巡线机器人的设计

目 录摘要 11绪论 2设计背景 2设计现状 2设计内容 22方案设计与论证 3核心系统 3巡线系统 4避障系统 5显示系统 6动力系统 82.5.1电机 8电机驱动系统 8时钟电路 9复位电路 9外界信息输入系统 102.8.1独立键盘 10红外线遥控器 102.9语音系统 112.10总体设计 113软件设计 133.1主程序 13路径选取子程序 14显示子程序 15巡线子程序 16PWM调速子程序 17避障子程序 18路径识别子程序 18IPAGE36PAGE363.890°、180°转弯子程序 193.9返回子程序 194机器人制作与改进 194.1制作流程 194.1.1核心主板 204.1.2机器人框架 204.2制作中出现的问题及改进结果 214.2.1PCB板 214.2.2机器人框架 215系统测试及数据记录 215.1调试步骤 225.2模块调试 225.2.1驱动电路及动力系统 225.2.2巡线系统 235.2.3避障系统 235.3整体调试 236结论 24参考文献 25谢辞 26附录1电路原理图 27附录2PCB覆铜3D图 28附录3源程序 29巡线机器人的设计能。关键字：巡线机器人；单片机；控制系统designofAbstract:Thisdesignmadeasingle-chipmicrocomputerasthecorecontrolunit,withinfraredelectricsensorforautomaticpatrolintelligentdetectionmeansreturnmodeltherobot.Thisdesignusingtheinfraredsensorandelectricalgroupstatusinformationacquisitionpath,thepulsesignalbysinglechipmicrocomputercontrolmethodchangethedirectionofmotorspeed,shortentheintelligentrobotcontrolresponsefinallyrealizesthepatrolrobotautonomousrecognitionwithintheprescribedpathroute,drivingfast,accuratereturn;Inthesensorsignalandsoftwarerealizationpathdetermination,achievedgoodrecognitionperformanceofthepath.keywords:Inspectionrobot；MCU；Control绪论设计背景域。设计现状设计内容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I/OI/ORLG_count=1LLG_count=1135……246……FH1-1检测状态系统检测状态系统避障系统巡线系统PWM调速系统初始化电源系统转向系统图1-1 系统总体逻辑结构框架图方案设计与论证[1]的各项要求。核心系统定了以下两种方案并进行了综合的比较论证，具体如下：[2]。STC89C52各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。目的设计要求，因此采用方案二来实现。巡线系统ST比较可靠，因此采用方案二[3]。STST18830K[4]。2-1单片机红外管单片机红外管传感器单片机红外管传感器图2-1 黑线探测示意图(黑色引导线上的两个白点为红外传感器)图2-2 黑线探测原理图（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，使得电压输出避障系统[5]2-3R23、R2410—80cm，开关量输出（TTL电平的障碍情况，为成功避障提供了保证。1 1 2C2274HC14 U7CVCC34R213K956 R2322pF 38KC241M5021K74HC14 P1.1R18R22 1N4483K9974HC14U7D8R245021K2200pF12KP1.0 D774HC141N4148VCCD8R1947R13R14R203K9IRL100Q2Q3100C15100uFp1.290129012J8123图2-3123显示系统目前市场上存在两种显示模块，我对两种显示模块进行了比较，具体如下：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色或黑白像素组构成。LCDLCDLCDLCDLCDLCDCRT[6]。其优点包括：低辐射，益健康；CRT画面柔和不伤眼；液晶显示屏画面不会闪烁；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所示。Lcd1602RAM2-580×8（80节）RAM2-5图2-4 LCD1602显示模块电路图LCD基本操作时序：如表2-1所示。表2-1 LCD基本操作时序读状态输入：RS=L,RW=H,E=H输出：D0-D7=状态字写指令输入：RS=L,RW=L,D0-D7=指令E=高脉冲输出：无读数据输入：RS=H,RW=H,E=H输出：D0-D7=数据写数据输入：RS=H,RW=L,D0-D7=数据，E=高脉冲输出：无图2-5 LCD1602RAM地址映射图方案二采用LED数码管进行显示。数码管由于显示速度快，使用简单，显示通过比较我选定了方案一，用LCD进行机器人的状态显示。动力系统电机十分重要。由于本设计要实现对路径的准确定位，综合考虑了以下两种方案。减速齿轮组，可以产生大扭力。208r/min6cm，因此我们的机器人的最大速度可以达到V=2πr•v=2*3.14*0.033*208/60=0.7184m/s能够较好的满足系统的要求，因此选择了此方案。