积木式机器人开发系统快速入门指南.docx

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积木式机器人开发系统快速入门指南

1、组建万能小车平台，快速搭建出循迹车的平台

2、安装寻迹传感器

寻迹传感器又叫灰度传感器或者光电判读器，分为对射式和反射式两种，其中反射式寻迹传感器是简易机器人最常用的一种有源传感器。

在这里我们重点对其进行介绍，本教材中凡未加说明的均指反射式寻迹传感器。

寻迹传感器的典型用途如下：

（1）检测表面特征：

寻迹传感器很适宜检测场地或物体表面的颜色或其他标记特征。

例如白纸上的黑线。

（2）墙面跟踪：

墙面是连续的障碍物，精度比较高的寻迹传感器能简单地测量小级别的距离，就能让机器人与墙面保持一定距离行进、跟踪墙面。

为了减低环境光造成的影响，寻迹传感器一般使用红外线。

寻迹传感器的输出分为模拟量和开关式两种，本教材只介绍前者。

它的原理是发光元件发出红外线，接收元件检测反射光，根据反射光的强弱，输出由小到大的模拟电平。

有一点要特别说明，寻迹传感器的工作距离有限，如果反射物较远，即使是白色物体，传感器接收的反射光也会较弱，导致无法识别出白色。

这点我们在今后的使用中应该特别注意。

当然，增大发光管的功率，工作距离也会相应增大。

一般来说，寻迹传感器的工作距离较近。

寻迹传感器的接口线由三条线组成：

黑色线（地线）；红色线（电源线+5V）；黄色线（信号线）。

接口线可连接于简易机器人控制器的任何模拟端口。

寻迹传感器与万能小车平台的接插方式如下：

（图中红色积木为套装中的“双排高侧孔”）

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需要注意的是，循迹传感器和地面的距离不可太高，同时传感器也不能摩擦到地面，应合理控制离地距离。

3、将马达模块和传感器连接到单片机控制器（ICU）

ICU（IntegratedContrlUnit）集成控制单元

1．基本介绍

ICU是一个可编程控制器,是TegoYapp机器人开发系统的核心单元。

ICU使用的微型控制器,是ATMEL系列的Mega16单片机。

本质上是单片机在执行控制程序，通过Mega16的设备控制器来访问ICU的输入/输出设备如按钮、扬声器,LCD显示屏。

此外,各类传感器可以连接到ICU输入口，给控制程序提供输入值，然后控制程序再驱动执行器件（如电机等）。

从物理上看，ICU的内部电路包括一块印制电路板和9V电源、Mega16单片微型控制器、电机控制芯片、LCD液晶显示屏和LCD控制驱动芯片、扬声器，三个按钮等通过电路板连接在一起。

从逻辑结构上说，ICU控制器可看作一台低端个人计算机，它通过一条内部总线把处理器、存储器和输入/输出设备连接起来。

输入/输出口都分配了确定的地址。

每个设备包括两部分:

一部分是通过总线与设备连接的接口电路，另一部分是组成设备的机械装置和电路元件。

按钮、LCD液晶屏、扬声器，传感器和执行器件都属于设备。

接口部份通常专指设备控制器，当然，设备与接口并没有明显的界线。

在主机上编写好程序后，可通过串口下载到ICU中。

程序可用不同的开发环境来开发，如TegoYapp提供的图形化开发工具：

TegoYappExpress，程序既可以用图形化语言也可用C语言来编写，然后通过交叉编译器生成Mega16的机器码，通过由片内ROM常驻程序提供的一个简单协议下载到ICU中，常驻程序在上电和复位后就会自动运行。

