毕业设计基于能力风暴机器人的红外通讯模块设计

1、本科毕业论文 (设计)题 目：基于能力风暴机器人的红外通讯模块设计学 院: 机电工程学院 专 业： 机械电子工程 基于能力风暴机器人的红外通讯模块设计the design of ir communication module based on ability storm robot摘要 这篇论文介绍了基于能力风暴机器人的红外通讯模块的设计，涉及红外通讯模块的选择，与单片机的电路连接，用protel 99 se绘制电路原理图及印制电路板电路以及用vjc1.6编写的调试程序等内容。该模块外围接口芯片少，电路连线简单，可靠性高，较好的解决了机器人在比赛过程中的通讯协作问题。 关键词:红外通讯模块；p

2、rotel 99 se；vjc1.6；机器人abstract this paper describes a method of the design of ir communication module,including the selection of ir communication module,the circuit of the mcu and ir communication module, the circuit schematic and printed circuit board are maken out using protel 99 se and a simple p

3、rogram using vjc1.6 and so on.this communication module is composed of fewer ciecuit chips and easily linked with higher safety. it solves the communication problem between different robots in the game. kerwords: ir communication module; protel 99 se; vjc1.6;robots目 录1 绪论1 1.1 课题来源1 1.1.1 课题的研究目的和意义

4、1 1.2 目前的国内形势和发展趋势2 1.2.1 我国机器人的发展现状2 1.2.2 我国机器人技术的水平2 1.2.3 我国机器人的发展趋势3 1.3 课题研究的内容和实现方案42 能力风暴机器人概述5 2.1 开设能力风暴机器人教育的意义5 2.2 能力风暴机器人的外形与结构5 2.2.1 能力风暴机器人的外形5 2.2.2 能力风暴机器人的结构6 2.3 能力风暴机器人的计算机硬件11 2.4 能力风暴机器人的开发能力12 2.4.1 软件开发能力12 2.4.2 机械扩展能力12 2.4.3 电子扩展能力143 红外通讯模块设计14 3.1 红外通讯简介14 3.1.1 红外通讯历史

5、14 3.1.2 红外通讯原理14 3.1.3 红外通讯特点14 3.2 红外通讯模块设计14 3.2.1 方案选择14 3.2.2 方案比较17 3.2.3 实际方案选择18 3.3 电路原理图和pcb电路板的绘制18 3.3.1 eda技术概述18 3.3.2 protel 99 se 简介19 3.3.3 绘制原理图19 3.3.4 pcb图绘制214 红外通讯模块的软件调试22 4.1 vjc简介22 4.2 流程图和jc代码编写22 4.2.1 流程图编写22 4.2.2 jc代码编写255 结论29谢词30参考文献31 第一章 绪论1.1课题来源机器人（robot）是自动执行工作的

6、机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。它可以说是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。目前在工业、医学、农业甚至军事等领域中均有重要用途。机器人是近年来的研究热点，其研究水平是一个国际科技实力的重要标志。能力风暴（ability storms）机器人由上海广茂达电子信息有限公司开发，呈单片机结构，外形酷似宇ufo，是专为个人机器人的需求设计的, 它是最优秀的科技类探索性课程及课外活动的教具，它融合了光学、机械、电子、计算机等学科的高科技知识，集

7、辅助教学和娱乐于一身。能力风暴个人机器人的配有5种十几个传感器，另外还可以根据需要扩展其他传感器，对环境的感知能力很强。感知环境的能力是产生智能行为的前提，因此能力风暴能产生许多智能性行为。本课题主要是设计一块无线通讯模块，用于解决“能力风暴”大学版机器人在比赛过程中多机器人协作的问题1.1.1课题的研究目的和意义“机器人产业在二十一世纪将成为和汽车、电脑并驾齐驱的主干产业。”从庞大的工业机器人到微观的纳米机器人，从代表尖端技术的仿人型机器人到孩子们喜爱的宠物机器人，机器人正在日益走近我们的生活，成为人类最亲密的伙伴。机器人技术和产业化在中国具有一定的现实基础和广阔的市场前景。开展机器人研究活