电机驱动系统方案并进行了综合的比较论证L293DL293D2-6。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2-6 L293D电路原理图时钟电路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[8]。XTAL1、XTAL21.2MHzC220pF100pF11.0592MHz,22pF。NPO复位电路89S52RSTS5P2,电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式[9]。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VCC1ms,11.0592MHzC90.1μF,R710KΩ。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计即采用的按键手动复位。RSTVCC2-711.0592MHz时，C90.1μF,R710KΩ。图2-7 89S52单片机复位电路外界信息输入系统独立键盘1，12，2I/O红外线遥控器都采用了红外遥控系统。4—6/解码专用集成电[11]2-8语音系统[12]2-9电源稳压系统按键部分控制部分发射部分接收部分电源稳压系统按键部分控制部分发射部分接收部分(一体化红外接收头)单片机89C52A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总体设计成。图2-10 主板电路总原理图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2-10软件设计巡线机器人系统设计中占重要地位。要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制机器人巡线。立的程序段，这种程序设计方法叫模块程序设计法[13]。模块程序设计法的主要优点是：单个模块比起一个完整的程序易编写及调试；模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。﹑线子程序、PWM调速子程序、避障子程序、路径识别子程序、90°、180°转弯子程序以及定时子程序、中断子程序构成。主程序按遥控器电源键启动机器人显示系统,显示“Hellowelcome“1”12”23”311seemyhands”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180obstruction开始启动显示程序进入相应轨道（障碍物，受阻）”同时蜂鸣器连续响两声[14]。简要程序流程如图3-1所示。开始启动显示程序进入相应轨道右转进入双号左转进入单号轨道轨道检测到停止线检测到停止线等待按键转180°等待按键转180°前进结束转弯进入主道图3-1 主程序简要逻辑流程图路径选取子程序JQR.HT21msLG_COUNT++，这样就完成了路径的识别，左1“LLG_COUNT1LLG_COUNTLLG_COUNT0，LLG_COUNT1，再由LLG_COUNT0，停止此次任务[15]。简要逻辑流程图如图3-2所示。开始接收键盘或遥控数据开始接收键盘或遥控数据接收信号为45否是启动机器人显示进入1号路径是是接收信号为18否是接收信号为0C否是接收信号为5E否是接收信号为08否接收键盘或遥控数据是接收信号为1C显示子程序

图3-2 根据用户输入选取路径结束进入结束进入5号路径进入返回程序进入4号路径进入3号路径进入2号路径显示子程序的逻辑流程图如图3-3所示。开始开始否是否显示是主程序中结束显示相应文字结束显示相应文字图3-3 LCD1602液晶显示流程图巡线子程序巡线子程序的逻辑流程图如图3-4所示。开始开始传感器传感器 否LB2=1&&RB1=1传感器LB2=0&&RB1=1否传感器LB2=1&&RB1=0否传感器LB2=0&&RB1=0否是是是是传感器LB1=1&&RB2=1是机器人向前走机器人向右走机器人向左走机器人向后走机器人向前走结束机器人停止运动图3-4 结束机器人停止运动PWM调速子程序PWM的波形图如图3-5所示。图3-5 PWM波形PWM调速子程序逻辑流程图如图3-6所示。设置初始值sudu设置初始值sudu开始开始否否是Pwm_val<=suduPwm_val==10是否结束Pwm=0Pwm=1Pwm_val=0定时器1mspwm_val自加图3-6 PWM调速子程序逻辑流程图避障子程序避障子程序的逻辑流程图如图3-7所示。开始开始是是传感器LBZ1=1&&RBZ=0否否是否停止运动否传感器LBZ1=0&&RBZ=0传感器LBZ1=0&&RBZ=1是是是机器人向右走结束机器人停止运动机器人向前走机器人向左走机器人向前走

避障子程序逻辑流程图路径识别子程序的逻辑流程图如图3-8所示。开始开始否否传感器LB1=0&&RB2=0是否传感器LB2=1&&RB1=1否传感器LB1=1&&RB2=0是否是传感器LB1=0&&RB2=1是结束等待返回按键值LG_count=0FH=1机器人停止运动显示seemyhands机器人向前走LG_count++LG_count++机器人向前走图3-8 路径识别子程序逻辑流程图3.890°、180°转弯子程序20ms75°90°转弯。180°90°转弯。3.9返回子程序YFHZ==1N由主程序给FHZ赋值返回子程序启动YFHZ==1N由主程序给FHZ赋值返回子程序启动开始开始FHZ=0FHZ=0返回遇到主轨道左转90°遇到主轨道右转90°图3-9 返回子程序逻辑流程图机器人制作与改进制作流程4-15543210图4-1 轨道形状核心主板PCB机器人框架4-2图4-2 巡线机器人成品正面（左）和反面（右）制作中出现的问题及改进结果PCBPCBProtelAltiumaltiumdesignerPCBPCB4-3图4-3 巡线机器人主板PCB正面（左）和反面（右）机器人框架所示[16]。