測速小車開題報告

1、<p>　　Harbin Institute of Technology</p><p>　　課程設(shè)計說明書（論文）</p><p>　　設(shè)計題目：測速小車 </p><p>　　院 系：電氣學(xué)院測控系 </p><p>　　班 級：100102班 </p&g

2、t;<p>　　設(shè) 計 者： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計時間：2013.9.11—2013.9.13</p><p><b>　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)</b></p&g

3、t;<p>　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　*注：此任務(wù)書由課程設(shè)計指導(dǎo)教師填寫</p><p><b>　　開題報告</b></p><p><b>　　立項背景</b></p><p><b>　　1. 課題意義</b></p>

4、;<p>　　隨著科技的進(jìn)步，人們對機(jī)器人的發(fā)展越來越重視，移動機(jī)器人作為一個重要分支也備受關(guān)注。運動控制是移動機(jī)器人研究中的重要課題。以教育機(jī)器人為平臺，針對輪式移動機(jī)器人進(jìn)行運動控制，速度測量，對于理解機(jī)器人的基本控制方法有重要意義。</p><p>　　通過對移動機(jī)器人的速度進(jìn)行監(jiān)測，對于選擇移動路徑，速度變化，移動策略的制定，進(jìn)行反饋控制都有重要意義。在自動測速小車的設(shè)計中，測速環(huán)節(jié)可以作為

5、地域探索機(jī)器人和緊急搶險機(jī)器人的運動系統(tǒng)中的一部分，讓機(jī)器人在行進(jìn)中自動對自身速度進(jìn)行觀測。</p><p><b>　　2. 課題目的</b></p><p>　?。?）利用以8位AT89S52單片機(jī)為核心的教育機(jī)器人設(shè)計測速小車，實現(xiàn)對小車左右兩輪速度的監(jiān)測。在設(shè)計過程中進(jìn)一步掌握單片機(jī)在控制領(lǐng)域的具體應(yīng)用，加深對單片機(jī)功能和內(nèi)部資源的認(rèn)識，學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計過

6、程。</p><p>　?。?）在C語言程序設(shè)計過程中，可以掌握延時，初始化，中斷，定時，計數(shù)等基本程序的編寫，熟練對keil uVision集成化開發(fā)平臺的應(yīng)用。同時在設(shè)計過程可以進(jìn)一步理解軟件與硬件的關(guān)系，以及單片機(jī)的工作過程。</p><p>　?。?）在液晶顯示的設(shè)計過程中，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。同時通過計算機(jī)仿真，熟練使用Proteus進(jìn)行虛擬仿真。

7、</p><p>　?。?）在測速方法的設(shè)計中，了解數(shù)字編碼器的工作原理，以及如何通過單片機(jī)進(jìn)行速度監(jiān)測。</p><p>　?。?）通過對1602顯示模塊的子程序設(shè)計，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)計要求</b></p><p>　?。?/p>

8、1）實時測量小車的運行速度，并用液晶顯示。</p><p>　?。?）兩行分別顯示小車左輪和右輪速度，以cm/s為單位。</p><p>　?。?）需要用到單片機(jī)的2個計數(shù)(兩個輪子)和1個定時功能。AT89S52有3個定時計數(shù)器，熟悉定時器T2的使用方法。</p><p>　　（4）擴(kuò)展，設(shè)定一臨界速度值，當(dāng)小車速度大于臨界速度時會自動報警。</p>

9、<p><b>　　三． 設(shè)計原理</b></p><p>　　對于測速智能車系統(tǒng)，可將其分為四個主要模塊：數(shù)字編碼器模塊，單片機(jī)主控核心模塊，電機(jī)驅(qū)動模塊，ISP程序燒寫模塊。</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

10、功耗的8位單片機(jī),片內(nèi)含8k Bytes Flash，運用ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次；只讀程序存儲器器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及其引腳結(jié)構(gòu)。在實際工程應(yīng)用中，功能強(qiáng)大的AT89S52已成為許多提供高性價比嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案。 </p><p>　　在這次設(shè)計中我們選用已經(jīng)學(xué)過的MCS-51單片機(jī)為核

11、心作為控制模塊MCS-51系列單片機(jī)是美國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8位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，其典型產(chǎn)品有8031、8051、8751等等。</p><p>　?。?）ISP程序燒寫模塊</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入程序

12、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，也可電子市場購買。常見市售的ISP下載型編程器為ISPro下載型編程器。用戶將安裝光盤插入光驅(qū)，運行安裝程序SETUP.exe即可。安裝后，在桌面上建立一個“ISPro.exe下載型編程器”圖標(biāo)，雙擊該圖標(biāo)，即可啟動編程軟件。</p><p>　　本次課程設(shè)計采用風(fēng)標(biāo)電子ISP。</p>&l

13、t;p><b>　?。?）電機(jī)驅(qū)動模塊</b></p><p>　　電機(jī)是智能車的驅(qū)動部件，給小車提供動力。機(jī)器人的動作直接由伺服電機(jī)控制，伺服電機(jī)與單片機(jī)接口的連接，圖1為電機(jī)連接原理圖和實際接線圖，圖2可知，P1_0引腳的控制輸出用來控制右的伺服電機(jī)，而P1_1則用來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)和實際接

