MazeRobot教程.docx

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MazeRobot教程

主编：

胡文杰、王元伟

指导老师：

黄贤英、杨宏雨

重庆理工大学嵌入式实验室

2013年10月

目录

OUTLINE2

一、电脑鼠案例整体架构2

1.1硬件部分结构图2

1.2硬件部分电路图3

二、硬件模型的搭建4

2.1准备工作4

2.2焊接元器件6

2.3电机的制作8

2.4电机的固定及轮子的制作9

2.5模型的完成10

三、电机的驱动原理及控制应用10

3.1电机的驱动原理10

3.1.1驱动电路芯片L911011

3.2电机的控制及应用12

四、传感器的原理及应用12

4.174HC138译码器12

4.1.1译码器的工作原理12

4.1.2译码器在传感器电路中的应用14

4.2载波发生器14

4.4传感器组15

4.4.1传感器组的原理及应用15

4.4.2传感器组的硬件调试说明16

五、编译环境及下载工具的安装及使用17

5.1编译软件的安装及使用17

5.1.1编译软件的安装17

5.1.2编译软件的使用17

5.2下载软件的使用17

六、上位机算法设计18

6.1迷宫形状的设计18

6.2算法流程19

6.2.1主程序流程图19

6.2.2达到终点子程序流程图20

6.2.3返回起点子程序流程图21

6.2.4冲刺子程序流程图22

OUTLINE

ThistutorialontheprinciplesofIEEEComputerMouseMazeexplorationandproductionbasedon51single-chipdesign,infraredsensors,servomotorsMazerobot（mazecomputermouse）.Wereanalyzedforthe8×8maze,mazecomputermouseontheentireprocessfromhardwaredesignandprogramdesignprinciplesarebrieflydescribed.Mazerobotcombinesintelligentcomputers,electronics,machinery,andothermulti-disciplinarytechnicalwalkingrobots.Theoverallstructureoftherobotmazeusuallyincludeembeddedmicrocontrollers,sensors,electromechanicalmovingparts,itsfunctionisinarandomlayoutofthemazemazefromthestartingpointtosearchandfindthebestpathtoapathtoend.Inordertoallowthemazetofindthebestpathtotheendoftherobotinthemaze,therobotmusthavearandomwalkthroughthemaze,memorymaze,mazesearching,routingcapabilities,thewholerobotbymechanicalparts,hardwarecircuit,partoftheprogramalgorithmcomponents.Dothemazerobothasthreemainsteps:

applicationofstructures,sensorsandelectromechanicalhardwaremodeldebugging,developmentanddownloadingtools.

概述

本教程就IEEE走迷宫电脑鼠原理进行探索，并设计制作基于51单片机、红外传感器、伺服电机的Mazerobot（迷宫电脑鼠）。

针对8×8迷宫进行分析，对走迷宫电脑鼠从硬件设计到程序设计的整个过程和原理进行简要的阐述。

Mazerobot结合了计算机、电子、机械等多学科技术的智能行走机器人。

通常迷宫机器人整体结构包括嵌入式微控制器、传感器、机电运动部件，它的功能是在一个可随意布局的迷宫中从起点开始搜索迷宫，并找出一条通往终点的最佳路径。

为了能让迷宫机器人在迷宫中找到通往终点的最佳路径，机器人必须具备在迷宫随意穿行、记忆迷宫、搜索迷宫、路径选择等能力，整个机器人应由机械部分、硬件电路部分、程序算法部分组成。

做该迷宫机器人主要有三个步骤：

硬件模型的搭建、传感器及机电的调试、开发及下载工具的应用。

1、电脑鼠案例整体架构

1.1硬件部分结构图

硬件电路部分主要由单片机最小系统电路、传感器电路、电机驱动电路构成。

如图1-1所示，是硬件电路部分结构框图。

图1-1

1、微控制器

微控制器是电脑鼠的核心，可以选择单片机，若RAM需求量大或者算法复杂或者性能要求高时，需要使用ARM等高性能的微处理器。

2、传感器

传感器的作用是用来感知环境，探测电脑鼠的左、前、右是否有路可走。

本设计中采用的是红外线方式，发射和接收分别受微控制器控制。

由硬件电路部分结构框图可知，在电脑鼠的前、左、右、左前、右前方共有5组，其中左、右、前三组传感器是用于探测电脑鼠在当前迷宫格左、右、前三个方向上是否有支路的，左前、右前两组传感器呈45度安装，用于电脑鼠行进过程中进行姿态矫正，防止电脑鼠走偏而撞到迷宫墙。

