測(cè)速小車(chē)開(kāi)題報(bào)告

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：測(cè)速小車(chē) </p><p>　　院 系：電氣學(xué)院測(cè)控系 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　設(shè) 計(jì) 者： </p><p>　

2、　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：2013.9.11—2013.9.13</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　*注：此任務(wù)書(shū)由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師填寫(xiě)</p><p><

3、;b>　　開(kāi)題報(bào)告</b></p><p><b>　　立項(xiàng)背景</b></p><p><b>　　1. 課題意義</b></p><p>　　隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)機(jī)器人的發(fā)展越來(lái)越重視，移動(dòng)機(jī)器人作為一個(gè)重要分支也備受關(guān)注。運(yùn)動(dòng)控制是移動(dòng)機(jī)器人研究中的重要課題。以教育機(jī)器人為平臺(tái)，針對(duì)輪式移動(dòng)機(jī)器人

4、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，速度測(cè)量，對(duì)于理解機(jī)器人的基本控制方法有重要意義。</p><p>　　通過(guò)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)于選擇移動(dòng)路徑，速度變化，移動(dòng)策略的制定，進(jìn)行反饋控制都有重要意義。在自動(dòng)測(cè)速小車(chē)的設(shè)計(jì)中，測(cè)速環(huán)節(jié)可以作為地域探索機(jī)器人和緊急搶險(xiǎn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的一部分，讓機(jī)器人在行進(jìn)中自動(dòng)對(duì)自身速度進(jìn)行觀測(cè)。</p><p><b>　　2. 課題目的</b>

5、;</p><p>　?。?）利用以8位AT89S52單片機(jī)為核心的教育機(jī)器人設(shè)計(jì)測(cè)速小車(chē)，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)左右兩輪速度的監(jiān)測(cè)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)一步掌握單片機(jī)在控制領(lǐng)域的具體應(yīng)用，加深對(duì)單片機(jī)功能和內(nèi)部資源的認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。</p><p>　?。?）在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以掌握延時(shí)，初始化，中斷，定時(shí)，計(jì)數(shù)等基本程序的編寫(xiě)，熟練對(duì)keil uVision集成化開(kāi)發(fā)平臺(tái)的應(yīng)用。

6、同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程可以進(jìn)一步理解軟件與硬件的關(guān)系，以及單片機(jī)的工作過(guò)程。</p><p>　?。?）在液晶顯示的設(shè)計(jì)過(guò)程中，進(jìn)一步掌握單片機(jī)與外部顯示設(shè)備的接口連接，程序編寫(xiě)。同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，熟練使用Proteus進(jìn)行虛擬仿真。</p><p>　?。?）在測(cè)速方法的設(shè)計(jì)中，了解數(shù)字編碼器的工作原理，以及如何通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行速度監(jiān)測(cè)。</p><p>　?。?）通過(guò)對(duì)

7、1602顯示模塊的子程序設(shè)計(jì)，掌握1602液晶顯示模塊的四位顯示與八位顯示的區(qū)別，并熟練液晶顯示模塊的使用。</p><p><b>　　二．設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　（1）實(shí)時(shí)測(cè)量小車(chē)的運(yùn)行速度，并用液晶顯示。</p><p>　?。?）兩行分別顯示小車(chē)左輪和右輪速度，以cm/s為單位。</p><p>　

8、?。?）需要用到單片機(jī)的2個(gè)計(jì)數(shù)(兩個(gè)輪子)和1個(gè)定時(shí)功能。AT89S52有3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，熟悉定時(shí)器T2的使用方法。</p><p>　　（4）擴(kuò)展，設(shè)定一臨界速度值，當(dāng)小車(chē)速度大于臨界速度時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。</p><p><b>　　三． 設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　對(duì)于測(cè)速智能車(chē)系統(tǒng)，可將其分為四個(gè)主要模塊：數(shù)字編碼器模塊，單片機(jī)

9、主控核心模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，ISP程序燒寫(xiě)模塊。</p><p>　　（1）單片機(jī)主控核心模塊</p><p>　　機(jī)器人的核心芯片為Atmel公司生產(chǎn)的8位AT89S52單片機(jī)，是一種高性能CMOS、低功耗的8位單片機(jī),片內(nèi)含8k Bytes Flash，運(yùn)用ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次；只讀程序存儲(chǔ)器器件采用ATMEL公司的高密度、非易失

