#基于机器人创新实训室方案.docx

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#基于机器人创新实训室方案

基于机器人的

物联网实验实训室建设方案

组成模块

关键技术参数

用途

BS2微控制器使用开发平台

BS2微控制器加带面包板的教学板

物联网基础嵌入式系统开发平台

C51/AVR单片机使用开发平台

AT89S52和Atmega8单片机和带面包板的教学板

物联网单片机系统开发平台，用作专业基础平台

基于ARMV7CoretexM3嵌入式开发平台

带面包板的嵌入式开发平台

用作高端、专业物联网使用嵌入式开发平台

两轮小车对象

两伺服舵机、合金车体等

移动对象，模拟运输车辆等

中型自主移动机器人（含笔记本控制器）

两轮直流伺服电机驱动，驱控一体化控制器，全自动导航能力，PC上位机智能控制器，配备RFID读卡设备和自主导航设备

作为移动的平台到室内或者室外读取各种物品的标签和相应物品属性，再通过无线局域网发到互联网上

RFID标签

直径50mm，圆形，进口，125KHz频率，读取距离2~5英寸

作为物体标识，或者机器人身份标识

无线射频识别卡

通过USB口和电脑连接并供电，2400bps串行通讯速率，尺寸62.2mmWx82.5mmH

可连接到工作站PC，或者移动机器人的控制PC上

扩展智能传感器套件

循迹传感器模组、超声波传感器、数字编码器套件、双轴加速度传感器、三轴加速度传感器、颜色传感器、温湿度传感器、CMU摄像头、传感器安装云台各一套，都能直接通过面包板和微控制器集成

安装到机器人上或者物体上面，检测机器人或者物体属性

RF接收和发射模块

433MHz，传送速率1200至9600bps，信息传送距离100m

用于远程操控机器人

XBee无线通讯模块

1mW芯片天线，250kbps~115kbps，室内30m，室外100m通讯距离

用于无线传送物品或者设备信息

小型GPS模块

GPS模块具有内部集成天线,依靠多达12颗卫星，能够输出标准的基于NMEA0183字段或者经过处理后的数据信息。

GPS通过串行通信接口，能够提供当前的时间、日期、纬度、经度、海拔高度、速度和前进方向等数据信息。

实际使用：

导航、跟踪系统、绘图、车队管理以及机器人等。

跟踪并感知机器人位置

配套电脑和网络设备

PC机等

配套物体和设施

带颜色的物体、机器人跟踪轨道、障碍物等

注意：

以上设备数量可以根据学校实际情况进行调整。

一、方案背景

传感和物联网技术是继计算机、互联网技术之后，世界信息产业的第三大浪潮，该技术通过现代智能传感器技术、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品和互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

本方案将机器人模拟各种物流车辆和侦察机器人等，将每一个机器人的本身信息和感知到的现场环境信息同互联网连接起来，以实现机器人的感知信息传输、机器人识别和定位、跟踪、监控和管理功能。

二、方案目的

机器人是未来技术的核心，装备各种传感器的机器人可以模拟未来各种移动智能设备，实现对周边环境（如温度、湿度、光强等）和被侦测物体的特性（如浓度、密度、温度）检测和信号转换，并通过无线传输机器人和RFID技术连接到互联网。

为了使学生能够真正掌握互联网的核心技术（包括射频技术、传感技术、GPS技术和ZigBee无线传输技术等），本实验室通过提供各种机器人对象、传感器模块、无线传送模块和GPS模块的组合，让学生在构建各种物联网的过程中掌握物联网的集成技术和使用编程方法。

