基于MATLAB的计算机控制系统仿真平台的设计毕业设计论文

北京理工大学2014届本科生毕业设计（论文）中文翻译基于AVR单片机软件控制系统设计的机器人摘要—随着智能控制快速发展的新原则，移动机器人在该领域已成为关注的焦点学者的机器人和自动化。机器人比赛活跃在世界各地和扩大。基于竞争的2008年亚太机器人大赛的要求和规则，在这个设计的竞赛机器人控制软件纸张。在控制系统中，对AVR单芯片计算机和C语言是用来实现直流电机的控制，舵伺服控制和路径规划的机器人。从整体的角度来看，结构的程序是明确的，能够满足竞赛机器人的控制要求。该计划也可以达到预期的功能。关键词—机器人；控制软件；AVR单片机；路径规划一.简介机器人是人工智能的最高体现自动化技术的发展和产品。机器人竞赛是活跃在世界各地，并扩大。这本文基于2008年亚太机器人大赛推出机器人研究。机器人的任务比赛要求和游戏规则是，抢夺的对象，这是把机器人的道路上线轨道顶部的支柱。这种设计的控制要求标准的网站，该机器人可以跟踪信号线稳定快，到达指定的位置，根据预定的方式，实现了一系列的抢夺等分配的变动。机器人控制系统本身是复杂。本文主要涉及软件控制。该整个控制系统分为以下任务：直流多舵控制，电机控制，路径规划和等。二．直流电动机的控制控制方案的选择这个设计使用两个DC电机作为系统驱动器控制机器人的运动的左和右轮。单片机控制电机的方法一般有两种：模拟控制和数字控制方法。数字控制方法是发出直接通过电机控制单元的具体指示单片机的串行端口，以实现相应的控制要求。目前市场上的电机配备相应的专业控制模块。该控制模块是一个包含指令译码，PID调节，光电编码器等模块，与良好的抗干扰性和控制精度高的优点。由于在系统上的限制条件下，如板，从稳定性和可靠性的考虑整个系统中，这样的设计选择的数字控制方法。B.单片机的串口通信的理论和流量电机控制的命令被存储在一个一维的数组。每次一控制电机，这是发送一个字符数组中的相应的控制器。完成这项工作是由AVR控制通用同步和异步串行接收器和转发器(USART)芯片。在此过程中，控制芯片和电机控制单元采用异步串行方式通信进行通信。控制芯片作为主计算机，而将电机控制单元作为数据接收终端。字符帧的格式是8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位，波特率为9600比特/秒。如USART内部包括一个波特率发生器，它的时钟输入是8分频或16分频系统时钟输入(取决于异步通信工作模式，以双倍的速度时模式是16分频，否则是8个频师)。数据传输模式进行选择查询。在发送数据缓冲寄存器，缓冲寄存器空标志位不停地发送查询。当此标志位为1，这意味着传输已经完成，下一个数据可以是传输。图1是串行的流程图沟通。三．多通道方向舵控制作为由需要控制的机器人手臂的多关节舵，MCU必须能够控制多声道舵。从脉冲宽度和舵角之间的相关性，我们可以看到，很短的脉冲宽度相对于脉冲周期和脉冲出现的时间是不不一定。只要在一个脉冲周期，脉冲出现在任何时间都能够满足要求。因此，我们可以通过产生不同的控制多通道舵在不同的时间在一个信号周期的输出脉冲。下面定时器溢出中断产生PWM6方向舵控制(此系统只使用2个方向舵)同时进行。我们想控制信号输出端口6方向舵分别端口C.0portc.5。高的时候电平分别是的Th0~~Th5的。控制步骤如下：拉端口C.0第一，定时器定时TH0。当定时器溢出引起中断，端口C.0上拉下来，而portc.1拉定时器时间Th1.Do这个过程中，一次又一次地直到portc.5拉低。然后定时器时间20毫秒(TH0+TH1+TH2+Th3的+Th4为+TH5)，并完成一个信号周期时序。方向舵控制值计算的流程图程序和方向舵控制程序图。图2和图3所示。图1.直流电动机的控制流程图。图2．舵控制值计算程序流程图图3．舵控制程序流程图四．路径规划无论机器人能够按照预先设定的路线走，关键的是，机器人可以采取直线和改变方向准确地按照控制的要求，并继续转动方向后沿直线行走。