紅外避障機器人畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著紅外物理與技術(shù)的不斷發(fā)展, 紅外探測技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于軍事、煤礦的安全生產(chǎn)等各個領(lǐng)域。把目標(biāo)或目標(biāo)區(qū)域的紅外輻射聚焦在探測器上紅外接收光學(xué)系統(tǒng)的基本作用, 通常情況下其結(jié)構(gòu)類似于普通的接收光學(xué)系統(tǒng), 但由于工作波段為紅外波段, 其光學(xué)材料和鍍膜必須和它的工作波長相匹配。</p><p>　　針對題目的

2、要求，我們設(shè)計了一款簡易的紅外避障小車。電路設(shè)計主要有以下四個模塊：傳感器模塊（紅外發(fā)射和接收器），控制模塊（AT89S52），執(zhí)行模塊（伺服電機），電源模塊。傳感器模塊主要通過對左、右紅外傳感器的信號分別進行采集，傳送給控制模塊?？刂颇K對采集來的信號進行處理，做出比較后把控制信號傳送給執(zhí)行模塊。</p><p>　　配合正確的軟件設(shè)計，小車能夠在設(shè)計的賽道中準(zhǔn)確快速地完成行走任務(wù)。</p>&l

3、t;p>　　關(guān)鍵詞： 紅外； 避障； 傳感器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　All bodies has its own infrared radiation characteristics. For studying the various objects of infrared radiation, people

4、use ideal─absolute blackbody radiation body (hereinafter referred to as in bold) the benchmark. Can absorb all the incident radiation and not the reflection of the object is called in bold. Good absorber must have also b

5、een good radiation body, so the blackbody radiation efficiency is highest, the radiation rate than a 1. Any real objects of radiation emission quantity and th</p><p>　　According to the topic request, we desi

6、gn a simple infrared obstacle avoidance of the car. The circuit design basically has the following four modules: sensor module (infrared transmitter and receiver), control module (AT89S52 devices), executive module (serv

7、o motor), power supply module. Sensor module mainly through to the left and right of the infrared sensor signal, respectively the collection, transfer to the control module. Control module to the acquisition of signal pr

8、ocessing, make more t</p><p>　　Cooperate with the right software design, the car can in the design of the track accurately and rapidly finish walking task.</p><p>　　Keywords: infrared; Obstacl

9、e avoidance; sensor</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　1.1 紅外線研究背景1</p><p>　　第二章 紅外避障機器人的設(shè)計方案3</p><p>　　2.1 主要設(shè)計任務(wù)3</p

10、><p>　　2.2 任務(wù)分析與方案設(shè)計3</p><p>　　2.2.1 任務(wù)分析3</p><p>　　2.2.2 方案設(shè)計3</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計5</p><p>　　3.1紅外傳感器電路設(shè)計5</p><p>　　3.1.1紅外發(fā)射二極管的選擇5<

11、/p><p>　　3.1.2紅外接收器的選擇7</p><p>　　3.2 控制電路設(shè)計10</p><p>　　3.3 人機接口單元11</p><p>　　3.3.1 LCD1602顯示11</p><p>　　3.3.2串口電路設(shè)計12</p><p>　　3.4 執(zhí)行電路設(shè)計13

12、</p><p>　　3.4.1 伺服電機13</p><p>　　3.4.2 伺服電機的信號控制14</p><p>　　3.5 電源電路設(shè)計14</p><p>　　3.6賽道設(shè)計15</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計16</p><p>　　4.1機器人基本行走命令16

13、</p><p>　　4.1.1基本巡航動作16</p><p>　　4.1.2勻加速/減速運動17</p><p>　　4.2 紅外探測19</p><p>　　4.2.1測試紅外發(fā)射探測器19</p><p>　　4.2.2紅外發(fā)射程序20</p><p>　　4.3關(guān)于行走賽道的

