巡线机器人的设计

I 4 6 8 8 8 9 9 0 0 0 4 6 8 82 9 9 9 9 核心主板........................... 2 2 2 2 31.1设计背景4本设计要求巡线机器人在白色的场地上，通过控制机器人的转向角度和车速，使机器人能自动地沿着一条任意给定的黑色带状引导线行驶。在本设计中巡线机器人接收到红外遥控器或键盘给出的开始及目标位置信5……号轨道，LLG检测2、4、6……号轨道，实现既定轨道块化设计，系统总体逻辑结构框架图如图1-1所示。转向系统转向系统检测状态系统避障系统巡线系统调速系统初始化56该探测地面黑线的原理是：光线照射到地面并反射，由于黑线和白纸的反射系的示意图如图2-1所示。图2-2黑线探测原理图本电路(如图2-2)利用红外传感器在不同路面环境的条件下光线是否反射在正常状态下每个红外传感器感光量相同，通过调节变阻器，使得电压输出7变化送到单片机控制机器人的调整方向。只有红外传感器进入黑色引导线内才能2.3避障系统根据要求我对以下方案中进行了比较。方案一采用激光传感器测距。能非常准确地测出小车与障碍物的距离，但价格也高，处理复杂，不符合我方案二采用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷方案。方案三采用左右两个红外传感器。红外传感器，是目前使用比较普遍的一两个红外传感器的检测距离为10—80cm,开关量输出(TTL电平),简单、可靠。我们采用这种电路，能可靠地检测左前方、右前方、前方的障碍情况，为成功避图2-3红外发射及接收处理电路8方案一采用液晶显示屏，其能耗相对较低，又称LCD,它是由一定数量的彩(1)低辐射，益健康；(3)画面柔和不伤眼；LCD1602可以显示32个字符(共两行)液晶模块。其管脚接口如图2-4所Lcd1602RAM地址映射图如图2-5所示，其控制器内部带有80×8位(80字节)的RAM缓冲区，对应关系如：图2-5所示。=m2读状态9图2-5LCD1602RAM地址映射图放弃了此方案。我们所选用的直流电机减速比为1:48,减min能够较好的满足系统的要求，因此选择了此方案。2.5.2电机驱动系统方案一各种传感器信号经过单片机处理后，经过驱动芯片L293D,驱动小车控制实现小车的加、减速，电路原理图如图2-6。方案二直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，因此本设计选用了方案一。图2-6L293D电路原理图89C52单片机虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。89C52单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式s]。本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2MHz到12MHz振荡晶体选择11.0592MHz,电容选择22pF。在设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充频率用11.0592MHz时C9取0.1μF,R7取10KQ。图2-789S52单片机复位电路键1,巡线机器人将按1号路径行驶，输入按键2,巡线机器人将按2号路径行红外遥控是目前使用最广的一种遥控手段。红外线遥控装置具有体积小、功红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其他电器设备。由于其无法穿透容易，可进行多路遥控。其遥控范围为4-6米，接收灵敏可靠，抗干扰能力强。巡红外发射电路，红外接收电路及控制部分。结构框图如图2-8所示。2.9语音系统器人，连续响两声为前方有障碍，连续响三声为到达指定位置[2]。电路原理图如图2-9所示。系统接收部分(一体化红外接收头)按键部分控制部分发射部分A遥控部分B接收部分图2-8红外遥控电路框图(A)发射电路框图(B)接收电路框图图2-9语音模块电路原理图图2-10主板电路总原理图下图2-10主板电路总原理图下Ⅲ987654321P1.P4.0图6PRESTP32要4459B55U1写五S4H4q78q78h01…7…四R7PRX晶振k1GND电源开关CINJ+220uF1104P3.2(NT0)P26A14P2C(A8)单片机最小系统(定时系统)A02代口11iNDNDINIIN413GNDGNDP6N2IN3J8(11(1115071红外遥控返回按键器2121521mWm2222PKV2P0OAEmOV4=2rD57一57一421N(r⁶C巡线系统巡线机器人系统要求巡线机器人在白色的场地上,通过控制机器人的转向角度和车速,使机器人能自动地沿着一条任意给定的黑色带状引导线行驶并识别每一个节点信息，直至到达指定位置，待接收到返回信息后，180°转弯并原路返3软件设计按遥控器电源键启动机器人显示系统,显示“Hellowelcome”，按遥控键始巡线行驶，到达左侧第一个轨道处，机器人开始向左转75°,开始巡线进入1hands"等待返回键键值，当按下返回键后，机器人180°转弯继续巡线行驶，在检测到主轨道时，右转75°,向前巡线行驶，进入主轨道，直到检测到起始位置，机器人180度转弯后停止运动。