8、动，对加强思想道德教育，提高科学素养，发展自身潜能，引导更多学生关注科技、热爱科技、走进科技具有重大意义。同时有利于积极推进基础教育和高等教育改革，渗透科学技术教育，培养学生的实践能力和创新精神。本课题通过对基于能力风暴机器人的无线通讯模块的设计,旨在引导学生关注机器人事业的发展，将理论与实践紧密地结合起来，提高学生的动手能力、创造能力、协作能力和综合能力。为我国机器人领域研究培养后备人才，提高我国在机器人领域的国际地位作出积极贡献。1.2 目前国内形势和发展趋势1.2.1 我国机器人的基本状况近年来我国的机器人技术也取得了长足的发展，但是与世界发达国家相比，还有一定的差距，如可靠性低于国外产

9、品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。我国目前从事机器人研发和应用工程的单位相对较少，工业机器人的拥有量远远不能满足需求量，长期大量依靠从国外引进。我国非常重视机器人的研究。国家“七五”科技攻关将工业机器人和水下机器人的研究和开发列入计划，组织了点焊、弧焊、喷漆、搬运等型号的工业机器人的攻关，使中国工业机器人一起步就瞄准了实用化方向。1.2.2 我国机器人技术的水平机器人技术集机械、电子、材料、计算机、传感器、控制等多门学科于一体，是国家高科技实力和发展水平的重要标志。先进机器人技术不仅是国家工业关键装备的重要支撑技术，也是国家空间计划、国防装备以及与社会安全紧

10、密相关的反恐防爆装备的核心技术之一，同时还是国家发展高技术服务业（如助老助残机器人、家庭服务机器人）等新经济增长点的关键技术。通过研发机器人技术，可以提升我国科技竞争力，改善人民生活水平。中国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和863计划的支持已经取得了较大进展,工业机器人市场也已经成熟,应用上已经遍及各行各业,但进口机器人占了绝大多数。我国在某些关键技术上有所突破,但还缺乏整体核心技术的突破,具有中国知识产权的工业机器人则很少。目前我国机器人技术相当于国外发达国家20世纪80年代初的水平,特别是在制造工艺与装备方面,不能生产高精密、高速与高效的关键部件。我国目前取得较大进展的机

11、器人技术有:数控机床关键技术与装备、隧道掘进机器人相关技术、工程机械智能化机器人相关技术、装配自动化机器人相关技术。现已开发出金属焊接、喷涂、浇铸装配、搬运、包装、激光加工、检验、真空、自动导引车等的工业机器人产品,主要应用于汽车、摩托车、工程机械、家电等行业。 我国机器人技术主题发展的战略目标是:根据2l世纪初我国国民经济对先进制造及自动化技术的需求,瞄准国际前沿高技术发展方向创新性地研究和开发工业机器人技术领域的基础技术、产品技术和系统技术。未来工业机器人技术发展的重点有:第一,危险、恶劣环境作业机器人:主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二,医用机器人:主要有脑外科手

12、术辅助机器人,遥控操作辅助正骨等;第三,仿生机器人:主要有移动机器人,网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。 1.2.3 我国机器人的发展趋势(1)机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的103万美元降至97年的65万美元,而且最近价格降低的速度更是惊人。(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。(3)机器人控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化

13、；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人,不仅节约了大量的时间和精力,而且方便实用。(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机

14、器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。1.3 课题研究的内容和实施方案机器人足球系统的研究涉及非常广泛的领域，包括机械电子学、机器人学、传感器信息融合、智能控制、通讯、计算机视觉、计算机图形学、人工智能等等，吸引了世界各国的广大科学研究人员和工程技术人员的积极参与。更有意义的是，机器人足球比赛的组织者始终奉行研究与教育相结合的根

15、本宗旨。蓬勃发展的机器人足球比赛对机器人的研究起到了巨大的推动作用。在机器人足球比赛中，各机器人之间以及机器人与主机之间的协调问题难以解决。为此可以为其设计一块无线通讯模块，该模块可以解决各机器人之间以及机器人与主机之间的通讯问题，使之相互之间能够更好的协作。第二章 能力风暴机器人概述2.1 开设能力风暴机器人教育的意义自从20世纪60年代初世界第一台机器人诞生以后,机器人技术得到了迅速地发展.在21世纪,机器人技术的进步将会对科学与技术的发展产生重要影响.高技术研究发展计划(863计划)是我国关于高技术的中长期研究发展计划,智能机器人是自动化领域的主题之一.863计划开始实施以来,在特种机器