14、硬件調(diào)試與改進22</p><p>　　第五章 結(jié)束語23</p><p>　　5.1 結(jié)論和展望23</p><p><b>　　致 謝24</b></p><p>　　第一章 緒 論</p><p>　　1.1 紅外線研究背景</p><p>　　

15、在科學(xué)探索和緊急搶險中經(jīng)常會遇到對與一些危險或人類不能直接到達的地域的探測，這些就需要用機器人來完成。而在機器人在復(fù)雜地形中行進時自動避障是一項必不可少也是最基本的功能。因此，自動避障系統(tǒng)的研發(fā)就應(yīng)運而生。我們的自動避障小車就是基于這一系統(tǒng)開發(fā)而成的。隨著生產(chǎn)自動化的發(fā)展需要，機器人的智能化與集成度越來越高，已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用到生產(chǎn)生活中。伴隨的科技水平的提高，機器人的能夠使用的傳感器種類也越來越多，其中紅外線傳感器已經(jīng)成為機器人自動

16、行走和駕駛的重要部件。此系統(tǒng)是基于紅外傳感器的系統(tǒng)，即運用紅外傳感器實現(xiàn)對前方障礙物的檢測。紅外傳感器的典型應(yīng)用領(lǐng)域為自主式智能導(dǎo)航系統(tǒng)，機器人要實現(xiàn)自動避障功能就必須要感知障礙物，對障礙物的感知相當(dāng)于給機器人一個視覺功能。在現(xiàn)在生活中，例如在一些火宅或者一些自然災(zāi)害的現(xiàn)場，經(jīng)常需要進入到對一些危險或人類不能直接到達的地方進行觀察，采集數(shù)據(jù)，這些就需要用機器人來完成。而在機器人在上述等環(huán)境中行進時自動避障是一項必不可少也是最基本的功能。

17、因此，自動避障系統(tǒng)的研發(fā)就應(yīng)運而生。自動避障小車可以作為困難環(huán)境檢測機器人和緊急搶險機器人的運動系統(tǒng)，讓機器人在行進中自</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，對于未知空間和人類所不能直接到達的地域的探索逐步成為熱門，這就使機器人的自動避障有了重大的意義。我們的自動避障小車就是自動避障機 器人中的一類。自動避障小車可以作為地域探索機器人和緊急搶險機器人的運動系 統(tǒng)，讓機器人在行進中自動避過障礙物。紅外傳感器的典型應(yīng)

18、用領(lǐng)域為自主式智能導(dǎo)航系統(tǒng)，機器人要實現(xiàn)自動避障功能 就必須要感知障礙物，對障礙物的感知相當(dāng)于給機器人一個視覺功能?；诩t外的自動避障小車可以作為困難環(huán)境檢測機器人或者緊急搶險機器人的運動系統(tǒng)，讓機器人在行進中自動避過障礙物，完成指定的任務(wù)[2]。1.2 紅外避障的研究意義</p><p>　　紅外技術(shù)在軍事應(yīng)用的牽引和推動下，得到快速發(fā)展。紅外系統(tǒng)有如下4方面優(yōu)點：1.環(huán)境適應(yīng)性好，在夜間和惡劣氣象條件下的工作

19、能力優(yōu)于可見光；2.被動式工作，隱蔽性好，不易被干擾；3.靠目標(biāo)和背景之間各部分的溫度和發(fā)射率形成的紅外輻射差進行探測，因而識別偽裝目標(biāo)的能力優(yōu)于可見光；4.紅外系統(tǒng)的體積小、質(zhì)量輕、功耗低。近年來，紅外技術(shù)在軍事領(lǐng)域和民用工程中都得到了廣泛應(yīng)用。在民用工程領(lǐng)域大體分為：(1) 在氣象預(yù)報、地貌學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、遙感資源調(diào)查等領(lǐng)域的應(yīng)用；(2) 在地下礦井測溫和測氣中的應(yīng)用；(3) 紅外熱像儀在電力、消防、石化以及醫(yī)療和森林火災(zāi)預(yù)報中的應(yīng)用