如果没有适当的算法，机器人会走明显'S'-形曲线，不仅影响速度，但也很容易偏离领先的线。机器人运动分为以下操作顺序：寻找信号线，直来直去，计算的数量网格位置，并改变方向。A.线追踪本设计采用三个传感器S1，S2，S3，以确保直来直去的机器人。这三个传感器分布在前面的机器人的三角形图案。当机器人移动前进，其前进的状态，决心通过这三个传感器的传感器的反馈值。当机器人有偏转，电机的速度指令进行的，以双方的电动机产生的速度差，并导致机器人回头向相反的方向引导网上。如机器人的速度快，这是很容易出现的三个从领先的线，这是无法一起传感器偏离进行调整。因此，我们设计状态存储变量s_flag记录调整过程。当机器人偏离了领先行的左边，MCU作出命令的速度差电机控制模块，使机器人移回的右侧，并分配一个值，以上面的状态变量同一时间(例如，1)。类似地，当机器人在偏离方向相反，将实施适当的行动，除了分配的另一个值(例如0)的状态变量以示区别。在调整过程中，机器人偏离一定的角度，因为调整滞后，虽然以电机。正如前面提到的外，所有三个传感器偏离领先行。然后，机器人会做出更大的调整的速度差异基于状态变量。调整的过程是，机器人将被作出了类似的行动，除了增加加快调整差别(完全停止电机)机器人重返领先行，当状态变量如图1所示，这表明，该机器人已作出调整有关在它的左边的偏差，但速度差异是不够的使机器人回到赛道。当状态变量0，调整过程可以类推。明细行跟踪处理流程示于图中.4。图4．在线跟踪流程图B.行计数机器人的定位是通过计算行，即通过记录十字交叉口完成号机器人通过。这个过程也被实现传感器。计数的线阵传感器安装在机器人的远处侧的轴，防止直引出线由于频繁的调整干扰计数线传感器机器人偏转的原因。在这个过程中，算法的选择是也是非常重要的。由于信号线的宽度达到30mm和扫描是一种快速的，它有可能重复计数，如果定时器每次计数传感器扫描黑线。传感器值不会跳以30mm的信号线。如果我们采用的上升或下降沿计数，定时器计数只有当传感器值从0到1，从1到0跳，所以我们可以防止出现迭代计数。线的流程图计数示于图.5。图5．行计数流程图C.旋转控制通过设置在两台电机指定机器人的转折点同样的速度，使机器人围绕斧中点两个电动机。机器人的转动方向和速度是由电动机。转向角的控制实现由前端的计数线传感器。以90度的大转弯例如。当机器人开始转动时，它使扫描前端在同一传感器。当传感器扫描信号线，这表示转折是在正确的地方，马达停止转动。至于转弯是否到位决定由前端传感器是否已检测到的信号线，时间开始扫描也是非常重要的。如果传感器是以上的信号线，在开始扫描时，机器人会不转。因此，它应该被延迟一段时间后再扫描。这是更好地延误，直至电机转动的一半角度。需要测试的具体时间根据速度。当的转动完成时，机器人的姿势有一些偏转由于惯性。当机器人行走直再次，所需的调整是比较大的，所以它是必要时作出轻微调整。调整实际上线追踪过程中低转速下。的流程图的转动控制示于图中.6和主流程图示于图.7。五．结论根据2008年比赛要求和规则亚太机器人大赛，控制软件本文设计的竞赛机器人。在控制系统，AVR单片机芯片的计算机语言和C语言用于实现直流电机的控制，舵伺服控制，并机器人的路径规划。从整体上看，程序结构清晰，能满足控制竞赛机器人的要求。该控制系统精确和稳定，这证明的有效性在该文献中的方法。图6．转向控制流程图图7．主程序流程图致谢本论文的工作是在我的导师扈书亮老师的悉心指导下完成的，扈书亮老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响，他那渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。扈书亮老师为人师表、和蔼可亲、心地善良，无时无刻不在影响着我，他身上总有一种无形的力量在鞭策着我。在此衷心地感谢扈书亮老师，感谢您一年来对我学习和生活上的关怀以及谆谆教导。本人在毕业设计过程中查阅了大量资料，在此对资料的