系统测试及数据记录再联起来整体调试的方法进行调试。调试步骤系统调试步骤如下：（1）驱动电路模块调试；（2）动力系统；（3）巡线系统的调试；（4）避障系统的调试；（5）路径选取、识别系统的调试；（6）试。模块调试驱动电路及动力系统图5-1 驱动电路模块线路连接图5-17.2VPWMPWMPWMPWM图5-2 PWM波形图巡线系统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。避障系统接收模块调试同巡线、避障系统调试，单独调试，直至调试完成。整体调试整个系统综合有如下几个特点：（1）89S51如显示、外部中断等；（2）在电路的设计中充分考虑了系统的可靠性和安全性。经过实验测试，精心改进，最终达到设计的各项要求，动态性能也达到较高指标。记录，进而对传感器位置及程序做出改进，以达到最优效果。结论本系统能实现如下功能：和弧形轨道的前进。若有偏离，能够自动纠正，返回到预设轨道上来；障碍物，从无障碍区通过。机器人通过障碍区后，能够自动循迹；自动检测停止线并自动停止运动；巡线机器人在收到返回信号后，可以沿轨道原路返回并回归原位。统的软硬件采用模块化设计，扩展性强，应用前景广阔。参考文献张岩,裴晓敏,付韶彬.基于单片机的智能循迹小车设计[J].术,2014（03）:51-54.郝永江,王春军,秦明明,柳理定,代超.智能餐厅服务系统机器人设计[J].技视界,2014（07）:57-58.[J].教育教学论坛,2014（20）:150-151.吕雯.多路径循迹控制策略的研究[D].上海师范大学,2014.[5]盛任.循迹机器人控制系统的软硬件设计[D].郑州大学,2013.顾群,蒲双雷.基于单片机的智能小车避障循迹系统设计[J].用,2012（05）:23.薛红,尹廷辉,苏勇,倪雪.循迹智能小车的系统设计[J].军事通信技术,2012（03）:72-75.李波,杨卫,张文栋,黄伟.一种智能小车自主寻/循迹系统设计[J].量与控制,2012（10）:2798-2801.辛昕.循迹机器人控制器的硬件设计与实现[D].大连理工大学,2013.[10]林家铸,陈惠静.送餐机器人的制作[J].电子制作,2011（02）:8-13.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.张立勋,李彦涛,高峻,刘富强.助餐机器人轨迹规划研究[J].系统仿真学报,2010（05）:1232-1236.陈华伟,熊慧.智能循迹小车硬件设计及路径识别算法[J].式系统应用,2010（12）:26-28+31.[J].电子设计工程,2013（23）:178-180+184.张梅美,孙凤英.自动循迹搬运车控制系统设计.现代科学仪器,2013（01）:111-114.JuanCortés,ThierrySiméon.DISASSEMBLYPATHPLANNINGFOROBJECTSWITHARTICULATEDPARTS[J].IFACProceedingsVolumes,2007：402.附录1电路原理图电路原理图附录2PCB覆铜3D图PCB覆铜3D正面图附录3源程序源程序中只截取了主程序#include<AT89x52.H>#include<JQR.H>#include<LCD.H> voidmain(void){ intb=0; TIM12Inital();TIM2Inital(); delay(50); if(IrOK!=1) while(Im[2]!=0x45); BUZZ=0; delay(30); BUZZ=1; IrOK=0; delay(10); xs(welcome,kong); while(1)/*无限循环*/ { if(IrOK==1){switch(Im[2]) { case0x46:{//菜单 xs(caidan,set); while(Im[2]!=0x43){ if(IrOK==1) { switch(Im[2]) { case0x16:{ //0 sudu=0; xs(caidan,sd0); }break; case0x0C:{ //1 sudu=1; xs(caidan,sd1); }break; case0x18:{ //2 sudu=2; xs(caidan,sd2); }break; case0x5e:{ //3 sudu=3; xs(caidan,sd3); }break; case0x08:{ //4 sudu=4; xs(caidan,sd4); }break; case0x1c:{ //5 sudu=5; xs(caidan,sd5); }break; case0x5a:{ //6 sudu=6; xs(caidan,sd6); }break;case0x42:{ //7 sudu=7; xs(caidan,sd7); }break; case0x52:{ //8 sudu=8; xs(caidan,sd8); }break;case0x4a:{ //9 sudu=9; xs(caidan,sd9); }break; case0x0d:{ //ok xs(an,kong); }break;default:{//其它 }break; } IrOK=0; }} xs(luxian,shaodeng); }break; case0x47:{ //音量 }break; case0x44:{ //模式 xs(welcome,ceshi); while(Im[2]!