10、性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及其引腳結(jié)構(gòu)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，功能強(qiáng)大的AT89S52已成為許多提供高性價(jià)比嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案。 </p><p>　　在這次設(shè)計(jì)中我們選用已經(jīng)學(xué)過(guò)的MCS-51單片機(jī)為核心作為控制模塊MCS-51系列單片機(jī)是美國(guó)Intel公司于1980年推出的產(chǎn)品，MCS-51系列單片機(jī)的影響及其深遠(yuǎn)，許多公司都推出了兼容系列單片機(jī)，使MCS-51內(nèi)核成為一個(gè)8位單片機(jī)的

11、標(biāo)準(zhǔn)，其典型產(chǎn)品有8031、8051、8751等等。</p><p>　　（2）ISP程序燒寫(xiě)模塊</p><p>　　AT89S5x系列單片機(jī)支持ISP。是指在電路板上的被編程的空白器件可以直接寫(xiě)入程序代碼，而不需要從電路板上取下器件，已編程的器件也可用ISP方式擦除或再編程。ISP下載編程器可以自行制作，也可電子市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)。常見(jiàn)市售的ISP下載型編程器為ISPro下載型編程器。用戶將安

12、裝光盤(pán)插入光驅(qū)，運(yùn)行安裝程序SETUP.exe即可。安裝后，在桌面上建立一個(gè)“ISPro.exe下載型編程器”圖標(biāo)，雙擊該圖標(biāo)，即可啟動(dòng)編程軟件。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)采用風(fēng)標(biāo)電子ISP。</p><p><b>　?。?）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊</b></p><p>　　電機(jī)是智能車(chē)的驅(qū)動(dòng)部件，給小車(chē)提供動(dòng)力。機(jī)器人的動(dòng)作直接由伺服電機(jī)控

13、制，伺服電機(jī)與單片機(jī)接口的連接，圖1為電機(jī)連接原理圖和實(shí)際接線圖，圖2可知，P1_0引腳的控制輸出用來(lái)控制右的伺服電機(jī)，而P1_1則用來(lái)控制左邊的伺服電機(jī)。</p><p>　　圖1 伺服電機(jī)與教學(xué)底板的連接原理圖(左)和實(shí)際接線示意圖(右) </p><p>　　電機(jī)的控制原理如下所述。圖2所示是高電平持續(xù)1.5ms低電平持續(xù)20ms，然后不斷重復(fù)的控制脈沖序列。該脈沖序列發(fā)給經(jīng)過(guò)零點(diǎn)標(biāo)

14、定后的伺服電機(jī)，伺服電機(jī)不會(huì)旋轉(zhuǎn)。如果此時(shí)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，表明電機(jī)需要標(biāo)定。從圖3可知，控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速的是高電平持續(xù)的時(shí)間，當(dāng)高電平持續(xù)時(shí)間為1.3ms時(shí)，電機(jī)順時(shí)針全速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)高電平持續(xù)時(shí)間1.7ms時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針?biāo)傩D(zhuǎn)。</p><p>　　圖2 電機(jī)轉(zhuǎn)速為零的控制信號(hào)時(shí)序圖</p><p>　　圖3 控制脈沖序列使電機(jī)順時(shí)針和逆時(shí)針全速旋轉(zhuǎn)</p><p>　　具

15、體使小車(chē)前進(jìn)，后退，轉(zhuǎn)彎程序見(jiàn)附錄。</p><p>　?。?）數(shù)字編碼器模塊</p><p>　　如圖4所示，編碼器發(fā)出的紅外光，經(jīng)過(guò)物體表面的反射并再次接收，智能車(chē)的輪子即使是黑色的，仍然足夠反射紅外線導(dǎo)致傳感器的響應(yīng)，當(dāng)傳感器“看到”車(chē)輪的一部分時(shí)，編碼器會(huì)輸出低電平，當(dāng)它通過(guò)了車(chē)輪上的一個(gè)洞時(shí)，它的輸出變?yōu)楦唠娖?。由于傳感器發(fā)射和檢測(cè)的調(diào)制紅外和環(huán)境光線比較相近，所以一些熒光燈也可

16、能發(fā)出相近頻率的光對(duì)編碼器的運(yùn)作產(chǎn)生干擾。隨著智能車(chē)的車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器會(huì)看到孔和無(wú)孔的交替模式—無(wú)孔-孔-無(wú)孔，可以看出編碼器的輸出將是一個(gè)方波，并且其頻率對(duì)應(yīng)車(chē)輪的速度旋轉(zhuǎn)，通過(guò)對(duì)數(shù)字編碼器輸出的方波信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)就可容易知道智能車(chē)的速度。</p><p>　　如圖5所示為數(shù)字編碼器的硬件連接圖，左右兩輪各安裝一個(gè)編碼器，紅色引線接Vdd，黃色引線接Vss，黑色引線分別接一個(gè)10K的上拉電阻到Vdd，左輪黑色引線