16、人,机器人应用工程,机器人基础技术等方面取得了很大成绩,组织和培养了一支数量可观的研究开发队伍,建立了一批各具特色的研究开发环境,863计划已成为我国发展智能机器人技术的最重要的阵地. 我们非常庆幸有这样一个平台能使学生比较全面综合地了解现代工业设计,机械,电子,传感器,计算机软件,硬件,人机交互,人工智能等诸多领域的先进技术,并亲身接触和体验现代高新技术,在学生获得科技知识和实践能力的同时,激发了他们的创新意识和创造发明的潜能,这个平台就是-智能机器人.能力风暴机器人就是一种非常典型的智能机器人。能力风暴机器人as-u（以下简称：as-u）是上海广茂达公司生产的专门面向教育的机器人。它融合了

17、现代工业设计、机械、电子、传感器、计算机和人工智能等诸多领域的先进技术，学生可以通过使用能力风暴个人机器人接触到多方面的知识和技术。它提供了一个接口平台，可供用户进行扩展，实现二次开发，在软件，机械，电子等方面均有较强的延拓能力。它采用图形化交互c语言（简称vjc）完成as-u的软件开发，具有基于流程图的编程语言和交互式c语言(简称jc),便于用户自由发挥。开展能力风暴机器人研究活动，旨在进一步加强未成年人思想道德教育，提高广大青少年的科学素养，发展自身潜能，引导更多的大中小学生关注科技、热爱科技、走进科技，涌现出更多的未来科学家和未来工程师。在积极推进基础教育和高等教育改革的过程中，渗透科学

18、技术教育，努力培养大中小学学生的实践能力和创新精神。2.2 能力风暴机器人的外形与结构2.2.1 能力风暴机器人的外形能力风暴机器人外形酷似ufo，图2.1是能力风暴机器人的外观俯视图。2.2.2能力风暴机器人的结构as-uii 是面向教育的新一代智能移动机器人。as-uii结构参见图2.2图2.2 as-uii的内部结构图图2.1 能力风暴机器人的外观俯视图as-uii有一个功能强大的微处理系统和传感器系统，而且它还能扩展听觉、视觉、和触觉，成为真正意义上的智能机器人。 as-uii的身体结构主要由控制部分、传感器部分和执行部分三大部分组成。每一部分介绍如下：1控制部分控制部分是as-uii

19、机器人的核心组成部分，见图2.3。图2.3 as-uii的控制部分从图中我们可以清楚的看到as-uii控制部分的主要由以下两个部分组成：1）主板位于as-uii“心脏”部位的控制部件是as-uii的大脑主板，它由很多电子元器件组成，跟人的大脑一样，主要完成接收信息、处理信息、发出指令等一系列过程。as-uii的大脑有记忆功能，这主要由主板上的内存来实现，至于“大脑”的分析、判断、决断功能则由主板上的众多芯片共同完成。2）控制按键位于as-uii背部的控制面板，是as-uii机器人运行控制部件，具体按键分布如下图所示：图2.4 控制按键部分开关按钮控制as-uii电源开关的按钮，按此按钮可以打开

20、或关闭机器人电源。“电源”指示灯按下as-uii的开关后，这个灯会发绿光，这时就可以与机器人进行交流。“充电”指示灯当你给机器人充电时，“充电”指示灯发红光。“充电口”将充电器的相应端插入此口，再将另一端插到电源上即可对机器人充电。“下载口”“充电口”旁边的“下载口”用于下载程序到机器人主板上，使用时只需将串口连接线的相应端插入下载口，另一端与计算机连接好，这样机器人与计算机就连接起来了。“复位/asos”按钮这是个复合按钮，用于下载操作系统和复位。当串口通信线接插在下载口上时，按击此按钮，机器人系统默认为此操作为下载操作系统；如果你想使用其复位功能则需要将通信线拔下，按击此按钮，机器人系统认

21、为此操作为系统复位。“运行”键打开电源后，按击“运行”键，机器人就可以运行内部已存储的程序，按照“指令”行动。“通信”指示灯“通信”指示灯位于机器人主板的前方，在给as-uii下载程序时，这个黄灯会闪烁，这样就表明下载正常，程序正在进入机器人的“大脑”即cpu。2传感器部分as-uii机器人的传感器，如图2.5所示。主要有以下五种传感器：1）碰撞传感器as-uii机器人的下部放置了一个碰撞系统，保证as-uii机器人的正常活动。as-uii机器人的碰撞机构能够检测到来自360范围内物体的碰撞，使as-uii机器人遭遇到来自不同方向的碰撞后，能够转弯避开并保持正常活动。2） 红外传感器as-ui

