直徑為65mm，則周長方面的分辨率約為6.19mm。20能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書圖3.19碼盤及光電編碼模塊外形安裝碼盤裝在輪子的內(nèi)側(cè)，光電編碼芯片的插針位置如下圖所示：圖3.20光電編碼芯片的插針位置示意圖應(yīng)用檢測左右編碼器當(dāng)前狀態(tài)的庫函數(shù)為：left_shaft（），right_shaft（）；運(yùn)行一下JC中的ASU-selftest.lis程序中的encoder_test()，看一下轉(zhuǎn)一圈是否是33個脈沖。同時注意看R或L右邊的“”和“*”變化，“”表示當(dāng)前無反射信號，碼盤片的黑格應(yīng)正對編碼器。庫函數(shù)get_left_clicks()，get_right_clicks()可以讀出經(jīng)過左右光電編碼器脈沖累計(jì)值。調(diào)用前兩個函數(shù)必須先初始化脈沖采樣中斷驅(qū)動：init_velocity（）。原理光電編碼器原理上也是靠發(fā)射與接收紅外光來工作的。能力風(fēng)暴個人機(jī)器人上用的光電編碼器芯片集成了發(fā)射與接收功能。無返回信號有返回信號圖3.21光電編碼器的工作原理圖從圖中可以看出：紅外光射在黑色輻條上時沒有反射信號，因?yàn)榧t外光大部21能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書分已經(jīng)被黑色輻條吸收；當(dāng)紅外光射在白色輻條上時有反射信號，因?yàn)榧t外光在白輻條上反射強(qiáng)烈。下面是光電編碼器在能力風(fēng)暴個人機(jī)器人上的電路圖：圖3.22光電編碼器電路圖圖3.23光電編碼器和motor/encoder插座的接線圖范例voidmain(){intencoder_state;while(1){encoder_state=left_shaft();/*返回左編碼器的當(dāng)前狀態(tài)*/printf("encoder=%d\n",encoder_state);sleep(0.1);/*延時0.1秒，可調(diào)整*/}}以上是left_shaft（）函數(shù)的應(yīng)用。運(yùn)行程序，旋轉(zhuǎn)左輪胎，觀察LCD上顯示值的變化：碼盤上的白條對紅外發(fā)射接受芯片時，encodar_state的值為1；黑條對22能力風(fēng)暴個人機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)書著芯片時，encoder_state的值為0。范例：voidmain(){init_velocity();/*始化脈沖采樣中斷驅(qū)動*/drive(70,0);/*前進(jìn)*/sleep(2.0);/*延時2秒*/printf("left=%f\n",(float)get_left_clicks()/33.0);/*讀出的脈沖數(shù)值除以33即得左輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)*/stop();/*停止*/}以上是get_left_clicks（）函數(shù)的應(yīng)用。運(yùn)行此程序，不同的速度值（在此為70）可觀測到不同的結(jié)果。3.2.6.其他傳感器能力風(fēng)暴還能集成很多其他的傳感器，插在ASBus（參見3.5節(jié)）上即可使用。下面作簡單介紹。人體熱釋片傳感器人體熱釋片傳感器對移動的人體熱源敏感，加上菲涅耳透鏡后可以探測1