基于单片机的矿井机器人障碍物探测系统毕业设计说明书Word文档下载推荐.docx
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控制模块用STC89C52单片机控制整个系统的运行；
动力模块由电池驱动两个直流电机控制机器人的动作。
用KEIL软件对STC89C52单片机进行编程控制系统运行。
系统首先通过超声波测距传感器对前方障碍物进行监测，如无障碍物系统通过通信模块传递出信息，然后驱动电机是机器人前进；
如发现障碍物，计算障碍物与机器人之间的距离，传出距离信息，控制器驱动电机对障碍物进行规避，继续检测前方是否有障碍物。
系统就这样循环运行。
在系统运行时，我们要求系统必须对前方障碍物的距离做出准确的判断，及时避开障碍物，选择可以通过的路径继续探测，同时将测出的信号传递出来以方便救援人员及时掌握井下的环境信息快速制定救援方案。
关键词：
矿井机器人；
单片机；
避障；
测距；
信号传递
TitleMinerobotobstacledetectionsystembasedonMCU
Abstract
Minerescuerobot,mineisparticularlyimportantinthedetectionofundergroundunknownenvironment.ThispaperdesignsadetectionsystemofminerobotobstaclebasedonMCU.Thissystemismainlycomposedofthefollowingparts:
therangingmoduleisusedinultrasonicrangingsensor;
informationtransmissionmoduleisusedinBluetoothwirelesstransmission;
controlofthewholesystemusingSTC89C52Microcontrollercontrolmoduleoperation;
powermoduleispoweredbyabatteryoftwoDCmotorcontrolrobotaction.
ProgrammingthecontrolsystemofSTC89C52MicrocontrollerwithKEILsoftware.Thesystemfirstthroughtheultrasonicrangingsensorformonitoringtheobstacles,suchasnoobstaclesystemconveysinformationthroughthecommunicationmodule,andthedrivingmotoristherobotforward;
obstaclessuchasdiscovery,calculatethedistancebetweentherobotandobstacledistance,spreadinformation,thecontrollerdrivesthemotorwithobstacleavoidance,todetectwhetherthereisinfrontofobstacle.Thissystemoperationcycle.
Whenthesystemisrunning,werequirethesystemmustbeonthefrontobstacledistancetomakeaccuratejudgments,toavoidobstacles,pathselectioncanalsobemeasuredtodetect,signalingtofacilitaterescuepersonneltocontroltheundergroundenvironmentinformationquicklydeveloprescueplan.
Keywords:
Minerobot;
MCU;
obstacleavoidance;
measurement;
signaltransmission.
1引言…………………………………………………………………………………4
1.1矿井机器人的研究意义…………………………………………………………4
1.2矿井机器人的概念………………………………………………………………4
1.3国内外矿井机器人的发展现状…………………………………………………5
1.4本文主要内容介绍………………………………………………………………6
2矿井机器人总体设计方案…………………………………………………………7
2.1矿井机器人总体设计方案论证…………………………………………………7
2.2矿井机器人总体设计要求………………………………………………………9
2.3矿井机器人总体设计方案………………………………………………………10
3矿井机器人硬件电路的设计………………………………………………………12
3.1矿井机器人各硬件部分芯片介绍………………………………………………12
3.2矿井机器人核心电路的设计……………………………………………………15
3.3矿井机器人外围电路的设计……………………………………………………16
3.4矿井机器人硬件电路总体设计…………………………………………………18
4矿井机器人系统软件设计………………………………………………………19
4.1程序的开发环境介绍……………………………………………………………19