22、i机器人的红外传感器共包含两种器件：红外发射管和红外接收管，看图2.5就可以发现红外接收管位于as-uii机器人的正前方，两只红外发射管位于红外接收管的两侧。红外发射管可以发出红外线，红外线在遇到障碍后被反射回来，红外接收管接收到被反射回来的红外线以后，通过a/d转换送入cpu进行处理。as-uii机器人的红外传感器能够看到前方10cm80cm，90范围内的比210mmx150mm面积大的障碍物，如果障碍物太小太细、或者在它的可视范围以外，它可就没法看到了。在as-uii机器人的可视范围内，它的可视距离是可以调整的。图2.5 as-uii传感器部分3）光敏传感器光敏传感器是由两个光敏电阻组成，

23、它位于机器人的正前方。光敏传感器能够探测光线，不过在这里我们是让它看见特定的颜色。在as-uii机器人的光敏传感器罩上了一层滤光纸，通过它的颜色来决定as-uii机器人能探测什么颜色的光线。4） 话筒as-uii机器人的话筒的功能很强，它可以感受到声音的强弱。但as-uii的话筒和人的耳朵一样，并不是所有的声音都能听得见，能听见的声音在一定的频率范围内，这个范围和人能听得到的范围大致是一样的，大约是16hz20000hz的机械波。as-uii机器人在听到声音命令后，会根据指示（由程序事先输入）采取行动。5）光电编码器在as-uii机器人里有码盘和光耦（光电编码器）。光电编码器主要作为控制的反馈

24、信号。光耦通过测定随轮轴一起转动的码盘的转动角度，得出轮子所转动的圈数，从而测定距离。3执行部分as-uii机器人的执行部分是指机器人执行具体功能时所要用到的部件，如图2.6as-uii执行部分所示。lcd图2.6 as-uii执行部分1）扬声器as-uii机器人也可以通过扬声器发出一定频率的声音，也可以通过编程让机器人演奏歌曲。2）lcdas-uii机器人上的lcd可以显示除中文外的各种字符。利用lcd可以单步显示程序运行的中间结果。3）主动轮及其驱动机构as-uii机器人的主动轮有两只，能够完成向前直走，向后转弯，左转，右转，原地打转这些平地上的技术动作；正因为有驱动机构齿轮箱的存在，as

25、-uii才可以利用直流电机输出的动力。4） 从动轮as-uii机器人有2只从动轮，通过安置弹簧，它们可以在垂直与地面的方向上上下移动，保持机器人动态平衡和实现一定的越障功能。5）直流电机在as-uii机器人上有两个直流电机。4as-uii的能源将as-uii机器人头朝下翻过来，就能够看到它的底盘下安装有一个盒体，这就是电池。见图2.7 as-uii的电池。智能机器人的能量就来自于这个电池。图2.7 as-uii的电池2.3 能力风暴机器人的计算机硬件人对周围环境的反应过程主要是感觉大脑思考作出反映，机器人的信息处理流程也是如此。能力风暴智能机器人的配有5种十几个传感器，另外还可以根据需要扩展其

26、他传感器，对环境的感知能力很强。感知环境的能力是产生智能行为的前提，因此能力风暴能产生许多智能性行为。能力风暴通过微控制器（microcontroller）来思维。我们采用的是motorola公司8位单片机中功能最强、集成功能最全的高档机种。它的可靠性很高，有程序自下载功能。能力风暴连上串口线就可自动下载程序。计算机硬件决定了机器的极限潜能，去开发这种潜能是软件的工作。我们为用户提供了交互式图形化编程c语言vjc，它使开发能力风暴的高层行为充满了乐趣。有的低层的驱动软件与硬件相关太紧密或实时要求很高，需要用汇编语言来处理。能力风暴智能机器人的执行器有：二只高性能直流电机；一只喇叭；一只2*16

