机器人课程设计说明书

1、机器人课程设计说明书指导教师:院系： 班级： 姓名： 学号：、课程设计的内容1、目的和意义机器人涉及机械、电子、传感、控制等多个领域和学科。本课程设计是在机器人学课程的基础上，利用多传感技术、控制技术实现机器人 控制系统的综合与应用，达到锻炼学生综合设计能力的目的。让我们把理 论与实践结合起来，掌握更多技能。2、设计内容（一）、机器人硬件本课程设计使用实验室已有的移动机器人。机器人有两个驱动轮、一个从动轮，驱动轮由舵机直接驱动。机器人控制器为 89S52单片机。机器人 结构图如图 1所示。图 1 机器人结构简图（二）、设计任务利用多传感器技术，实现对机器人的轨迹规划及控制。具体为：控制机器 人

2、在规定的场地内避开障碍物走遍整个场地。二 C51 单片机编程环境与机器人智能1、单片机与 C51 系列单片机（一）、单片机 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数 据处理能力的中央处理器 CPU随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器 / 计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉 宽调制电路、模拟多路、 A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一 个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪 80 年代，由当时的 4位、 8位单片机，发展到现在的 32 位 300M 的高速单片 机。（二）、 C51 系列单片机MCS

3、51 是指由美国 INTEL公司生产的一系列单片机的总称。这一系列 单片机包括了好些品种，如 8031， 8051，8751等，其中 8051 是最典型的 产品，该系列单片机都是在 8051 的基础上进行功能的增、 减、改变而来的。本课程设计所用的 AT89S52单片机是在此基础上改进而来的。 AT89S52 是一种高性能、低功耗的 8 位单片机，内含 8k 字节 ISP可反复擦写 1000 次的 FLASH只读程序存储器， 兼容标准 MCS51指令系统及其引脚结构， 在 实际工程应用中，功能强大的 AT89S52已成为许多高性价比嵌入式控制应 用系统的解决方案。2、机器人与 C51 单片机图

4、 3 是本设计使用的机器人工程对象，它采用 AT89S52单片机作为大脑，通过教学板安装在机器人底盘上，完成设计要求的基本能力，使他具 备基本的智能图 3 采用 C51 单片机的机器人3、所需软件我们将反复用到三款软件： Keil uVision2 IDE集成开发环境、 SL ISP下载软件、串口调试软件等。（一）、Keil uVision2 IDE集成开发环境该软件是德国 KEIL公司出品的 51 系列单片机 C 语言集成开发系统。 你可以在 KEIL公司的网站上获得该软件的安装包。（二）、 SL ISP软件下载工具该软件是广州天河双龙电子有限公司推出的一款 ISP 下载软件，使用该软件你可

5、以将可执行的文件下载到你的机器人单片机上。该软件的使用 需要你的计算机有并行口。你可以在双龙公司的网站中获得该软件。（三）、串口调试软件此软件是用来显示单片机与计算机的交互信息的。在硬件上你的计算 机至少要有串口或 USB接口来与单片机的教学板的串口连接。这个在实验 室中提供了该软件的绿色版本，无需安装即可使用。三、小车硬件安装过程1.安装机器人底盘硬件（1）将 13/32 英寸的橡胶套圈插到宝贝车底盘衷心的孔内。（2）确保底盘中心孔的边缘嵌在橡胶圈的凹槽中。（3）用 4 个螺丝将螺柱固定在底盘上。2.拆除舵机摆臂（1）用螺丝起子去掉舵机摆臂和电机输出轴之间的螺钉。（2）将舵机摆臂从电机输出轴

6、上取下来。（3）将螺丝钉保存好，而后还会用到 。将电机安装到底盘上（1）用盘头螺丝和螺母将舵机固定在底盘上。 为了最好的性能， 必须从里 面而不是从外面把电机放入巨型窗口。（ 2）用标签纸标识伺服电机的左右轮 。安装电池盒（1）用平头螺丝和螺母将电池盒固定在宝贝车机器人的底盘下面。（2）将螺丝穿过电池盒，然后在底盘上面用螺母紧固。（3）将电池盒的电源连接线穿过底盘中间带有橡胶圈的孔。（4）将伺服电机线也穿过此孔。（5）牌例伺服电机线和电源线。安装轮子（1）轮子的中心孔与底盘尾部的中心孔对准在一条水平线上。（2）将开口销同时穿过这三个孔（底盘左侧、尾轮、底盘右侧）（3）将开口销一端弯曲使它不会滑

7、出。（4）拉伸橡皮圈，把它套在每个轮子上。（5）每个轮子有一个凹槽用于把它安装到输出轴上。将两个轮子分 别在输出轴上，确保两个高度一致，并已安装进轮子的凹槽。（6）用螺丝钉将轮子固定在输出轴上。6 安装固定连接线 （1）连接伺服电机到教学底板上的电机接口处。（2）将贴着“L”（左轮驱动电机） 的插头连接到 PC3端口，贴着“R” 轮驱动电机）的插头连接到 PC端口。（3）确保面包板接近驱动轮而不是尾轮。（4）将主板放在四个支架上使其与四个孔对齐。（5）用盘头呆平垫螺丝将主板固定在螺柱上。四、C51+AVR控制板介绍概述：C51+AVR宝贝车控制板， 是鸥鹏科技有限公司开发的， 一款拥有 C51