20、。另外，3～5 μm 波段熱像儀除具有全天候工作能力外，還具有透過霧、雨、雪進行觀察的能力[3]。</p><p>　　1.3紅外避障的發(fā)展</p><p>　　目前循跡機器人在多種行為沖突問題解決上尚存缺陷，且不能準(zhǔn)確識別U形等復(fù)雜障礙，沒有最優(yōu)避障路徑。而我們以AT89S52單片機作為機器人小車的MCU,使用紅外和超聲波傳感器采集周圍環(huán)境信息，綜合優(yōu)先級裁決方法和模糊行為融合法選取機器

21、人的控制行為，較好地解決循跡過程中存在的各種行為以及行為沖突問題, 運用均值濾波法，更準(zhǔn)確地檢測到障礙物、軌跡和標(biāo)識等信息，在以最優(yōu)路徑避開U形等復(fù)雜障礙的同時保證了循跡的快速性和準(zhǔn)確性，能夠滿足普通工業(yè)生產(chǎn)對自動化物流的需求。本智能循跡機器人設(shè)計用于重復(fù)裝卸搬運。</p><p>　　在物流系統(tǒng)、自動化倉庫中裝卸搬運的頻率極高,消耗的費用占總費用的比例較大，國內(nèi)外一直在尋求智能化的搬運技術(shù)和設(shè)備以降低搬運成本和

22、改善物料搬運的效率,以節(jié)省勞動力，因此以該智能小車為模型的搬運設(shè)備將在很大程度上滿足企業(yè)生產(chǎn)對自動化物流的需求[4]。</p><p>　　第二章 紅外避障機器人的設(shè)計方案</p><p>　　2.1 主要設(shè)計任務(wù)</p><p>　　本系統(tǒng)要求自行設(shè)計制作一個智能小車，該小車在前進的過程中能夠檢測到前方障礙并自動避開，達到避障的效果。我的設(shè)計思想是采用單片機AT

23、89S52 為控制核心，利用位置傳感器檢測道路上的障礙，通過采集數(shù)據(jù)并處理后由單片機進行轉(zhuǎn)向和行動控制，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車。</p><p>　　設(shè)計主要內(nèi)容：①機器人電路設(shè)計</p><p><b>　?、跈C器人模型制作</b></p><p><b>　?、跜語言軟件編程</b><

24、/p><p><b>　?、軝C器人賽道設(shè)計 </b></p><p>　　2.2 任務(wù)分析與方案設(shè)計</p><p>　　2.2.1 任務(wù)分析</p><p>　　這次設(shè)計利用AT89S52充分發(fā)揮其使用方便、功能強大的優(yōu)點，通過采集數(shù)據(jù)并處理后由單片機進行轉(zhuǎn)向和行動控制，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，

25、同時還能與用戶交換信息。以下就是機器人實現(xiàn)的5個基本智能任務(wù)：</p><p>　　(1)安裝紅外傳感器；</p><p>　　(2)以探測周邊環(huán)境；</p><p>　　(3)基于紅外傳感器信息做出決策；</p><p>　　(4)控制機器人運動（通過操作帶動輪子旋轉(zhuǎn)的電機）；</p><p>　　(5)與用戶交換信

26、息。</p><p>　　2.2.2 方案設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計分為傳感器模塊、控制模塊、執(zhí)行器模塊、電源模塊四個硬件模塊。執(zhí)行模塊則是來實現(xiàn)行走效果，傳感器模塊主要負(fù)責(zé)信息采集，控制模塊主要負(fù)責(zé)信息處理，而電源模塊將給前三部分提供電力動能。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計

27、</p><p>　　本次設(shè)計的硬件電路設(shè)計主要包括控制器電路設(shè)計、紅外傳感器電路設(shè)計、機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計、電源設(shè)計等幾部分：。</p><p>　　3.1紅外傳感器電路設(shè)計</p><p>　　3.1.1紅外發(fā)射二極管的選擇</p><p>　　紅外發(fā)射二極管分為很多種。紅外發(fā)射二極管一般按峰值波長（λp）主要為：850nm、870nm、880

