1、Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程设计说明书设计题目： 教育机器人避障 院 系： 自动化测试与控制系 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 2012.09 哈尔滨工业大学课程设计考核表题目： 小车避障设计学生姓名： 班级： 学号： 实验部分考核考核内容 分值 得分基本设计任务的完成情况 40附加设计任务的完成情况 10对教师提问的回答情况 10总结报告评分评分内容 分值 得分内容完整、字数达标 20层次清晰、重点突出、分析透彻 10书写规范、文字流畅 5有独特见解、有一定的创新 5总成绩： 指导教师签字：哈尔滨工业大学课程设计任务
2、书姓 名： 院 （系）：电气工程及自动化学院专 业： 班 号：任务起至日期： 2012 年 8 月 27 日至 2012 年 9 月 7 日课程设计题目： 超声波避障小车已知技术参数和设计要求：已知技术参数：1. 工作电压：5v2. 工作电流：30mA 典型，50mA 最大3. 工作频率：38.5KHz4. 最大探测距离：1.8 m5. 最小探测距离：3 cm6. 输入触发器：上升沿触发7. 回波脉冲：正 TTL 高电平脉冲宽度8. 下一次测量的延时：20 mS设计要求：实现小车自动避障任务，采用超声波模块实现小车避障功能。工作量：总工作时间为 10 天；完成硬件电路的设计工作；设计程序流程图
3、并编写、调试程序；硬件连接调试，完成设定的功能；最后撰写开题报告和结题报告各一份。工作计划安排：1)2012.8.272012.8.28：任务布置、查阅资料，了解小车避障原理；2)2012.8.292012.8.30：根据要实现的功能及采用的方法设计程序流程并编写程序；3)2012.8.312012.9.3：程序装载、调试运行各种拟实现的功能；4)2012.9.42012.9.5：完成设定要实现的功能，撰写课程设计说明书；5)2012.9.62012.9.7：完成硬件调试、验收。同组设计者及分工：指导教师签字_年 月 日 教研室主任意见：教研室主任签字_年 月 日*注：此任务书由课程设计指导教
4、师填写哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）课 程 设 计 开 题 报 告题 目：教育机器人避障院 （系） 自动化测试与控制系 专 业 学 生 学 号 班 号 指导教师 开题报告日期 2012.08.28 哈尔滨工业大学教务处制2005 年 9 月哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）一 课题研究目的及意义：随着近些年来智能小车的流行，很多人都通过自己动手模仿制作一款智能小车来培养自己对单片机研究的兴趣。伴随而来的就是带有不同功能不同硬件组装而成的智能小车的诞生。通过对本课题-避障小车的研究开发，我们可以了解单片机开发过程，掌握单片机的各部分组成及功能。同时有利于程序编写能力的提高。通过设计程序流
5、程图，建立编写程序的基本思想。最后我们也可以提高个人遇到问题、分析问题、解决问题的能力。本次课程设计欲在动手实践过程中提高自己编写程序的能力，进一步巩固上学期对单片机课本内容的理论学习，从课本走向日常生活。由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面： 单片机在智能仪表中的应用：单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化。单片机在机电一体化中的应用：微机控制的车床、钻床等。单片机在实时控制中的应用：在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机在分布式多机系统中的应用：在
6、比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在人类生活中的应用：洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。通过本次课程设计，大家会带着更多的热情关注单片机产品的发展过程，甚至投入到产品的开发中来。二 研究内容：功能：能够对物体运动方向受到的阻碍作出各种躲避障碍的动作。 超声波模块原理：超声模块通过发射器向四面八方发射出去，发射出的超声波在空气中沿直线传