下载的程序运行后，ICU的预置程序提供基本的I/O服务（如访问LCD液晶屏），直接操作是通过与单片机的设备控制器和内存分配的协调应用实现的。

2．外围组件的连接规则

根据不同的目标需求，我们会有选择的使用不同的传感器件。

包括有减速马达、碰撞传感器、寻迹传感器、发光组件、角度传感器、温度传感器、红外发送模块、红外接收模块、红外测距模块、精确测距模块和精确方位模块等等。

那么它们和ICU之间的连接是怎样的呢？

我们向大家介绍一下最基本的连接注意事项：

每个外围组件都有自己的连接线，分为三芯（黄、红、黑排线）和四芯（蓝、黄、红、黑排线）2种，黑线均为地线。

注意黑线必须连接ICU插槽的外端（G端）。

如下图所示：

特别提示：

请严格遵守连接规则，随意的插接将导致ICU和外围组件的严重故障。

我们可以从上图看到：

第一类数字端口，以“Dx（D1-D6）”表示，它提供稳定的5V电源，可以插接任何数字类的检测模块（只返回0、1值的）和输出模块等等，不建议接插大功率模块（如马达等）；

第二类模拟端口，以“Ax（A1-A4）”表示，它提供稳定的5V电源，可以插接任何传感器（返回0-255的测量值）模块和输出模块等等，它最主要的用途是接插模拟传感器；

第三类马达端口，以“Mx（M1-M2）”表示，它提供直接外部输入的电源（或电池）。

由于ICU可承受较高电压，所以此端口可接插大功率设备（如马达等）；

线槽上方的“G、V、X、Y”四个字母，其中“G”指地线（必须连黑线）；“V”指电源（红线）；“X”和“Y”指信号线（黄色和蓝色线）。

字母正下方的插针，应当连接相应颜色的接线。

“ON/OFF”上面的圆形按钮是电源开关。

除了用于启动机器人也用于下载程序，在您下载已经编译好的应用程序时，当软件提示“等待硬件连接···”时，按下此按钮重新启动电源即可进行程序下载。

“PWR”上面是电源指示灯。

正常状态下，该灯为绿色，代表电源正常。

若偶尔闪动红色，表示电压偶尔跌落到正常状态以下，请检查ICU正在执行的程序中是否有马达高速正反转的设置。

若一直为红色或者红色频繁闪动，表示电源不足，请准备更换电池或连接足够功率的外接电源。

“COM”上面是通讯指示灯，当ICU有数据收发（如下载程序）时会闪动，表示通讯正常。

ICU下方还有下载端口和电源插口，下载端口只能接插本开发系统提供的数据线；电源端口为圆形的插座孔，可以接插DC5.0V的电源插头（内正外负），7V-12V范围均可以使用（注意：

极性切勿相反！

电压切勿超限制！

电源功率应当足够！

）

三、编程和下载

特别注意：

1、按默认的路径和提示，安装随机光盘里的软件安装程序到您的电脑。

2、只有安装好软件后，打开电脑桌面的“积木式机器人开发系统”软件，用“文件”—“打开”指令，找到光盘里的《例程》路径中的后缀名为“.rcu”的文件，才可以打开随机光盘里的相关例子程序。

3、打开例程，进行编译。

编译是软件将我们编写的程序从图形化语言转换成单片机能识别的机器语言的过程。

下载程序之前，一定要进行编译。

编译的快捷键是F9。

但是在我们初次使用软件进行编译时，软件会提示你“找不到编译器”，之后会弹出一个编译器的路径提示框。

这时你应该选定提示框里的默认编译器，点击“打开”。

执行完上述操作后，软件仍然会提示你“找不到编译器”，不要理会，再次按F9键进行编译，软件就会正常执行编译命令了。

只有在出现“编译成功”字样后，才能进行下载。

4、下载程序到单片机

编译成功后，就可以进行程序的下载了。

下载的快捷键是F10。

将数据线的232串口连接电脑的232串口，将数据线的电话水晶头插入控制器（ICU）的数据口，按下F10，软件会弹出“等待数据连接”的字样，这时按下ICU上的白色开关，软件就会自动开始下载任务了。

等下载完毕后，软件界面的下载进程框会自动消失，这时关闭ICU上的白色开关，然后拔出ICU上的数据线，下载步骤就完成了。

5、重新按下ICU上的开关，单片机就能自动执行刚刚下载的程序了。

6、如何查找例程里的硬件信息?