27、字符的液晶显示器。能力风暴机器人的系统结构如图2.8所示。图2.8 能力风暴机器人的系统结构能力风暴计算机硬件的设计策略是尽量选择功能齐全、可靠、周边设备集成度高的微控制器，价格也需控制，能让中国的学生以可以承受的价格获得世界上先进的智能机器人计算平台。motorola生产的68hc11，使我们以极少的周边芯片获得了齐全的功能，8个模拟口，5个输入捕捉，3个pwm输出，16位地址，8位数据总线，串口，以及4个通用i/o。同时，充分考虑到软件开发工具问题。因为没有优秀方便的软件开发工具，硬件只能成为专有系统，而无法成为开发平台。68hc11的自下载功能，使我们拥有了纯软件开发调试的优秀工具jc。

28、jc即可用于开发高层应用软件，又便于开发低层驱动，还能交互调试。1微控制器68hc11e1有cpu、片内存储器、定时器系统、串行口、a/d、并行i/o口，中断和复位系统组成。2. 外部存储器能力风暴智能机器人扩展了32k的静态不挥发ram。其优点是既有静态ram的速度和方便（70ns），又有eeprom或flashrom的掉电不丢失性，从而能将程序和数据合用一个芯片。as62256写入的数据可保存十年以上，同时具有可靠的上电、掉电、强静电等数据保护功能。3.电源与复位电路能力风暴控制板采用maxim603稳压芯片，提供500ma，5v电压，该芯片自身的功耗很低。低电压复位保护电路采用ds123

29、3d-10，当电压低于4.5v，将产生复位信号，同时红色rst发光二极管变亮。2.4 能力风暴机器人的开发能力2.4.1软件开发能力标准语言子集，简洁的专业程序员语言支持浮点运算、指针、多维数组；先进的多任务操作系统；便于学习的图形化交互式语言；众多的驱动程序和应用程序代码，在高手的基础上学习编程。能力风暴机器人as- u它采用图形化交互c 语言( 简称vjc)完成as- u的软件开发, 具有基于流程图的编程语言和交互式c 语言(简称jc),便于用户自由发挥。2.4.2 机械扩展能力至个直流电机；至个步进电机交流伺服电机；至个继电器、电继阀、记忆合金；至个灯泡、电热丝、蜂鸣器。扩展实例：灭火风

30、扇，机械手臂，装饰彩灯等。2.4.3 电子扩展能力至几百路位模拟输入；至几十路输出捕捉；路数字式输出。扩展实例：超声测距卡，红外测距卡，路伺服电机驱动卡，路输入输出。第三章 红外通讯模块设计3.1红外通讯简介3.1.1红外通讯历史 红外线数据协会成立于1993年，起初，采用红外通讯标准的无线设备仅能在1m范围内以115.2kb/s的速度传输数据，很快发展到4mb/s。3.1.2红外通讯原理 红外通讯通过使用红外光进行通讯，发送设备将电信号转化为光信号，接收设备则再将光信号还原成电信号。内部结构图如下：3.1.3红外通讯特点 红外通讯的主要优点是无需申请频率的使用权，因而成本低廉，并且还具有移动

31、通讯所需的体积小，功耗低，连接方便的特点。此外红外线发射角度较小，传输安全性高。 红外传输的不足在于它是一种视距传输，两个通讯设备之间必须对准，中间不能有障碍。3.2红外通讯模块设计 3.2.1方案选择3.2.1.1方案：本方案是基于经典芯片ne555，单片机89c51以及vishay公司生产的红外收发芯片tsal6238，tsop1738的分立式红外收发模块，其电路原理图如下图1所示：其中红外发送器电路包括脉冲振荡器、驱动管t1和t2、红外发送器d1和d2等部分。其中脉冲振荡器有ne555定时器、电阻（r1、r2）和电容（c1、c2）组成，用以产生38khz的脉冲序列作为载波信号；红外发射管

32、d1、d2选用vishay公司生产的tsal6238，用来向外发射950nm的红外光束。红外发送器工作原理为：串行数据由单片机的串行输出端txd发送并驱动t1管，数位“0”使t1管导通，通过t2管调制成38khz的载波信号，并利用两个红外发射管d1、d2以光脉冲的形式向外发送。数位“1”使t1管截止，红外发射管d1、d2不发射红外光。红外接收器工作原理为：红外接收电路选用vishay公司生产的专用红外接收模块tsop1738。该模块是一个三端元件，使用单电源+5v，具有功耗低，输入灵敏度高，对其他波长红外线不敏感等特点，其内部框图如下图3所示： tsop1738的工作原理为：首先，通过红外敏感