3、显示器

显示器是用来显示当前位置等相关信息的，是电脑鼠的可选部分。

4、电源

电源用来为单片机供电，选择哪种电池，这也将影响电路的设计。

5、蜂鸣器

当电脑鼠到底终点、或是返回到起点，可以用蜂鸣器来提示，是电脑鼠的可选部分。

1.2硬件部分电路图

整体硬件电路图如图1-2所示，其中包括程序下载、充电、单片机最小系统、传感器驱动、电机驱动主要5大部分电路图，具体见附件1（pcb板详细电路图）。

图1-2

二、硬件模型的搭建

2.1准备工作

对照下面“Maze_Robot元器件对应表”熟悉相应的元器件并了解其功能。

表1Maze_Robot元器件对应表

序号

元器件名称

PCB板上对应位置

个数

备注

1

1uF

C17

1

贴片电容

没有正负极

2

10uF

C16

1

3

20pF

C4C5C20C21

4

4

102

C8

1

5

103

C19

1

6

104

C2C6C7C9C10C11C12C13C14C15C18

11

7

0.47uF

C3

1

8

2k

R1R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R14R15RR17R18R19R20R21R22R23R24R25R26R27R28

25

贴片电阻

没有正负极

9

10K

R2

1

10

13K

R16

1

11

100K

RP1RP2RP3RP4RP5

5

可调电阻，可调端对应pcb凸端

12

8050

Q3Q5

2

贴片三极管

13

8550

Q1Q2Q4

3

14

STC89S52

MCU

1

芯片

芯片上黑色圆点对应pcb白色圆点或凹槽的左上角

15

CH340G

U1

1

16

74HC138

U2

1

17

74HC00

U3

1

18

L9110

U4U5

2

19

0.5A（保险丝）

F

1

无

20

12M

X1X2

2

晶振

21

LED（贴片）

D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10

10

白色一面有绿色小点的一端为负，对着pcb上箭头指的方向，白色面朝上

22

TP4054

U6

1

无

23

irLED

irT1irT2irT3irT4irT5

5

红外发射管短的一端为负极，对应pcb板上相应位置非圆弧端

24

HSOO38

irR1irR2irR3irR4irR5

5

红外接收管脚朝下黑色面朝自己，从左至右依次为接收极、负极、正极，在pcb板上ir为接收极

25

1000uF

C1

1

有灰色表面的一端为负极

26

SW-PB

RSTS1S2

3

按键

27

SWSPDT

SW

1

拨动开关

28

BUZZER

SPEAK

1

蜂鸣器

29

DW

DWLDWR

2

主动轮

30

UW

UWBUWF

2

万向轮

31

MOTOR

MOTORLMOTORR

2

电机

32

DC3.7V

POWER

1

电源

33

MinUSB

USB

1

无

34

SIP4

UART

1

插针

35

SIP6

ISPMLMR

3

36

SIP8

EXPAND

1

37

SIP10

P0

1

38

0

R3

1

不接

2.2焊接元器件

1、对照PCB板焊接相应的元器件，焊接基本规则：

按照表上的顺序焊接（先低后高）。

2、具体注意事项如下：

①在焊主控芯片STC89C52时，芯片上的凹点对应pcb板上的MCU白色点，如图2-2-3所示。

②在焊接其它芯片（U）时，芯片上的凹点对应pcb板上凹槽的左上角，如图2-2-3所示。

③在焊接LED（0805红色）灯时，LED灯上的绿色端（负极）朝着pcb板上相应位置箭头指向的方向，如图2-2-1和2-2-3所示。

④在焊接C1（1000uf）电容时，电解电容的正负极如图2-2-2所示。

图2-2-1

图2-2-2

图2-2-3

⑤电解电容C1，脚长的一端为正极，其它的都是瓷片电容，无方向。

⑥在焊接红外对管时，发射管（irLED）的脚短的一端为负极，对应pcb板上相应位置一段非圆弧端；对于接收管（HS0038），判别方法：

脚朝下黑色面朝自己，从左至右依次为接收极、负极、正极，在pcb板上1r为接收极。

还有发射管和接收管的位置应基本对齐。

如图1-2-4和1-2-5所示。

图2-2-4

⑦对于可变电阻，调节端对应pcb板上的凸起端，如图1-2-5所示。

图2-2-5

⑧电阻R0对于AT系列的直接短接，对于STC则不接。

2.3电机的制作

该案例用的电机为控制为6线2相伺服电机，6跟线分别为电机的正负极、编码器的正负极以及A相B相，将6个脚分别引出，然后用胶枪固定。

电机的连线如图2-3-1，注意不要烧坏编码器。

电机的插线如图2-3-2所示，分别对应电机的6跟线。

图2-3-1

图2-3-2

2.4电机的固定及轮子的制作

用泡沫做出电机的弧形座子，然后用线绑住焊在pcb板上，如2-4-1；轮子的制作及万向轮的固定如图2-4-2所示。

图2-4-1

2-4-2

2.5模型的完成

在做好上述的四个步骤以后，我们就基本上完成了模型的搭建，如图2-5所示。

图2-5

三、电机的驱动原理及控制应用

3.1电机的驱动原理

如图4-1-1所示，是用来驱动电脑