下面我们将通过一个实例来说明查找硬件信息的方法。

通过这个实例，您可以将以上各注意事项来进行对照。

打开例程和查找硬件信息的步骤：

一、打开软件

二、点击软件界面的“文件”，选择“打开”指令，这时会弹出浏览框，找到光盘里的“例程”文件夹，找到相应的程序（注意后缀名是“.rcu”的文件）。

三、点选并打开这个rcu文件，软件将打开该例子程序。

四、编译和下载该例程后，还需要按例程的设计，将各个硬件和控制器对应正确连接，这样控制器才能按例程设计的方式来运行。

那么如何查找例程里的硬件信息呢？

方法是这样的：

在例程界面，点击“项目”，选择“硬件信息”，软件会弹出这个对话框：

五、查找相应的硬件信息：

我们知道“循迹车”这个实验项目里要用到马达和灰度传感器，那么找到相应的分类栏，就可以知道循迹车的2个马达和2个灰度传感器应该连接控制器的哪个端口了。

五、按照软件指示的位置，正确地连接各个硬件。

唯一需要特别指出的是“循迹车”和“碰碰车”例程里的右马达，应该和软件提示的位置反过来连接，也就是连接在控制器M2端口的左边，同时注意黑线靠边。

这点需要特别注意！

“积木式机器人开发系统”软件介绍

TegoYappExpress又叫机器人快车，是赋予机器人思想的好工具，它采用图形化的编程方式，比传统的文本编程更加易学、易用、易读、易懂，非常适合编程思维的培养。

机器人快车采用基于工程C语言的图形化、模块化的编程语言，全部功能模块都使用图标来表示，遵循自顶而下的编程逻辑思维过程。

读者只需简单地拖放各个模块图标，绘制出流程图，软件平台就能自动生成可视化C语言源代码，帮助您轻松完成编程，快速掌握如何控制机器人。

下面介绍一下TegoYappExpress的基础知识。

一图形化编程软件界面和功能介绍

打开软件后，选择新建一个图形化程序，可以看到如下图的界面了。

其中：

菜单栏：

显示机器人快车的快捷菜单

工具栏：

显示机器人快车的快捷按键

标签栏：

显示所有编辑窗体的名称，方便用户在不同编辑窗体之间的切换

模块库：

显示所有流程控制模块、系统模块和用户自定义模块

主编辑窗口：

显示各个编辑窗体

属性、代码、变量窗口：

显示属性、变量和C代码的窗体

输出窗口：

显示编译输出信息

拖放图标是机器人快车可视化编程的基础，我们的编程思想就是通过流程图来表现。

而流程图主要表现为图标、图标间的连线和参数设置。

我们可以从模块库中拖动各类图标到编辑区，然后用线把编辑区里的图标按照一定的逻辑顺序连起来，从而实现自己的编程思想。

同时，代码区将显示与编程区中已连线图标对应的C语言代码。

机器人快车的工具栏包含23个快捷按键，如下表：

快捷键

图标

说明

新建

创建新的应用程序或函数，可以是图形化的或者C语言代码。

打开

打开以前所创建的应用程序或函数。

保存

保存当前编辑窗体的内容。

剪切

把选中的图标或线剪切到剪贴板。

复制

把选中的图标或线拷贝到剪贴板。

粘贴

把剪贴板中拷贝的图标或线粘贴到当前编辑窗体中。

删除

把选中的图标或线删除掉。

撤消

取消刚做的操作。

重做

再做一次同样的操作。

自动选择工具

根据鼠标不同的位置，自动处于相应的状态，此值为默认。

选择

在图形编辑区，鼠标处于选择状态。

连线

在图形编辑区，鼠标处于连线操作状态。

滚动

在图形编辑区，鼠标处于滚动状态。

文字

在编辑窗口中单击后可输入说明文字。

左对齐

将选定的模块按左边对齐排列。

右对齐

将选定的模块按右边对齐排列。

顶部对齐

将选定的模块按上边对齐排列。

底部对齐

将选定的模块按下边对齐排列。

自动对齐

将选定的模块按流程图结构自动排列整齐。

变量窗口

打开变量窗口

自建模块

自定义模块的建设

编译

编译当前编辑窗体的程序。

下载

将当前编辑窗体的程序下载到机器人中。

小结：

随机光盘里的例子程序是为方便初学者而设的，随着同学们对编程知识的学习不断深入，应开始逐步摸索进行自我编程和提高。