33、元件将接收到的频率为38khz的脉冲调制红外信号转化为电信号，再由前放大器和自动增益控制电路进行放大处理。然后，通过带通滤波器进行滤波，滤波后的信号由解调电路进行解调。最后由输出级电路进行反向放大输出。 3.2.1.2方案：本方案是基于单片机89c51，红外收发芯片zhx1010的红外收发模块，其接口电路如图所示：其中zhx1010是一个符合irda sir(串行红外协议)的收发芯片，该芯片在1m范围内的最高速度可达115.2kbps。而且他的供电范围较宽（2.4v-5.5v），可方便的与各种电压的cpu进行连接。zhx1010在3v供电时，其典型电流只有90ua,非常适用于电池供电产品。此外

34、，zhx1010体积小，仅有9.9mm*3.7mm，且其外围芯片少（只需一个电阻和一个电容）。zhx1010有6个引脚，依次是leda/txd/rxd/sd/vcc和gnd。leda内部与ired红外发光二极管相连，外部接一限流电阻到vcc，以给红外管提供工作电流。但应注意提供的最大电流不能超过500ma.txd是数据发送引脚，该引脚内部带有下拉电阻，可以直接接到mcu的数据发送端，当器件进入省电模式时，该下拉电阻开路。rxd是接收到红外数据后的输出脚，他是一个三态输出引脚，该引脚无需外接电阻。sd是省电模式控制脚，该引脚输入高电平时进入省电模式，此时的最大电流只有1ua。zhx1010典型应

35、用电路3.2.2方案比较 方案虽然也实现了所要求的功能，但其中较多的使用了分立器件，其外围接口电路复杂，所需芯片较多。同时由于使用分立元件的缘故，其稳定性较差，实际操作时抗干扰能力不足，此外各元件的参数不清，使用有一定困难。 方案使用了集成芯片zhx1010，该芯片外围接口电路简单，只需一个电阻，一个电容，所需电压范围较广，可以方便的与各种单片机相连，集成度高，性能稳定，可以应用于较复杂的工作环境，抗干扰能力较强，是一种较常用的红外收发模块。3.2.3实际方案选择 基于以上论述中方案的优点较多，实现较为方便，因此使用方案的模式，但所用单片机应换做能力风暴机器人的主mcu-mc68hc11,其实

36、际电路连接如下图所示：3.3电路原理图和pcb电路板的绘制3.3.1 eda技术概述随着计算机的发展，某些特殊类型电路的设计可以通过计算机来完成，但目前能实现完全自动化设计的电路类型不多，大部分情况下要以“人”为主体，借助计算机完成设计任务，这种设计模式称作计算机辅助设计（computer aided design，简称cad）。eda技术是计算机在电子工程技术上的一项重要应用，是在电子线路cad技术基础上发展起来的计算机设计软件系统，它是计算机技术、信息技术和cam（计算机辅助制造）、cat（计算机辅助测试）等技术发展的产物。利用eda工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统

37、，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析、器件制作到设计印制板的整个过程在计算机上自动处理完成。3.3.2 protel 99 se简介protel软件包是90年代初由澳大利亚protel technology公司研制开发的，应用于windows9x/2000/nt操作系统下的eda设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3d模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成原理图、印制板设计、可编程逻辑器件设计和电仿真等，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层。protel99se中主要功能模块如下。advanced

38、schematic 99se（原理图设计系统）该模块主要用于电路原理图设计、原理图元件设计和各种原理图报表生成等。advanced pcb 99se（印刷电路板设计系统）该模块提供了一个功能强大和交互友好的pcb设计环境，主要用于pcb设计元件封装设计、报表形成及pcb输出。advanced route 99se（自动布线系统）该模块是一个集成的无网格自动布线系统，布线效率高。advanced integrity 99se（pcb信号完整性分析）该模块提供精确的板级物理信号分析，可以检查出串扰、过冲、下冲、延时阻抗等问题，并能自动给出具体解决方案。advanced sim 99se（电路仿真系

39、统）该模块是一个基于最新spice3.5标准的仿真器，为用户的设计前端提供了整、直观的解决方案。advanced pld 99se（可编程逻辑器件设计系统）该模块是一个集成的pld开发环境，可使用原理图或cupl硬件描述语言作设计前端，能提供工业标准jedec输出。3.3.3绘制原理图原理图绘制步骤：利用protel99se进行电路设计可分为3个步骤，第一是绘制电路原理图，第二是根据原理图产生网络表，第三是印制电路板设计。原理图绘制是印制板设计的基础工作，其设计步骤如下，根据实际情况可以进行适当调整。新建原理图文件。设置图纸和工作环境。装载元器件库。放置所需的元器件、电源符号等。元器件布局和连