17、接P11管腳，右輪黑色引線接P10管腳。</p><p><b>　　四． 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b>　　測(cè)速原理</b></p><p>　　根據(jù)編碼器的工作原理我們可以知道，編碼器發(fā)出的紅外光，經(jīng)過(guò)物體表面的反射并再次接收，智能車(chē)的輪子即使是黑色的，仍然足夠反射紅外線導(dǎo)致傳感器的響應(yīng)，當(dāng)傳感器“看到”車(chē)

18、輪的一部分時(shí)，編碼器會(huì)輸出低電平，當(dāng)它通過(guò)了車(chē)輪上的一個(gè)洞時(shí)，它的輸出變?yōu)楦唠娖?。由于傳感器發(fā)射和檢測(cè)的調(diào)制紅外和環(huán)境光線比較相近，所以一些熒光燈也可能發(fā)出相近頻率的光對(duì)編碼器的運(yùn)作產(chǎn)生干擾。</p><p>　　隨著智能車(chē)的車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器會(huì)看到孔和無(wú)孔的交替模式—無(wú)孔-孔-無(wú)孔，可以看出編碼器的輸出將是一個(gè)方波，并且其頻率對(duì)應(yīng)車(chē)輪的速度旋轉(zhuǎn)，通過(guò)對(duì)數(shù)字編碼器輸出的方波信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)就可容易知道智能車(chē)的速度。&l

19、t;/p><p>　　因?yàn)榫幋a器直接輸出對(duì)應(yīng)車(chē)輪旋轉(zhuǎn)速度的方波，我們通過(guò)單片機(jī)的兩個(gè)I/O口將脈沖接入單片機(jī)，因?yàn)?位AT89S52單片機(jī)內(nèi)部集成有三個(gè)計(jì)數(shù)器，我們利用兩個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，利用另一個(gè)定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)。通過(guò)定時(shí)計(jì)數(shù)就可以觀測(cè)到兩個(gè)輪子的速度。</p><p>　　AT89S52單片機(jī)定時(shí)器2的使用</p><p>　　T2控制寄存器T2CON (

20、地址:88H，可按位尋址)，由于T2可以自動(dòng)裝入初值，所以計(jì)時(shí)非常準(zhǔn)確</p><p>　　TF2: 溢出標(biāo)志位。T2溢出時(shí)置位，并申請(qǐng)中斷。此標(biāo)志必須用軟件清除。</p><p>　　EXF2：當(dāng)EXEN2 = 1，且T2EX引腳出現(xiàn)負(fù)跳變時(shí)，EXF2置位，申請(qǐng)中斷。此標(biāo)志必須有軟件清除。</p><p>　　CP/RL2：捕獲/重裝載控制位。1：選擇捕獲功能，若

21、EXEN2=1，在T2EX引腳上出現(xiàn)負(fù)跳變時(shí)，發(fā)生捕獲操作，把TH2和TL2的內(nèi)容送給RCAP2H和RCAP2L；0：選擇重裝載功能，若T2溢出或在EXEN2=1條件下T2EX引腳出現(xiàn)負(fù)跳變是，都會(huì)發(fā)生自動(dòng)重裝載，把RCAP2H和RCAP2L的內(nèi)容送給TH2和TL2。</p><p><b>　　（3）顯示環(huán)節(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)，采用LCD—1

22、602作為顯示裝置。1602僅使用高4位數(shù)據(jù)線及3位控制線實(shí)現(xiàn)液晶屏顯示，減少了單片機(jī)的端口引腳占用。程序運(yùn)行效果與使用8位接口模式顯示的效果相同。</p><p><b>　　定時(shí)一秒初值計(jì)算</b></p><p>　　對(duì)于16位定時(shí)器，最長(zhǎng)可定時(shí)</p><p>　　選擇每隔50ms中斷一次，中斷20次為1秒。</p>&l

23、t;p>　　則 RCAP2H = 19456/256, RCAP2L = 19456%256</p><p><b>　　程序流程圖</b></p><p><b>　　關(guān)鍵問(wèn)題</b></p><p>　　使用計(jì)數(shù)器T0，T1，同時(shí)讓定時(shí)器T2 定時(shí)一秒。計(jì)數(shù)時(shí)間到，將脈沖數(shù)送入字符顯示函數(shù)。</p