=0x43){ if(IrOK==1) switch(Im[2]) switch(Im[2]) { case0x40:{ //+ run2(); }break; case0x07:{//左 leftrun(); }break; case0xd9:{ //右 rightrun(); }break; case0x15:{ //停 stop(3); }break; case0x0d:{ //ok xs(an,kong); }break; default:{//其它 }break; } IrOK=0; } } xs(luxian,shaodeng); }break; case0x43:{ //返回 }break; case0x0d:{ //ok }break; case0x19:{ //-backrun();}break; case0x0C:{ //1 xs(welcome,lujing1); if(RLG_count>1) { Left_dianji_Stop; Right_dianji_Stop; xs(cuowu,help); xiang(3); break;} run(); delay(1); sudu=4; while(!b) { if(RLG_count!=1) run(); if(RLG_count==1)//1号轨道右侧第一个的轨道 {stop(3); rightrun90(); stop(3); xs(welcome,lujing1); sudu=5; RLG_count=0; b=1; }} run1(7);//7,8case0x18:{ //2 xs(welcome,lujing1); if(LLG_count>1) { Left_dianji_Stop; Right_dianji_Stop; xs(cuowu,help); xiang(3); break;} run(); delay(1); sudu=4; while(!b) { if(LLG_count!=1) run(); if(LLG_count==1)//2号轨道左侧第一个的轨道 {stop(3); leftrun90(); stop(3); xs(welcome,lujing2); sudu=5; LLG_count=0; b=1; }} run1(8);//7,8 }break;case0x5e:{ //3 xs(welcome,lujing1); if(RLG_count>2) { Left_dianji_Stop; Right_dianji_Stop; xs(cuowu,help); xiang(3); break;} run(); delay(1); sudu=4; while(!b) { if(RLG_count!=2) run(); if(RLG_count==2)//3号轨道右侧第二个的轨道 {stop(3); rightrun90(); stop(3); xs(welcome,lujing1); sudu=5; RLG_count=0; b=1; run1(7);//7 run1(7);//7,8 }break;case0x08:{ //4 xs(welcome,lujing4); if(LLG_count>1) { Left_dianji_Stop; Right_dianji_Stop; xs(cuowu,help); xiang(3); break;} run(); delay(1); sudu=4; while(!b) { if(LLG_count!=2) run(); if(LLG_count==2)//4号轨道左侧第二个的轨道 {stop(3); leftrun90(); stop(3); xs(welcome,lujing4); sudu=5; LLG_count=0; b=1;}} run1(8);//7,8 }break; case0x1c:{ //5 xs(welcome,lujing5); if(RLG_count>3) { Left_dianji_Stop; Right_dianji_Stop; xs(cuowu,help); xiang(3); break;} run(); delay(1); sudu=4; while(!b) { if(RLG_count!=3) { if(RLG_count!=3) run(); {stop(3); rightrun90(); stop(3); xs(welcome,lujing5); sudu=5; RLG_count=0; b=1; }} run1(7);//7,8 }break;case0x5a:{ //6 xs(welcome,lujing6); if(LLG_count>3) { Left_dianji_Stop; Right_dianji_Stop; xs(cuowu,help); xiang(3); break;} run(); delay(1); sudu=4; while(!b) { if(LLG_count!=3) run(); if(LLG_count==3)//6号轨道左侧第三个的轨道 {stop(3); leftrun90(); stop(3); xs(welcome,lujing6); sudu=5; LLG_count=0; b=1; run1(8);//7,8 }break;case0x42:{ //7 xs(welcome,lujing1); if(RLG_count>4) { Left_dianji_Stop; Right_dianji_Stop; xs(cuowu,help); xiang(3); break;} run(); delay(1); sudu=4;while(!b) { if(RLG_count!=4) run(); if(RLG_count==4)//7号轨道右侧第四个的轨道 {stop(3); ri