三、项目设计

1、给固定的物体增加RFID标签、传感和发射模块，直接将物体的属性等信息发到互联网上，实现对不可移动的设备和财产的监控和保管；

2、给移动的物流车辆或者其它移动设备增加传感和无线传送功能，将本身的属性或者感知到周边环境信息发送到互联网，实现对移动设备或者财产的监控和管理。

3、其他物联网扩展使用。

四、设备配置

1、BS2微控制器使用开发平台

BS微控制器是以PBASIC为编程语言，控制器本身植入了PBasic语言解释器，通过解释器对PBASIC使用程序进行解释执行的微型计算机，一般具有8路或16路I/O通道，每个I/O通道管脚可直接连接到按钮开关、发光二极管、扬声器、电压计及其它TTL装置等。

通过增加一到两个额外元器件，I/O接脚就可以连接到非TTL装置，如线圈、继电器等。

根据存储容量、处理器速度、以及指令执行速度的不同分为若干型号。

机器人上常见的BS系列控制器如下：

PIC2芯片由一个5伏特电压调节器、晶振、SerialEEPROM和PBASIC解释器（使用MicroChip公司8位的PIC16C57单片机）组成，PBASIC程序储存在非挥发性（断电后程序仍可保留）的SerialEEPROM内，解释器从EEPROM读取已储存的程序代码或将数据写进去。

解释器每次读取一条指令，经过解释后对输入/输出接脚、或本身内部结构进行适当的操作。

PBASIC程序储存在EEPROM中，程序可无限地被重复修改及写入。

PIC2被封装为24脚双列直插式芯片，含有两个专用个串行通讯口，16个IO管脚，以及供电管脚。

2、C51/AVR单片机使用开发平台

C51/AVR教学板涵盖了由“AT89S52”组成的51单片机最小系统和由“ATMEGA8”组成的AVR单片机最小系统。

AT89S52是一种高性能、低功耗的8位单片机，内含8k字节ISP（In-systemProgrammable,在系统编程）可反复擦写1000次的FLASH只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS51指令系统及其引脚结构。

在实际工程使用中，功能强大的AT89S52已成为许多高性价比嵌入式控制使用系统的解决方案。

对微控制编程采用德国KEIL公司出品的51系列单片机C语言集成开发系统。

通过该集成开发系统，可以直接对单片机的4个8位的并行I/O口：

P0、P1、P2和P3进行编程控制。

这4个接口，既可以被定义为输入，也可以被定义为输出；可按8位处理，也可按位方式（1位）使用。

AT89S52芯片是一个标准的40引脚双列直插式集成电路芯片。

ATmega8作为CPU，ATmega8是一种比51系列更为强大的高性能、低功耗的8位单片机，不需要仿真机和编程机，只需运用ISP电缆就可以对单片机的FLASH反复擦写10000次以上，因此使用起来特别方便简单，尤其适合初学者使用，而且配置十分灵活，可扩展性特别强。