7、播，遇到障碍物后发生反射反应。超声波接收器收到被障碍物反射回的超声波以后，经由内部计算得到障碍物的距离信号。 图（1） 避障小车哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）图（2） 超声波模块1.教育机器人简介：教育机器人组成：机器人的核心芯片为 Atmel 公司生产的 8 位 AT89S52 单片机，是一种高性能 CMOS、低功耗的 8位单片机，片内含 8k Bytes Flash，运用 ISP（in-system programmable）的可反复擦写 1000 次；只读程序存储器器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及其引脚结构。在实际工程应用
8、中，功能强大的 AT89S52 已成为许多提供高性价比嵌入式控制应用系统的解决方案。教育机器人由一块教学底板和车体部分组成，机器人的动作由伺服电机控制。伺服电机与单片机接口的连接，通过 P1_0 引脚的控制输出用来控制右的伺服电机，而 P1_1 则用来控制左边的伺服电机。如图所示为电机连接原理图和实际接线图图（3）电机连接原理图和实际接线图机器人伺服电机控制原理 ：控制电机运动转速的是高电平持续的时间，当高电平持续时间为 1.3ms 时，电机顺时针全速旋转，当高电平持续时间 1.7ms 时，电机逆时针速旋转。 哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）图（4）标定后，电机静止的脉冲序列图（5） 电机
9、顺时针转动的脉冲序列图（6）电机逆时针转动的脉冲序列机器人伺服电机如何调零： 零速度点（1.5ms 脉宽序列） ，一个顺时针最大速度点（1.7ms 脉宽序列） ，和一个逆时针的最大速度点（1.3ms 脉宽序列） ，其中越靠近零速度点，速度越小，远离零点越大速度越大。 通过发送一个校准信号到伺服电机，连续旋转伺服电机的零位信号为 1.5ms。如果电机还没有进行零点标定，如图所示，用螺丝刀轻轻调节马达上的电位器，直到马达停止转动。图（7）调零哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）2.程序设计流程图：三关键问题及解决办法：关键问题：1.通过单片机驱动小车前进、后退、加速、减速、正转、反转等的基本程序模
10、块；2.分析怎样控制轮子的旋转可以实现基本功能；3了解超声波模块的测距原理；4.编写超声波测距子程序；5.调试，根据小车运行情况适当改写程序；哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）解决办法：1.仔细阅读课程设计指导书，了解单片机如何控制伺服电机运转；2.具体分析小车模型，找到与小车运动方式相对应的电机的旋转方式；3.查找小车所用超声波模块型号，去网上搜索单片机控制此超声波的驱动程序，也可参考指导书相应程序；4.认真观察小车运行状态，将错误的运行现象当做正确的运行现象去分析，因为现象并没有“对错” ，找到小车这样运行的可能原因，然后修改调试。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）一 课题完成情况：经
11、过十天的努力，本次课程设计如期的完成了规定的任务：1)2012.8.272012.8.28：通过阅读课程设计指导书，去网站查找单片机方面的资料，基本了解了小车避障的原理，本次课设采用的是超声波模块进行距离测量，因为超声波模块可以提供无接触的测量，从 3cm 到 1.8m 距离测量，可以用来辨别障碍物，同时可以非常容易的连接到微控制器上。通过此模块，可以获得在声纳范围内的确切的障碍物的距离，机器人就可以像蝙蝠一样通过声纳来感知周围的环境，同时根据障碍物的距离精确地控制电机运行，从而让机器人可以轻松地避开障碍物；2)2012.8.292012.8.30：通过前两天对基本知识的了解，绘制程序流程图，
12、并编写简单的小车运行程序，包括小车前进、后退、左转、右转、加速、减速的程序；3)2012.8.312012.9.3：研究算法，设计避障小车总体程序；4)2012.9.42012.9.5：调试小车；5)2012.9.62012.9.7：撰写避障小车说明书，并验收。附录：小车避障程序：/*程序名：小车避障程序硬件支持：AT89S52接口说明：P1_0 控制右侧伺服电机，P1_1 控制左侧伺服电机，P1_5 接 sin*/#include /通用 89C51 头文件sbit sin=P15;sbit p1=P10;sbit p2=P11; /按位定义 SFR 中的存储器名unsigned int d