14、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)過零點標(biāo)定后的伺服電機(jī)，伺服電機(jī)不會旋轉(zhuǎn)。如果此時電機(jī)旋轉(zhuǎn)，表明電機(jī)需要標(biāo)定。從圖3可知，控制電機(jī)運動轉(zhuǎn)速的是高電平持續(xù)的時間，當(dāng)高電平持續(xù)時間為1.3ms時，電機(jī)順時針全速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)高電平持續(xù)時間1.7ms時，電機(jī)逆時針?biāo)傩D(zhuǎn)。</p><

15、p>　　圖2 電機(jī)轉(zhuǎn)速為零的控制信號時序圖</p><p>　　圖3 控制脈沖序列使電機(jī)順時針和逆時針全速旋轉(zhuǎn)</p><p>　　具體使小車前進(jìn)，后退，轉(zhuǎn)彎程序見附錄。</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)過物體表面的反射并再次接收，智能車的輪子即使是黑色的，仍然足夠反射紅外

16、線導(dǎo)致傳感器的響應(yīng)，當(dāng)傳感器“看到”車輪的一部分時，編碼器會輸出低電平，當(dāng)它通過了車輪上的一個洞時，它的輸出變?yōu)楦唠娖?。由于傳感器發(fā)射和檢測的調(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)出相近頻率的光對編碼器的運作產(chǎn)生干擾。隨著智能車的車輪轉(zhuǎn)動，傳感器會看到孔和無孔的交替模式—無孔-孔-無孔，可以看出編碼器的輸出將是一個方波，并且其頻率對應(yīng)車輪的速度旋轉(zhuǎn)，通過對數(shù)字編碼器輸出的方波信號進(jìn)行觀測就可容易知道智能車的速度。</p

17、><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編碼器，紅色引線接Vdd，黃色引線接Vss，黑色引線分別接一個10K的上拉電阻到Vdd，左輪黑色引線接P11管腳，右輪黑色引線接P10管腳。</p><p><b>　　四． 設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>　　測速原理</b></p>

18、<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)過物體表面的反射并再次接收，智能車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”車輪的一部分時，編碼器會輸出低電平，當(dāng)它通過了車輪上的一個洞時，它的輸出變?yōu)楦唠娖?。由于傳感器發(fā)射和檢測的調(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)出相近頻率的光對編碼器的運作產(chǎn)生干擾。</p><p>　　隨著智能車的車

19、輪轉(zhuǎn)動，傳感器會看到孔和無孔的交替模式—無孔-孔-無孔，可以看出編碼器的輸出將是一個方波，并且其頻率對應(yīng)車輪的速度旋轉(zhuǎn)，通過對數(shù)字編碼器輸出的方波信號進(jìn)行觀測就可容易知道智能車的速度。</p><p>　　因為編碼器直接輸出對應(yīng)車輪旋轉(zhuǎn)速度的方波，我們通過單片機(jī)的兩個I/O口將脈沖接入單片機(jī)，因為8位AT89S52單片機(jī)內(nèi)部集成有三個計數(shù)器，我們利用兩個計數(shù)器對輸入的脈沖進(jìn)行計數(shù)，利用另一個定時器進(jìn)行定時。通過定

20、時計數(shù)就可以觀測到兩個輪子的速度。</p><p>　　AT89S52單片機(jī)定時器2的使用</p><p>　　T2控制寄存器T2CON (地址:88H，可按位尋址)，由于T2可以自動裝入初值，所以計時非常準(zhǔn)確</p><p>　　TF2: 溢出標(biāo)志位。T2溢出時置位，并申請中斷。此標(biāo)志必須用軟件清除。</p><p>　　EXF2：當(dāng)EXE

21、N2 = 1，且T2EX引腳出現(xiàn)負(fù)跳變時，EXF2置位，申請中斷。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EXEN2=1，在T2EX引腳上出現(xiàn)負(fù)跳變時，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，都會發(fā)生自動重裝載，把RCAP2H和RCAP2L的內(nèi)容送給

22、TH2和TL2。</p><p><b>　　（3）顯示環(huán)節(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計，采用LCD—1602作為顯示裝置。1602僅使用高4位數(shù)據(jù)線及3位控制線實現(xiàn)液晶屏顯示，減少了單片機(jī)的端口引腳占用。程序運行效果與使用8位接口模式顯示的效果相同。</p><p><b>　　定時一秒初值計算</b>&l

23、t;/p><p>　　對于16位定時器，最長可定時</p><p>　　選擇每隔50ms中斷一次，中斷20次為1秒。</p><p>　　則 RCAP2H = 19456/256, RCAP2L = 19456%256</p><p><b>　　程序流程圖</b></p><p><

24、b>　　關(guān)鍵問題</b></p><p>　　使用計數(shù)器T0，T1，同時讓定時器T2 定時一秒。計數(shù)時間到，將脈沖數(shù)送入字符顯示函數(shù)。</p><p>　　對于脈沖數(shù)，如何進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從float型常量變?yōu)樽址Ａ窟M(jìn)行顯示。</p><p>　　1602的四位模式初始化與命令，數(shù)據(jù)寫入的子程序編寫。</p><p>　　小車運