28、nm、940nm、980nm，現(xiàn)在市場上使用較多為850nm和940nm兩種。本次設(shè)計所使用的是峰值波長為940nm的紅外發(fā)射二極管。940nm紅外發(fā)射二極管優(yōu)點：光強度高，響應(yīng)速度快，可用脈沖驅(qū)動，無色透明環(huán)氧樹脂。其主要應(yīng)用領(lǐng)域： 紅外遙控系統(tǒng)，紅外探測系統(tǒng)，紅外幕墻保安系統(tǒng)，磁帶、光盤監(jiān)測器，光電開關(guān)/光傳感器，主動紅外夜視儀，電腦、手機等便攜設(shè)備的紅外數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。</p><p>　　表3.1 紅外發(fā)

29、射二極管極限參數(shù) </p><p>　　注（1）： f=1KHz,tp/T≤1% 注（2）： t≤3s,離器件本體4mm以上 </p><p>　　表3.2 紅外發(fā)射二極管的光電參數(shù)(TA=25℃) </p><p>　　圖3.1 相對光譜靈敏度與波長的關(guān)系</p><p>　　在使用紅外發(fā)射二極管時，發(fā)射管的輻射強度(Power

30、)與輸入電流(If)成正比。輻射強度：Power(單位:W,W/sr,W/cm2)用以表示紅外線發(fā)光二極管(IR)其輻射紅外線能量之大小。</p><p>　　發(fā)射距離與輻射強度(Power) 成正比。W/sr：表示紅外線輻射強度的單位，為IR發(fā)射紅外線光之單位立體角(sr)所輻射出的光功率的大小。W/cm2：表示照度的單位，為sensor單位面積(cm2)所接收IR發(fā)射之輻射功率的大小。</p>

31、<p>　　半功率角：2θ½ 指紅外線二極管其上下或左右兩邊所輻射出之紅外線強度為該組件最大輻射強度的50%時，其上下或左右兩邊所夾的角度稱為半功率角。</p><p>　　圖3.2 30度半功率角輻射強度示意圖</p><p>　　3.1.2紅外接收器的選擇</p><p>　　本次設(shè)計選用HS38B，該器件特性：低功耗、高靈敏度、優(yōu)良的抗干

32、擾能力。一般用于家用電器、玩具等遙控接收。</p><p>　　圖3.3 紅外接收器電路原理框圖</p><p>　　圖3.4 HS38B內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖3.5 測試紅外接收器的時序圖</p><p>　　在使用說明書上我們找到了生產(chǎn)廠商提供的最佳使用條件：</p><p>　　圖3.6 HS

33、38B最佳使用條件</p><p>　　本次設(shè)計所提供VCC為5V，輸入頻率為38.0kHz，工作溫度為室溫。</p><p>　　圖3.7 紅外發(fā)射與接收器</p><p>　　紅外線二極管發(fā)射紅外光線，如果機器人前面有障礙物，紅外線從物體反射回來，相當(dāng)于機器人眼睛的紅外檢測（接收）器，檢測到反射回的紅外光線，并發(fā)出信號來表明檢測到從物體反射回紅外線。機器人的大

34、腦——單片機A89S52基于這個傳感器的輸入控制伺服電機。</p><p>　　紅外線（IR）接收（檢測）器有內(nèi)置的光濾波器，除了需要檢測的940nm波長的紅外線外，他幾乎不允許其他光通過。紅外檢測器還有一個電子濾波器，它只允許大約38.0KHz的電信號通過。換句話說，檢測器只尋找每秒閃爍38000次的紅外光。這就防止了普通光源像太陽光和室內(nèi)光對IR的干涉。太陽光是直流干涉（0KHz）源，而室內(nèi)光依賴于所在區(qū)域的