8、 和 AVR功能的单片机控制板。 C51部分采用的是 AT89S52单片机 ,AVR部分采 用的是 ALTMEGA8的单片机。89S52的主要性能：与 MCS-51 单片机产品兼容8K 字节在系统可编程 Flash 存储器1000 次擦写周期 全静态操作： 0Hz33Hz 三级加密程序存储器 32 个可编程 I/O 口线 三个 16 位定时器 /计数器 八个中断源全双工 UART 串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符功能特性描述AT89S52 是一种低功耗、 高性能 CMOS8 位微控制器， 具有 8K 在系统 可编程 Flash 存储器。使用

9、 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造， 与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和 在系统 可编程 Flash ，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高 灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具 有 以 下 标 准 功 能 ： 8k 字 节Flash， 256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针， 三个 16 位定时器 / 计数器， 一个 6 向量 2 级中断结构， 全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。 另外，AT89S52

10、可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种 软件可选择节电模式。空闲模式下， CPU停止工作，允许 RAM 、定时器 / 计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡 器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 AVR的主要性能：高性能、低功耗的 8 位 AVR 微处理器先进的 RISC 结构 130 条指令。 大多数指令执行时间为单个时钟周期 32 个 8 位通用工作寄存器全静态工 作工作于 16 MHz 时性能高达 16 MIPS只需两个时钟周期的硬件乘法器非 易失性程序和数据存储器 8K 字节的系统内可编程 Flash 擦写寿命 : 10,00

11、0 次。具有独立锁定位的可选 Boot 代码区通过片上 Boot 程序实现系统内编 程真正的同时读写操作 512 字节的 EEPROM擦写寿命 : 100,000 次。 1K 字 节的片内 SRAM 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密外设特点 两个具有独立预分频器 8 位定时器 / 计数器 , 其中之一有比较功能。 一个 具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时器 / 计数器 具有独立 振荡器的实时计数器 RTC三通道 PWM，TQFP 与 MLF 封装的 8 路 ADC 8 路 10 位 ADC， PDIP 封装的 6 路 ADC，8 路 10 位 ADC，面向字节的两线接 口

12、 两个可编程的串行 USART可工作于主机 / 从机模式的 SPI 串行接口。具 有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器片内模拟比较器特殊的处理器特 点上电复位以及可编程的掉电检测片内经过标定的 RC 振荡器片内 / 片外 中断源 5 种睡眠模式 : 空闲模式、 ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电 模式及 Standby 模式。 I/O 和封装 23 个可编程的 I/O 口28 引脚 PDIP 封装 ,32 引脚 TQFP 封装 ,32 引脚 MLF 封装。工作电压 - (ATmega8L) - (ATmega8。) 速度等级 0 - 8 MHz (ATmega8L) 0 - 16 MHz (

13、ATmega8)4 Mhz 时功耗, 3V, 25C工作模式 : mA空闲模式 : mA 掉电模式 :图( 1)图（ 2）1电源插头：单片机供电1720pin 排母：AVRLCD显示块的 扩展接口。2三档拨动开关 :1、档关 2、单 片机供电3、舵机供电。18IO 扩展口舵机插口：舵机与AVR单片机的连接。3C51ISP下载口： 并口下载 HEX 文件。19AVR扩展口。4C51单片机供电跳线。20扩展面包板。5三端稳压器：提供稳定的 5V 电源21电源指示灯：显示控制板是否通电。6电源选择跳线： 当跳线帽连接 到 Vin 的时候舵机的供电电源22C51单片机电源显示灯： 用于C51单片机通电

14、反馈。是输入电压电源， 当跳线帽连 接到 Vcc，舵机的供电电源是 5V。7舵机连接插头： 舵机与 C51单23AVR单片机电源显示灯： 用于片机的连接。AVR单片机通电反馈。8C51单片机的 IO 扩展口。24轻触开关：用于 C51 单片机复位。920pin 排母：C51LCD显示块的25晶振：给 C51 单片机提供时钟扩展接口信号。1MAX232 通信 IC：用于 PC 机26晶振：给 AVR 单片机提供时0与单片机进行异步串行通信。钟信号。1DB9母头： PC机和 C51 系列27轻触开关：用于 AVR 单片机1的单片机的异步串行通信。复位。1C51 系列单片机： AT89S52，28舵机和滚轮：宝贝车的运动执2TOFP封装。行器件1AVRISP下载口：并口下载 HEX29宝贝车的支架。3文件。14AVR单片机供电跳线。1AVR系列单片机 28脚 PDIP封5装。1DB9母头： PC机和 AVR系列6的单片机的异步串行通信。五、软件编程设计任务一、基本巡航动作定义了机器人的前后左右四个方向：当机器人向前走时，它将走向本页纸 的右边；当向后走时，会走向纸的左边；向左转会使其向纸的顶端移动；向右转它 会朝着本页纸的底端移