在机器人运动的全程中避障系统一直起开始开始左转进入单号轨道转180°前进结束轨道图3-1主程序简要逻辑流程图3.2路径选取子程序行检测，利用定时器T2进行1ms定时，独立于其他子程序，其规则是等待传感器当一个状态跳转到另外一个状态时LGCOUNT++,这样就完成了路径的识别，左侧和右侧传感器分别计数，由主程序判断路径值，如路径1的判LLGCOUNT!=1”,进入1号路径后，由主程序置LLGCOUNT值为0,到弯道时向右拐75°,然后再由主程序置LLGCOUNT值为0,到达起始位置时LLGCOUNT值为1,再由主程序置LLGCOUNT值为0,停止此次任务。是是控数据接收信号谢否是否否否是是是进入返回程序否接收键盘或遥接收信号为结束是是显示相应文字否图3-3LCD1602液晶显示流程图巡线子程序的逻辑流程图如图3-4所示。开始开始机器人向前走传感器否传感器是机器人向右走传感器是机器人停止运动结束是机器人向后走是机器人向前走是机器人向左走传感器传感器否否否图3-4巡线子程序逻辑流程图PWM的波形图如图3-5所示。PWM调速子程序逻辑流程图如图3-6所示。定时器1ms是_否结束是 3.6避障子程序避障子程序的逻辑流程图如图3-7所示。机器人向左走机器人向左走否是机器人停止运动结束是否传感器是开始机器人向前走传感器是机器人向前走否否开始传感器机器人向前走传感器LGcount++LB1=1&&RB2=0传感器否是是机器人停止运动传感器等待返回按键值机器人向前走结束是是否否_3.890°、180°转弯子程序线即完成90°转弯。180°转弯同90°转弯。图4-1轨道形状4.1.1核心主板根据设计要求，绘制所能完成设计功能的电路原理图，选择购买元器件，根机器人框架根据实际需要制作，首先确定要完成品图如图4-2所示。图4-2巡线机器人成品正面(左)和反面(右)图4-3巡线机器人主板PCB正面(左)和反面(右)422机器人框架由于硬件电路模块比较多，结构复杂，不可能第一步就进行联机调试。在进行硬件功能调试以前，先对硬件电路调试和检查。首先要检查电路板，看看电路板即断开电源，再次进行电路检查，纠正错误。直到电路各器件在上电工作情况下无异常反应。确保电路设计正确后，进行分模块调试。5.2.1驱动电路及动力系统22334565678122334565678图5-1EN1IN1IN4OUT1OUT4GNDGNDGNDOUT3OUT2OUT3IN2IN39VCC2EN29EN1IN1IN4GNDGNDGNDGND驱动电路是巡线机器人控制系统中非常重要的部分，这部分如果不能正常工作，巡线机器人也就失去了应有的意义。驱动电路模块调试连接方法如图5-1所示。因为这部分电路用到7.2V的直流电，调试时一定要注意，待所有的线路连图5-2PWM波形图此系统调试将用单独的巡线程序进行调试，调试时，巡线轨道也应设计好，若机器人可以沿轨道完成直线及曲线行驶，则此系统调试成功，否则调整传感器位置或巡线轨道形状。6结论朱涛.基于STC89C52单片机的智能循迹小车设计[J].电脑知识与技术,2011（31）:7751-7753+7758.报,2010（05）:1232-1236.张梅美,孙凤英.自动循迹搬运车控制系统设计[J].现代科学仪器,2013（01）:111-114.JuanCortés,ThierrySiméon.DISASSEMBLYPATHPLANNINGFOROBJECTSWITHARTICULATEDPARTS[J].IFACProceedingsVolumes,20：002.附录1电路原理图附录1电路原理图J川196阿P3.門145U路P0P.34P2.BVVSREST+CIGND4CtC电源开关REST9四2P2.1(A9)2211一10"WcvEm2VO10CVPC22P 峰鸣器峰鸣器OOV4.X98D=2=2nX2M16VCCENLVCC3iNDGNDGiNDT6OTT10P16N2IN39C²EN28巡线系统附录2PCB覆铜3D新农大