35、主電源，閃爍頻率接近100Hz或120Hz。由于120Hz在電子濾波器的38.0KHz通帶頻率之外，他完全被IR探測器忽略。</p><p>　　這里使用三極管9013的原因是9013的基區(qū)做得很薄，當(dāng)按圖3.2連接時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，這時由于集電結(jié)反偏，對基區(qū)的電子有很強的吸引力，所以由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子大部分進入集電區(qū)，于是集電極的電流增大。</p><p&

36、gt;　　由于C51的I/O驅(qū)動能力較弱，加入三極管使其工作在開關(guān)狀態(tài)，用小電流來控制大電流。當(dāng)P1_3(P3_6)置高電平時，從集電區(qū)經(jīng)基區(qū)到發(fā)射區(qū)電路導(dǎo)通，加載在IR LED上的電壓為VCC（5V），IR LED向外發(fā)射紅外線；當(dāng)P1_3(P3_6)置低電平時，電路又?jǐn)嚅_，IR LED停止發(fā)射。本次設(shè)計提供了5V穩(wěn)定直流電壓，給IR LED串聯(lián)一個470?的電阻幫助限流。當(dāng)三極管導(dǎo)通時，流過IR LED的電流在10mA左右，使IR

37、LED能正常工作。</p><p>　　圖3.8 紅外發(fā)射與接收器電路圖</p><p>　　3.2 控制電路設(shè)計</p><p>　　控制電路主要由AT89S52單片機構(gòu)成。AT89S52單片機是一個高性能、低功耗的8位單片機，內(nèi)含8K字節(jié)ISP（系統(tǒng)在線編程）可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序儲存器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，

38、兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及其引腳結(jié)構(gòu)。在實際工程應(yīng)用中，功能強大的AT89S52已成為許多高性價比嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案。</p><p>　　圖3.9 AT89S52原理圖</p><p>　　圖3.10 RET復(fù)位原理圖</p><p>　　3.3 人機接口單元</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，人機之間基于自然語言的智能化

39、溝通將成為必然，由于人與人和人與機器的溝通方式?jīng)]有差別，機器能夠隨時隨地介入人的工作、生活中，幫助人們自動記錄、整理資料。本部分主要包括一個LCD液晶顯示屏以及串口電路。液晶屏主要用于顯示移動方向，以及距離的遠近。</p><p>　　3.3.1 LCD1602顯示</p><p>　　圖3.11 LCD1602電路原理圖</p><p>　　3.3.2串口電路設(shè)

40、計</p><p>　　本次設(shè)計使用的芯片為MAX232，其主要特點：1、符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；2、只需要單一的+5V電源供電；3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-；4、功耗低，典型供電電流5mA ；5、內(nèi)部集成2個RS-232C驅(qū)動器；6、高集成度，片外最低只需4個電容即可工作。</p><p>　　圖3.12 串口連接圖&l

41、t;/p><p>　　3.4 執(zhí)行電路設(shè)計</p><p>　　3.4.1 伺服電機</p><p>　　電動機的作用是將電能轉(zhuǎn)換為機械能， 電動機分為交流電動機和直流電動機 兩大類， 所以我們在避障小車的電機選擇上就有步進電機和直流電機兩種選擇方式。</p><p>　　我們選擇的是直流伺服電機（servo motor ），伺服電機是指在伺服系

42、統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。</p><p>　　本次設(shè)計使用的直流伺服電機。直流有刷伺服電機特點：</p>

43、;<p>　　1.體積小、動作快反應(yīng)快、過載能力大、調(diào)速范圍寬</p><p>　　2.低速力矩大, 波動小，運行平穩(wěn)</p><p><b>　　3.低噪音,高效率</b></p><p>　　4.后端編碼器反饋（選配）構(gòu)成直流伺服等優(yōu)點</p><p>　　5.變壓范圍大，頻率可調(diào)</p>