40、线。放置标注文字等进行电路标注说明。电气规则检测、线路、标识调整与修改。产生相关报表。电路图存盘及输出。原理图绘制注意事项总结： 在绘制原理图前一般要先设置文档参数和工作系统参数。 绘制原理图一般包括参数设置、放置元件、元件连线、编辑调整和打印输出等步骤。电路的绘制即可以使用菜单命令，也可以使用画图工具栏。 原理图绘制中，总线必须和网络标号配合使用，总线不是实际的连线，只是一种示意线，网络标号则能体现连接信息，具有相同网络标号的连线在电气性能上是相连的。 在复杂的电路中，可以采用层次式电路图来简化电路，层次图电路由主图和若干个子图构成，它们之间的连接通过i/o端口和网络标号实现。 电路绘制完毕

41、，通过erc检查可以了解电路中有无错误。 绘制完毕的电路图可以生成网络表和元件清单，前者包含着元件的封装信息和连线信息，是联系印制板设计的纽带；后者主要包含元件的标号、标称值和数量等信息。 原理图绘制完毕可以通过打印机或绘图仪输出电路图。原理图： 根据方案二，可绘制电路图如下所示： 此图中涉及与系统总线busa,busb的链接，相关资料可查阅参考文献能力风暴机器人配件手册。3.3.4 pcb图绘制pcb图绘制步骤：（1）新建一sch文件，绘制整个电机控制电路的电路原理图（2）另新建一sch文件，绘制用于产生网络表的扩展卡原理图（3）在扩展卡原理图中定义元件的封装（4）产生网络表（5）新建一pc

42、b文件，绘制出电路板边框，装载元件封装库并加载网络表，各元件封装图便会出现在该界面上。元件排列杂乱无章，且各元件之间用飞线连接。（6）手动调整元件的布局，使各元件摆放尽量整齐美观。（7）进行布线，由于设计并不复杂，元件较少，可使用自动布线。（8）对文字、个别元件、走线做些调整以及敷铜。（9）检查核对网络。pcb图：由电路原理图，生成pcb图如下：其实际尺寸由各元件尺寸及机器人内部空间要求记为2000mil*1500mil。第四章 红外通讯模块的软件调试4.1 vjc简介图形化交互式c语言（简称vjc）是用于能力风暴智能机器人系列产品的件开发系统,具有基于流程图的编程语言和交互式c 语言（简称j

43、c）。vjc 开发智能机器人项目、程序与算法、教学等提供了简单而又功能强大的平台是全球开创性的具有自主知识产权的产品。在 vjc 中，不仅可以用直观的流程图编程，也可以用jc 语言编写更高的机器人程序。vjc 操作简便，有活泼明快的图案和简短的文字说明。读者可以使用图形化的模块，由顶向下搭建流程图，搭建流程图的同时，动态生成无语法错误的jc 代码。流程图搭建完毕，程序就已经编写完成，可以立即下载到机器人中运行。4.2 流程图和jc代码编写4.2.1 流程图编写流程图是用一些图形表示各种操作的。用图形表示算法，直观形象，易于理解。流程图能够比较清楚地显示程序的逻辑关系，因此它是表示算法的较好工具

44、。一个流程图包括以下几个部分：表示相应操作的框；带箭头的流程线；框内外必要的文字说明。其中，“表示相应操作的框”有以下四种（见图4.1），流程图使用这四种图框，就能将编程的思想很好地体现出来。下面就通过一个具体的例子来认识流程图。例：在 50 名学生中，将成绩在80 分以上者的学号和成绩打印出来。流程图表示如图4.2所示。用常规的计算机编程语言（如c、fortran、java）编程，需要输入复杂的程序代码，并且编写的程序还要符合特定的语法。而流程图编程不需要记忆计算机语言的语法，不需要使用键盘输入程序代码，只需要按照“先作什么，后作什么”的设想，就可以编出程序。vjc正是按这个思想设计的。使用

