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1、目录第1章绪论11.1课题背景11.1.1机器人发展概述11.2.2移动机器人的发展概述21.2课题目的和意义31.3论文内容以及各章安排3第2章总体系统概述52.1机器人控制系统52.2机器人驱动系统52.3机器人巡线系统62.4单片机控制程序7第3章机器人硬件设计83.1控制系统83.1.1SPCE061A单片机功能、结构及其特点83.1.2SPCE061A外围电路设置103.2驱动系统硬件设计133.2.1电机的选择133.2.2直流电机的工作特性143.2.3电机驱动电路设计153.2.4脉冲宽度调制(速度控
2、制)193.2.5驱动机构的设计203.3巡线系统硬件设计203.3.1巡线方式的选择203.3.2红外反射式光电传感器工作原理213.3.3巡线系统电路设计233.3.4巡线机构的设计253.4人机接口263.4.1按键控制263.4.2LED显示26第4章机器人软件设计284.1软件开发环境简介284.2控制程序设计284.2.1I/O接口功能设定284.2.2程序流程284.3动态阈值算法及其实现304.4通过软件避免直通短路31第5章系统调试335.1巡线系统测试335.2整体系统调试34总结35绪论随着社会
3、发展，人民生活水平不断提高，信息化，智能化技术渗透于人们生活的各个角落，机器人进入到我们的生活中，机器人慢慢进入我们的生活中，各式各样的机器人应用与社会，帮助人们完成各种工作，可以提高工作效率，减少劳动力等。从应用环境出发，机器人分为工业机器人和特种机器人。工业机器人就是面向工业领域德的多关节机械手或多自由度机器人，而特种机器人则是除外工业机器人之外的，用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括服务机器人，水下机器人，娱乐机器人，军用机器人等等。本文涉及的机器人属于特种机器人，可以寻找曲线或方格运行，可用于工业生
4、产中产品运送智能导航以及其他科学探索领域。第一章总体系统概述1.1机器人控制系统机器人控制系统由主控制电路模块、存储器模块、光电检测模块、电机及舵机驱动模块等部分组成，控制系统的框图如图1.1.1所示为机器人控制系统框图。图1.1.1机器人系统控制框图在机器人控制系统中．需要控制多个电动机和行程开关．还要进行光电检测．如果所有的任务都由AT89S52型单片机来完成．CPU的负担就会过重。影响系统的处理速度。因此扩展1个CPLD．型号为EPM7128。它属于．MAX7000系列器件。包括2个通用1/0口．2个专用I／O
5、口，专用I／O口可作为每个宏单元和输入输出引脚的高速控制信号(时钟、清除和输出使能等)，电动机的PWM信号也由其产生。MlP—M4P引脚的输出为PWM脉宽调制信号，M1FB—M4FB引脚为电机的方向控制信号，P00一P07接单片机的PO口，100一1015为扩展的2个通用I／O口，SIL—S17引脚为行程开关输入信号，LI11一LI17引脚为光电探头输入信号。CPLD的编程用VHDL语言。EPM7128的引脚排列如图1.1.2所示。图1.1.2EPM7128的引脚排列单片机采用24MHz的晶体振荡器,ALE信号的频率
6、fALE=f16=6MHz,最终输出PWM信号的引脚MlP的频率为488.3HZ，调节这个信号的占空比可以使直流电动机获得O-255级的转速。1.2机器人运行参数存储器的扩展机器人运行路径和动作可以根据比赛情况的不同而发生变化,这样,每改变1次运行参数就必须对单片机的Flash进行1次擦写。为了解决这一问题．扩展了程序参数存储器,用来存放机器人的运行路径和动作参数．扩展电路如图1.2.1所示。图1.2.1扩展电路如图其中IC1为24LC08B,是I2E总线的串行E2PROM存储器,最多能够存储lK字节的数据。IC2为
7、MAX3232型电平转换器,其内部有1个电源电压变换器,可以将计算机的电平转换为标准TTL电平,实现计算机与单片机之间通过串行口传输数据,使单片机完成对24／LC08B的数据存储操作。单片机运行时,直接从24LC08中读取机器人的运行参数,控制机器人运行。1.3光电检测模块设计设计光电检测模块是为了让机器人能够检测地面上的白色引导线。光电检测电路主要包括发射部分和接收部分,其原理如图1.3.1所示。图1.3.1光电检测过程发射部分的波形调制采用了频率调制方法。由于发光二极管的响应速度快,其工作频率可达几MHz或十几M
8、Hz,而检测系统的调制频率在几十至几百kHz的范围内,能够满足要求。光源驱动主要负责把调制波形放大到足够的功率去驱动光源发光。光源采用红外发光二极管,工作频率较高,适合波形为方波的调制光的发射。接收部分采用光敏二极管接收调制光线,将光信号转变为电信号。这种电信号通常较微弱,需进行滤波和放大后才能进行处理。调制信号的放大采用交流放大的形式,可使调
