轮式机器人控制器设计

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1、目录内容摘要1一、课题分析与方案论证……………………………………２1．课题分析22．各模块设计方案………………………………………………　３二、硬件系统设计３1整机系统构成…………………………………………………３2系统各模块电路的设计………………………………………４三、软件系统设计……………………………………………９红外接收模块1、红外解码程序设计…………………………………………９2、控制器控制程序……………………………………………１０四．系统各模块制作、整机测试………………………１５五、结束语………………

2、………………………………1616轮式机器人控制器设计[内容摘要]毕业设计中采用轮式机器人控制器做为制作课题，遥控器发出红外学号，控制通过红外接收器接收倒红外信号后，对信号进行解码，并以存储的代码进行比较，确定指令的含义，采用PWM技术动态控制电机的转速和转向，利用继电器接触电阻基本为零来提高电机的运动能力，以实现前进、后退、左转、右转及发声等功能。控制系统采用的是AT89S51单片机，编程语言使用的是汇编语言，动力系统使用的是伺服马达，能源系统使用的是9V电池。[关键词]PWMAT89S51伺服马达能源系

3、统一、课题分析与方案论证1．课题分析：根据课题要求基于自动控制的基本原理，利用红外遥控与传感器的协调配合，以实现前进、后退、左转、右转及发声等功能的机器人控制器。依据课题本设计中应该具有电机模块，电机驱动模块，转速测量模块，电源模块以及单片机模块。由于本设计属于移动性高精度实时控制领域，因此各模块必须具有精度高，智能控制等诸多性能要求16控制器模块红外遥控（信号采集）A/D转化无线发射模块显示模块无线接收模块控制器模块显示模块2电机（左）电机（右）转速测量模块16系统整体框图2．各模块设计方案（1）电机模

4、块采用直流电机控制，只要两个电机电压相等即可基本上实现直线运动，采用PWM技术动态控制电机的转速和转向，以实现前进、后退、左转、右转及发声等功能。（2）电机驱动模块采用脉冲宽度调节来控制电机，通过H桥驱动电路来驱动电机，达到电机旋转方向和旋转速度的控制，满足控制器调速，变向的需要。（3）转速测量模块采用红外发射-接收管。通过测量车轮在行驶过程中所转的圈数，在乘以车轮的周长，就可以得到车的16行驶距离，在车轮上描绘黑白两种颜色，两者对红外的反射程度不同，则可以得到高低不平的脉冲信号，通过单片机记数，就可得到

5、车轮所转的圈数，从而得到车速和距离。（4）红外遥控模块用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路二　硬件系统设计1．整机系统构成经过以上分析和各模块的方案论证，得出系统的基本硬件结构，在结合AT89S51单片机的控制，即可得到系统框图。控制器模块电源转速测量模块遥控模块电机驱动模块电机模块2．系统各模块电路的设计（1）控制器单片机模块遥控器器端单片机选择的AT89S51为

6、ATMEL所生产的可烧录清除的与8051相兼容的单片机芯片，其内部程序代码容量为4KB，电路详见附图。²片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至12MHz）²内部程式存储器（ROM）为4KB²外部数据存储器可扩充至64KB²32条双向输入输出线，且每条均可以单独做I/O的控制²5个中断向量源²2组独立的16位定时器²1个全多工串行通信端口²8751及8752单芯片具有数据保密的功能16²单芯片提供位逻辑运算指令A/D时钟可由两种方式提供：MCU时钟和RC振荡时钟。考虑到RC振荡会产生25％的误差，我们选择

7、了以MCU时钟作为时钟源。外部晶振选择的是11.0529MHz,A/D转换时间可以达到16.8μs。A/D转换精度还被应用中其它处产生的噪声电源噪声和电源调节噪声所影响，由于的电源端还用作A/D的电源和参考电压，因此电源对A/D读取精度有着非常直接的影响。我们选用了右图的7805作为稳压器，它能提供稳定的5V电压，完全可以满足A/D转换对电源的要求。单片机I/0资源分配表：P1.0控制左电机转速P1.1控制右电机转速P3.2控制红外线IR信号输入位引脚定义P3.4控制压电喇叭引脚定义P3.7控制发光二极管

8、引脚定义（2）电机驱动模块电机驱动采用的是由MOSFET管构成的H桥驱动，使用门电路实现互锁，从而避免造成MOSFET短路。因为需要支持12V的电机工作电压，互锁逻辑输出差一级反向，所以控制MOSFET使用双极性三极管9013（如果不使用9013，则需要选用逻辑电平控制的MOSFET）。如下图所示，PWM控制电机的转速，考虑到电机的启动需要一定的占空比（设对应的CCAPH为T3），当启动电机时我们送入CCAPH的值必须大于T3