45、vjc软件，学生们不用关心语言实现的细节，同时也有效避免了语法错误，有利于集中精力寻求解决问题的方法。图4.1 表示相应操作的四种图像图4.2 流程图vjc的流程图模型由几种基本形状的模块及带有箭头的方向线组成。vjc的模块包括：执行器模块（蓝色矩形）、单功能传感器模块（紫色平行四边形）、带判断功能的传感器模块(紫色菱形)、控制模块（红色菱形）和程序模块（黄色矩形或椭圆形）五种。vjc的主要模块图如下：图4.3 vjc的主要模块图 vjc流程图支持多任务程序、子程序调用、浮点数和整数、全局变量、简单表达式、复合条件判断以及循环嵌套等。 每一个模块都可以完成一定的功能。只要按清晰的思路连接这些模

46、块，就可以很快地完成一个程序的编写。红外通讯模块的流程图如下： 数据发送模块流程图 数据接收模块流程图4.2.2 jc代码编写 交互式c语言（简称jc）是用于能力风暴智能机器人的专用开发语言。 jc由两部分组成：编译环境和能力风暴操作系统asos。jc实现了标准c语言的一个子集，它包括控制语句（for，while，if else）、局部变量和全局变量、数组、指针、16位和32位整数以及32位浮点数。 jc不直接编译生成针对特定处理器的机器代码，而是先编译生成基于堆栈虚拟机的伪代码。然后这种伪代码由能力风暴操作系统解释执行。jc这种不寻常的编译方式有以下优点：（1）解释执行：允许检查运行错误。例

47、如：jc在运行时，数组下标的检查。（2）代码更精简：伪代码比机器代码更简短。（3）多任务：由于伪代码是完全基于堆栈的，进程状态完全由它的堆栈和程序计数器所决定。因此只需要装载新的堆栈指针和程序计数器就可以方便地实现任务切换。任务切换由操作系统处理，而不是编译器。jc与标准c对比有以下特点：jc语言是建立在ansi c标准上的。但是它们有些重要的区别。许多区别是因为jc比标准c更“安全”。例如，jc在运行时要检查数组下标，所以数组不能被变为指针，也不可以进行指针运算。另一些区别是由于jc的运行时间更短更高效。根据以上流程图生成的jc代码如下：数据发送程序：int gi_1=0;void main

48、() hold_serial(); int i_4; for(i_4=0;i_4255) i=0; share_serial;接收测试程序test_rev.jcvoid main() int i=1; hold_serial(); printf(“rev.n”); while(1) i=serial_getchar(); beef(); printf(“rev=%dn”,i); share_serial();启动数据接收机器人，运行数据测试程序，机器人处于数据数据接收状态;启动数据发送机器人，机器人开始发送数据，数据接收机器人接收到数据后会叫一声，然后将接收到得数据显示出来。第五章 结论 能力

49、风暴机器人上的红外通讯模块的设计内容至此基本结束。能力风暴智能机器人是上海“广茂达”公司开发的一款基于motorola单片机应用技术的专门面向教育的机器人。它的强大的扩展功能为我们提供了广阔的思维空间，我们可以充分发挥想象力和创造力来进行各模块的设计。要设计一个红外通讯模块，首先应对能力风暴机器人有一个全面的了解，了解它的身体结构及各部分的功能；其次，要仔细研究它的工作原理和单片机控制原理以及与单片机串口通讯有关的知识，为红外通讯模块的设计打好理论基础；再次，要充分运用各种渠道广泛搜集资料，对各种方案进行比较、筛选，确定最佳方案；最后，运用protel99 se软件绘出电路原理图并生成pcb板

50、。总体来说，红外通讯模块的设计对单片机和各种电子元器件的知识要求较高，只有掌握了这些知识，设计起来才会得心应手。我的整个设计是本着单片机系统设计的简单化原则来进行的，显的简单实用，软件编写也非常简单易懂。该红外通讯模块可以直接焊接到能力风暴机器人主单片机的主板上，地线和电源可以通过总线busa、busb获得，连线方便，简单实用。有了红外通讯模块，能力风暴机器人在足球比赛中相互之间可以通过通讯进行协作，使机器人更加智能，团队作用更加明显。总之，红外通讯模块的设计过程是一个理论和实践相结合的过程。要在老师的指导下不断学习，不断摸索，才能一步一步得出成果。谢辞经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声。回顾这半年的设计过程，有辛酸痛苦，也有充实快乐，总之让我学到了很多东西。这次毕业设计是对大学四年所学知识的一次