在实际工程使用中，功能强大的ATmega8已成为许多高性价比嵌入式控制使用系统的解决方案。

对微控制编程采用WinAVR编辑器集成开发系统。

通过该集成开发系统，可以对AVR系列单片机拥有的23个可编程、并且内部带上拉电阻的并行I/O口：

PC、PB和PD进行编程控制。

这23个接口，既可作为输入，也可以作为输出；可按8位处理，也可按位方式（1位）使用。

单片机ATmega8是一个标准的28引脚双列直插式集成电路芯片。

1.主要特点

􀁺通过两个跳线，实现51单片机和AVR单片机切换工作或同时工作。

在一块控制板上完成AVR和C51间的异种单片机间通信实验。

􀁺配备各自独立的RS232接口，实现和计算机进行串行通信。

􀁺配备各自独立的ISP接口，实现在系统编程。

􀁺配备各自独立的20PIN排母接口，实现和其他设备如液晶屏、视频采集等套件的连接，从而完成更多任务。

􀁺为每种单片机配备4组3PIN电机驱动接口，为机器人的伺服电机提供电源和驱动信号。

􀁺提供47mm×36mm的实验面包板，结合单片机各IO口，可搭建电路，或和其他传感器连接，完成更多的单片机实验。

2.配件清单

􀁺电路板（包含电源模块和相关接口）

􀁺Atmel89S52单片机

􀁺AtmelAtmega8-16PU单片机

3.技术参数

􀁺尺寸：

102mm×97mm

􀁺电源：

6～9V直流电源

􀁺晶振：

11.0592MHz（89S52）4MHz（AVR）

4.89S52性能参数

􀁺和MCS-51单片机产品兼容

􀁺8K字节在系统可编程Flash存储器

􀁺擦写寿命1000次

􀁺256字节的片内RAM

􀁺512字节的片内EEPROM

􀁺三级加密程序存储器

􀁺32个可编程I/O口线

􀁺三个16位定时器/计数器

􀁺八个中断源

􀁺全双工UART串行通道

􀁺低功耗空闲和掉电模式

􀁺掉电后中断可唤醒

􀁺看门狗定时器

􀁺掉电标识符

􀁺工作电压：

4.2-5.5V

5.Atmega8性能参数

􀁺高性能、低功耗的8位AVR微处理器

􀁺8K字节的系统内可编程Flash

􀁺擦写寿命10,000次

􀁺512字节的EEPROM

􀁺1K字节的片内SRAM

􀁺23个可编程的I/O口

􀁺通过片上Boot程序实现系统内编程

􀁺两个具有独立预分频器8位定时器/计数器,

􀁺一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器

􀁺两个可编程的串行USART

􀁺具有独立振荡器的实时计数器RTC

􀁺三通道PWM

􀁺8路10位ADC

􀁺可工作于主机/从机模式的SPI串行接口

􀁺具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器

􀁺工作电压：

2.7～5.5V

3、基于ARMV7CoretexM3嵌入式开发平台

“大学版”包含Cortex-M3嵌入式系统的JTAG接口（底板）、RS232串口（底板）、CAN总线接口（底板）、USB接口（底板）、SD卡接口（底板）、触摸屏接口（底板）、音频接口（底板）、存储扩展接口（底板）、RTC实时时钟接口（底板）、I2C/EEPROM接口（底板）、A/D接口（底板）、Key接口（底板）、LED接口（底板面包板外接）、LCD1602接口（底板）、LCD12864接口（底板）、TFTLCD接口等，还包括常用数字温度传感器，覆盖范围极广，便于教学；还安装了150mm×120mm大小的面包板，结合提供的接口，可以在上面连接传感器；此外还提供了20PIN的排母，可以用来扩展新的面包板或更多的传感器模块,支持多种电源接口：

电池、USB（可采用电脑、笔记本USB接口供电，方便学生学习）、变压器、开关电源。

支持5-12V宽电源供电。

主要技术指标：

1、采用模块化结构、开放式接口；

2、在PC机上用软件对开发板进行编程，在通过ULINK仿真器连接JTAG口将程序下载到开发板中，拔去连接线，可按指令自主运行编写的程序；

3、引出所有I/O口方便2次开发，或者科技创新；

4、支持80路数字式输出，可控制至多80个舵机、继电器、电继阀、LED灯、蜂鸣器；

5、16路12位模拟输入，I2CEEPROM接口，4个LED和4个按键，2个MAX3232芯片和DB9针口，SD卡插口，字符型LCD1602和触摸式点阵液晶12864，TFTLCD，1线制温度传感器DS18B20，CAN总线接口，USB接口，扬声器及麦克风

6、具有基本传感器：

红外、光敏、麦克风、碰撞等；可配置扩展传感器或执行机构，如：

灭火风扇，超声测距，红外测距等。

4、两轮小车对象

名称

图片

参数

伺服电机

外形尺寸（mm）：

40.5x20.0x38.0

重量：

45.0g

速度：

0.19sec/60°

扭矩：

47oz-in

底盘

底盘1个

电池盒1个

轮子和支撑脚轮1套

连接螺丝1套等

5、中型自主移动机器人

中型自主移动机器人是一个集机器人教学、研究一体的综合平台，具有可靠性高，系统开放性大，可扩展性好等特点。

它融小车机械、精密