44、<p>　　3.4.2 伺服電機的信號控制</p><p>　　電機轉(zhuǎn)速為零的控制信號時序圖</p><p>　　1.3ms的控制脈沖序列使電機順時針全速旋轉(zhuǎn)</p><p>　　1.7ms的控制脈沖序列使電機順時針全速旋轉(zhuǎn)</p><p>　　3.5 電源電路設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計中使用的傳感

45、器模塊、控制模塊、執(zhí)行器模塊都使用的5V直流電源，而我們所使用的電池供電為1.5V、3.0V、4.5V、6.0V，本次使用的為4節(jié)5號電池供電，所提供直流電源為6V，所以需要經(jīng)過電源電路的變壓后才能給各模塊提供電源。本次設(shè)計中使用的傳感器模塊、控制模塊、執(zhí)行器模塊都使用的5V直流電源。</p><p>　　我們使用LM2940的原因是LM2940具有紋波小、電路結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，但是效率較低，功耗大。對于單片機，需

46、要提供穩(wěn)定的 5V 電源，由于 LM2940 的穩(wěn)壓的線性度非常好，所以選用 LM2940-5 單獨對其進行供電。LM2940也被成為“1A低漏失穩(wěn)壓器”，LM2940的正電壓調(diào)節(jié)器具有源輸出電流1A能力和典型的0.5V 漏失的電壓，在整個溫度范圍最大不超過電壓為1V。</p><p>　　圖3.13 電源電路原理圖 </p><p><b>　　3.6賽道設(shè)計</b&g

47、t;</p><p>　　以紙板箱為材料，設(shè)計一個紅外避障賽道，包括直線賽道、弧形賽道以及S型賽道，小車?yán)碚撔凶呗烦虨?06cm。</p><p>　　圖3.14 賽道實際圖</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計所給機器人編寫的軟件主要有基本行走指令、紅外探測指令、測距指令等多種指令構(gòu)成，通過對這些指令的調(diào)度

48、，才能讓機器人實現(xiàn)我們理想中的效果。</p><p>　　4.1機器人基本行走命令</p><p>　　4.1.1基本巡航動作</p><p><b>　　機器人向前走：</b></p><p><b>　　P1_1=1;</b></p><p>　　delay_nus(13

49、00);</p><p><b>　　P1_1=0;</b></p><p><b>　　P1_0=1;</b></p><p>　　delay_nus(1700);</p><p><b>　　P1_0=0;</b></p><p>　　delay_n

50、ms(20)；</p><p><b>　　機器人向后走：</b></p><p><b>　　P1_1=1;</b></p><p>　　delay_nus(1700);</p><p><b>　　P1_1=0;</b></p><p><b&

51、gt;　　P1_0=1;</b></p><p>　　delay_nus(1300);</p><p><b>　　P1_0=0;</b></p><p>　　delay_nms(20)；</p><p><b>　　機器人原地左轉(zhuǎn)：</b></p><p>&l

52、t;b>　　P1_1=1;</b></p><p>　　delay_nus(1300);</p><p><b>　　P1_1=0;</b></p><p><b>　　P1_0=1;</b></p><p>　　delay_nus(1300);</p><p&

53、gt;<b>　　P1_0=0;</b></p><p>　　delay_nms(20)；</p><p><b>　　機器人原地右轉(zhuǎn)：</b></p><p><b>　　P1_1=1;</b></p><p>　　delay_nus(1300);</p>&l

54、t;p><b>　　P1_1=0;</b></p><p><b>　　P1_0=1;</b></p><p>　　delay_nus(1300);</p><p><b>　　P1_0=0;</b></p><p>　　delay_nms(20)；</p>

55、<p><b>　　機器人靜止不動：</b></p><p><b>　　P1_1=1;</b></p><p>　　delay_nus(1500);</p><p><b>　　P1_1=0;</b></p><p><b>　　P1_0=1;</