13、is=0;unsigned int Ltime,Htime,Time; /定义全局变量/*函数名：纳秒级 CPU 延时函数调用：delay(1)参数：165535返回值：无结果：占用 CPU 方式延时与参数相等的纳秒时间*/void delay(unsigned int i)i=i/10;while(-i); /*函数名：CPU 延时函数 调用：delay1（1）哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）参数：165535返回值：无结果：占用 CPU 方式延时与参数相等的时间*/void delay1(unsigned int i)while(-i);/*函数名：超声波测距程序调用：getx（1）参
14、数：1255返回值：无结果：测量与障碍物之间的距离*/void getx(unsigned char a)TH0=0;TL0=0;if(a)sin=0;sin=1;delay1(1);sin=0;while(sin);while(!sin);TR0=1;while(sin);TR0=0;Ltime=TL0;Htime=TH0;Time=Htime*256+Ltime;dis=Time/(2*29); /*函数名：小车左转程序调用：left()参数：无返回值：无结果：小车左转*/ void left() unsigned char y;for(y=0;y10)forward();elseleft
15、();getx(1);if(dis10)forward();elseright();right();getx(1);if(dis10)forward();else哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）right();二 问题与解决方案：问题：1. 编程思路；2. 小车“一頓一頓”前进问题；3. 程序烧不进单片机内；4. 小车可能撞到障碍物然后才会拐弯；解决方案：1. 设计任务拿到手中无从下手，我到图书馆中查找了一些书籍，大略将杜洋的爱上单片机一书翻阅了一遍，他提倡了一种“虚拟积木”的方法，积木里包含单片机 C 语言编程常用的函数模块与语句，编写一般程序只要复制、黏贴，应用程序即可搞定。第一步：画
16、流程图；第二步：将流程图中的区块变成具体的程序语句；第三步：按照流程图编写主函数；编程的尽头有三件东西：应用程序，驱动程序与算法。通过对这本书的阅读，我对本次课程设计有了基本的思路与着手点。2. 首先将这种现象当做一种正确现象去分析，我们通过再次分析所编写的程序，发现小车只执行一遍 forward()函数就继续前进了，于是我们在 forward()程序中加进了一个 for 循环，但事实证明用处并不大，小车仍然有“一頓一頓”的现象，只不过相隔两次之间运行的距离稍远一些。静下来继续分析，我们会发现，小车之所以会产生这种现象使由于小车在运行完 forward（）程序之后，在进行测距程序运行过程中所用
17、时间过长，修改思路有两种：一是重新编写测距程序模块，这也是我们最初只想到的方法，后来在老师的指导下，通过改变延时程序的时间，最终实现了理想结果。3. 先取下超声波测距模块，带程序烧进去后再重新安上即可；4. 小车的速度稍有些快，我们可以通过改变小车的速度来实现，我想也可通过用 PWM 引脚进行控制，通过改变占空比，从而控制小车速度，但由于时间关系，并未尝试。三 心得体会：通过本次课程设计，培养了我对单片机研究的浓厚兴趣。之前一直停留于书本上的理论知识，稍显枯燥乏味，但当将其运用于实际生活中时，单片机显得很好玩。而且通过自己的动手实践，将理论与实践相结合，才将之前一些死记硬背的知识点真正的记住了
18、。课程设计只是一个开始，课程设计期间我在网络上找到了好多个关于单片机设计实物方面的网站，上面有大家自己手工制作的小创意，以后有机会可以不时地去研究一下，对自己也是大有裨益。通过与同学的讨论研究，此次课程设计才得以顺利完成，感谢同学们的帮助，也感谢老师的指哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）点，愿未来道路上我们共同进步。四 参考文献：【1】 杜洋 爱上单片机.2 版 北京人民邮电出版社 2011 年 10 月【2】 胡瑞强 李成伟 周庆东 于彤彦 单片机原理及应用课程设计指导书 哈尔滨测控技术与仪器实验中心 2012 年 7 月【3】 张毅刚 单片机原理及应用 北京高等教育出版社 2012.01 月