4.2矿井机器人各模块程序设计……………………………………………………20
4.3矿井机器人总体程序设计………………………………………………………25
5矿井机器人系统调试………………………………………………………………26
5.1矿井机器人各硬件模块调试……………………………………………………26
5.2矿井机器人系统总体调试………………………………………………………28
结论…………………………………………………………………………………30
致谢…………………………………………………………………………………32
参考文献………………………………………………………………………………33
附录A………………………………………………………………………………35
1引言
1.1矿井机器人的研究意义
我们国家是矿产大国，各种矿物质资源十分丰富，随着近些年人民物质生活的不断提高，矿物资源的开采力度不断加大，特别体现在煤炭能源领域，由于我们是发展中国家，我国的资源开发的现代化程度还不是很高，主要还是依靠人工在井下进行开采。
由于井下环境的复杂性，造成全国各地特别是矿物主产地的矿难事故不断发生。
据不完全统计2012年，我国大陆发生的矿难共造成102人受伤，448人死亡，3人失踪。
2013年我国大陆地区发生矿难共造成329人死亡，64人受伤，1人下落不明。
2014年，我国大陆发生的矿难共造成138人受伤，269人死亡，29人失踪。
国家遭受重大损失，一个个矿工家庭的破碎，让我们的心情随之低落。
在这种情况下，矿井救灾也就显得十分重要。
矿难一旦发生，矿井底下环境会发生很大的变化，在救灾的同时二次灾害如影随形，这就对救灾人员的生命安全造成巨大威胁，不仅为救灾造成不便，而且很容易上演第二次悲剧。
2006年8月21日，贵州省毕节地区纳雍县贝勒煤矿井下发生燃烧事故，六枝工矿集团公司矿山救护大队接报后前去帮助扑救。
8月23日下午4时30分左右，贝勒煤矿发生瓦斯爆炸，矿山救护大队12名救护人员，有4人安全升井，8人遇难......为了在救灾的同时尽可能地减少二次灾害的发生，及时掌握矿井下面的环境状况就显得非常重要。
这就要求我们设计一种可代替人工的机器对矿井下面的情况作出及时的测量。
矿井机器人就是在这种情况下被提出的。
矿难发生后，在救灾时，我们地面救灾人员先通过矿井机器人对井下环境做出准确的判断，再制定最为适合的救灾方案。
既可以以最快的时间就出井下被困的矿工，又可以避免救灾人员的伤害，尽最大可能把损失降到最低。
可见矿井机器人在救灾过程中具有十分重要意义。
1.2矿井机器人的概念
随着现代科技水平的不断提高，越来越多的智能机器人被研制出来。
机器人是一种能够自动工作的机器装置。
我们既可以对它进行遥操作，也可以让它按照预先设定的程序运行。
现在的智能机器人可以按照我们设定的智能控制原则行动。
机器人的的任务是协助或取代我们的工作，从事一些重复率高、强度大、危险的工作。
矿井机器人就是在看矿井下代替我们工作的自动执行工作的机器装置，它对矿井下位置环境进行测量探测，并将测量的环境数据传送至地面人员，让我们对井下的环境进行判断，做出进一步的行动方案。
矿井机器人在组成上与其他机器人无异，由执行机构、驱动装置、检测装置、控制系统组成。
执行机构是矿井机器人的本体架构。
本设计采用车型架构，四个轮子采用非对称结构。
车型架构主要是保证矿井机器人在矿井未知道路环境条件下行进的稳定性。
四个车轮的非对称排列防止机器人在遇到障碍时两个轮子同时被抬空而造成机器人不能前行。
机器人顶盖采用钢板防护，防止井道上方坠落物坠落造成主机损坏。
驱动装置是执行机器人运动的装置。
本设计采用驱动芯片对两个直流电动机进行驱动。
控制单元发出指令控制机器人的两个直流电动机进行线、角的位移。
线位移时控制单元同时驱动两个直流电动机同速运动，角位移时控制单元驱动两个直流电动机做差速运动，一实现机器人的转弯避障。
检测装置主要是有各种测量传感器组成，用于探测环境信息。
检测到的环境信息传送给控制单元，控制单元对这些环境信息作出适当分析，进而控制机器人的动作并将环境信息传送至地面人员。
控制系统是矿井机器人的核心部件，它相当于机器人的大脑。
本设计采用集中式控制，即所有的信息由一个控制器进行控制。
它将检测装置测量的信息分析加工，然后控制机器人的下一部动作，同时又将检测装置测量的信息加工处理后传回地面。
1.3国内外矿井机器人的发展现状
救灾机器人的研究起步较晚，在20世纪80年代才开始对这一技术进行研究。
在1995年日本的神户大地震之后才被重视起来。
随后十几年里这些研究处在实验阶段里，并没有投入实际运用中。
救灾机器人第一次参与到现场救灾是在2001年的美国911事件发生后中被大规模使用。
参与救援的是由美国军方研制的救灾机器人在这次救灾中展现出来了人工不能比拟的优越性，但是也暴露出了不少缺点。
例如机器人的防水性不好、耐热性不强、抗震性较低、防爆性能较弱及其他抗恶略环境的性能不高的缺点。
我国的救灾机器人研究晚于世界同一时期，但是近几年发展比较快，取得了不少研究成果。
例如上海交通大学，哈尔滨工业大学，沈阳自动化研究所都研制出用于救灾的机器人，清华大学和中国矿业大学研制出了用于煤炭矿井下的矿井救灾机器人。
但是大都停留在样机研究中，在救灾现场使用的寥寥无几。
日本大阪大学研制的蛇形机器人可以再废墟上前进，全身都装有传感器用以测量不同的环境变量，头部还有一个监视器
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