56、b></p><p>　　delay_nus(1500);</p><p><b>　　P1_0=0;</b></p><p>　　delay_nms(20)；</p><p>　　4.1.2勻加速/減速運動</p><p>　　for循環(huán)語句能使機器人的速度由停止到全速。循環(huán)每重復(fù)執(zhí)行一次

57、，變量pulseCount就增加1：第一次循環(huán)時，變量pulseCount的值是10，此時發(fā)給P1_1、P1_0的脈沖的寬度分別為1.51ms、1.49ms；第二次循環(huán)時，變量pulseCount的值是11，此時發(fā)給P1_1、P1_0的脈沖的寬度分別為1.511ms、1.489ms。隨著變量pulseCount值的增加，電機的速度也在逐漸增加。到執(zhí)行第190次循環(huán)時，變量pulseCount的值是200，此時發(fā)給P1_1、P1_0的脈沖

58、的寬度分別為1.7ms、1.3ms，電機全速運轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　勻加速前進： </b></p><p>　　for(pulseCount=10;pulseCount<=200;pulseCount=pulseCount+1)</p><p><b>　　{</b></p><p&g

59、t;<b>　　P1_1=1;</b></p><p>　　delay_nus(1500+pulseCount);</p><p><b>　　P1_1=0;</b></p><p><b>　　P1_0=1;</b></p><p>　　delay_nus(1500-puls

60、eCount);</p><p><b>　　P1_0=0;</b></p><p>　　delay_nms(20);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　勻減速前進：</b></p><p>　　for(pulseC

61、ount=200;pulseCount>=0;pulseCount=pulseCount-1)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P1_1=1;</b></p><p>　　delay_nus(1500+pulseCount);</p><p><b&g

62、t;　　P1_1=0;</b></p><p><b>　　P1_0=1;</b></p><p>　　delay_nus(1500-pulseCount);</p><p><b>　　P1_0=0;</b></p><p>　　delay_nms(20);</p>&l

63、t;p><b>　　}</b></p><p>　　我們對勻減速運動進行了實際行走距離的實驗，在編寫該程序時，我們加入了循環(huán)語句for(pulseCount=200;pulseCount>=0;pulseCount=pulseCount-1)，當(dāng)給予勻減速信號以后，小車開始慢慢減速直到停止，從開始勻減速到小車停止，小車總共行走58.2cm。然而這距離并不是我們想要的，小車從檢測到

64、物體到停下的距離太長，所以要對距離進行調(diào)整。如果將pulseCount=pulseCount-1中的1改為5后，小車總共行走則變?yōu)?1.5cm。此減速距離足夠使小車檢測到物體后，在未碰到物體前停下來。</p><p><b>　　4.2 紅外探測</b></p><p>　　探測障礙物很重要的一點是在機器人撞到它之前給機器人留有繞開它的空間。如果前方有障礙物，機器人會

65、使用脈沖命令避開，然后探測，如果物體還在，再使用另一個脈沖來避開它。機器人能持續(xù)使用電機驅(qū)動脈沖和探測，直到它繞開障礙物，然后它會繼續(xù)發(fā)送向前行走的脈沖。</p><p>　　4.2.1測試紅外發(fā)射探測器</p><p>　　用P1_3發(fā)送持續(xù)1ms的38.0KHz的紅外光，如果紅外光被機器人路徑上的物體反射回來，紅外檢測器將給微控制器發(fā)送一個信號，讓它知道已經(jīng)檢測到反射回的紅外光。<

66、;/p><p>　　讓每個IR LED探測器組工作的關(guān)鍵是發(fā)送1ms頻率為38.0KHz的紅外信號，然后立刻將IR探測器的輸出儲存到一個變量中。</p><p>　　for(counter=0;counter<38;counter++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P1

67、_3=1;</b></p><p>　　delay_nus(13);</p><p><b>　　P1_3=0; </b></p><p>　　delay_nus(13);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　irDetectLeft=P1

68、_2state();</p><p>　　圖4.2 測試IR有無信號</p><p>　　4.2.2紅外發(fā)射程序</p><p>　　#define LeftIR P1_2 //左邊紅外接收連接到P1_2</p><p>　　#define RightIR P3_5 //右邊紅外接收連接到P3_5</p>

69、<p>　　#define LeftLaunch P1_3 //左邊紅外發(fā)射連接到P1_3</p><p>　　#define RightLaunch P3_6 //右邊紅外發(fā)射連接到P3_6</p><p>　　void IRLaunch(unsigned char IR)</p><p><b>　　{</b>

70、;</p><p>　　int counter;</p><p>　　if(IR=='L')</p><p>　　for(counter=0;counter<38;counter++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LeftLaunch=1;&l

71、t;/p><p>　　_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();</p><p>　　_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();</p><p>　　LeftLaunch=0;</p><p>　　_nop_(); _n

72、op_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();</p><p>　　_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(IR=='R')</p><p

73、>　　for(counter=0;counter<38;counter++)//右邊發(fā)射</p><p><b>　　{</b></p><p>　　RightLaunch=1;</p><p>　　_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();</p>&l

74、t;p>　　_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();</p><p>　　RightLaunch=0;</p><p>　　_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();</p><p>　　_nop_(); _nop_(); _nop

75、_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　IRLaunch('R'); //右邊發(fā)射</p><p>　　irDetectRight = RightIR;//右邊

76、接收</p><p>　　IRLaunch('L'); //左邊發(fā)射</p><p>　　irDetectLeft = LeftIR;//左邊接收</p><p>　　圖4.3 紅外行走流程圖</p><p>　　4.3關(guān)于行走賽道的硬件調(diào)試與改進</p><p>　　發(fā)射距離與輻射強度(Power)

77、成正比。改變紅外發(fā)射和接收器的發(fā)射角度。紅外發(fā)射二極管的發(fā)射角度是有限的，為了使紅外發(fā)射二極管發(fā)射路徑接近直線，我們在紅外發(fā)射二極管上套上黑色絕緣管，使信號能更加準(zhǔn)確。</p><p>　　由于IR LED發(fā)射功率的原因，如果使用阻值為470?的電阻，紅外發(fā)射與接收器能檢測到障礙物的距離很遠。而在跑賽道時，我們要求小車的發(fā)射功率減小，使小車能夠離賽道內(nèi)壁比較合適的距離再檢測出信號。輻射強度(Power)與輸入電流

78、(If)成正比。我們就改變小車的與LED串聯(lián)的電阻阻值來改變IR LED的發(fā)射功率。</p><p>　　經(jīng)過多次測試與比較本次設(shè)計選擇了阻值為10k?的電阻。</p><p><b>　　第五章 結(jié)束語</b></p><p><b>　　5.1 結(jié)論和展望</b></p><p>　　半年時間

79、飛逝，通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我了解了紅外避障機器人的原理及應(yīng)用；我們通過各種方案的討論及嘗試，再經(jīng)過多次的整體軟硬件結(jié)合的調(diào)試，不斷地對系統(tǒng)進行優(yōu)化，機器人終于完成了各項功能。在安裝紅外裝置后，我們又大量使用多種軟件方法來改進機器人探測前方障礙物的精準(zhǔn)度。通過調(diào)節(jié)紅外的發(fā)射頻率，采集多個數(shù)據(jù)實現(xiàn)機器人的準(zhǔn)確行走功能。在硬件設(shè)計中，大量比較各種元器件的優(yōu)缺點，如LM2940的使用。</p><p>　　在此也感謝指導(dǎo)

80、老師對我的指導(dǎo)和關(guān)心。相信在以后的學(xué)習(xí)和實踐中我會更加努力，使使紅外避障機器人得到更充分的利用。謝謝！</p><p><b>　　附錄A</b></p><p><b>　　元件列表</b></p><p><b>　　附錄B</b></p><p><b>　　附