《循迹机器人设计.doc

目录 课程设计（论文）任务书..........................................................Ⅰ 课程设计（论文）成绩评定表......................................................Ⅲ 中文摘要............................................................... ........VI 1 设计任务描述 1 1.1 设计题目 1 1.2 设计要求 1 1.2.1 设计目的 1 1.3 基本要求 1 2 设计思路 2 3 软件流程图 3 4 各部分模块设计和选取 4 4.1 机械结构方案设计 4 4.1.1 车模结构特点 4 4.1.2车模转向舵机机械结构的设计 5 4.1.3电路板 6 4.2视频信号采集方案 6 4.2．1采集分析 6 4.2.2 采集时序 7 4.2.3 中断分析 8 5硬件电路系统设计与实现 10 5.1 硬件电路设计方案 10 5.2硬件电路的实现 10 5.2.1 以S12为核心的单片机最小系统 10 5.2.2 主板 11 5.2.3 电机驱动电路 13 5.2.4 摄像头 13 5.2.5 速度传感器 13 6 循迹小车软件设计 15 6.1 路径识别与自适应阈值计算 15 6.2 抗干扰处理 15 6.3 算法实现 16 6.3.1 偏航距离的计算 16 6.3.2 偏航角度的计算 16 6.3.3 曲率的计算 16 6.4 速度PID算法 16 7 模型车的主要技术参数 18 8元器件清单 19 小结 20 致谢 21 参考文献 22 附录A软件流程图 23 1 设计任务描述 设计题目 循迹机器人设计 1.2 设计要求 1.2.1 设计目的 1）了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。??? 2）初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于机器人的设计中。? 3）通过学习，具体掌握循迹机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的循迹任务。 1.3 基本要求 1）要求设计一个能循迹(白底黑线或黑底白线，线宽25mm)的机器人； 2）要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。 3）要有循迹的策略（软件流程图）。 2 设计思路 根据此次课程设计的要求，我们选择以16位微控制器MC9S12DG128B单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制，介绍了机器人的行走机构、控制系统、传感器类型的选择及排列布局，并根据软件系统的特点简要的用流程图叙述了小车的软件设计。最终使小车达到智能循迹的功能。 根据以上系统方案设计，循迹小车共包括七大模块：MC9S12DG128B主控模块、传感器模块、电源模块、电机驱动模块、速度检测模块辅助调试模块。 各模块的作用如下： MC9S12DG128B主控模块，作为整个智能车的“大脑”，将采集光电传感器、光电编码器等传感器的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机和伺服电机完成对智能车的控制。 传感器模块，是智能车的“眼睛”，可以通过一定的前瞻性，提前感知前方的通道信息，为智能车的“大脑”做出决策提供必要的依据和充足的反应时间。 电源模块，为整个系统提供合适而又稳定的电源。 电机驱动模块，驱动直流电机和伺服电机完成智能车的加减速控制和转向控制。 速度检测模块，检测反馈智能车后轮的转速，用于速度的闭环控制。 辅助调试模块，主要用于智能车系统的功能调试、赛车状态监控等方面。 通过对这些模块功能介绍，结合我们在课上对机器人各项知识的了解，我们便可以将小车的大概思路整理出来，具体内容我们在后面的部分都会有相应说明。 3 软件流程图 、 图3-1 1软件程序流程图 4 各部分模块设计和选取 智能车系统主要包括以下模块：S12单片机模块、驱动电机、舵机、转速反馈和CCD视频采集模块。整体结构框图如图4.1所示。 图4.1 智能车系统功能模块图 以MC9S12DG128为核心，设计寻线方案并尽可能的提高车速，是我这次课程设计课题的关键。 传统的寻线方案是使用“线型检测阵列”的红外传感器，这种方案实现简单，稳定性高，但只能获取有限的点信息，限制了更高级算法的应用，也限制了小车速度的进一步提高。而摄像头获取的信息是面信息，不仅能获得当前小车的偏移量，而且能判断前方通道路面信息，为应用高级的控制算法提供了基础。摄像头所能探测的路线信息远多于“线型检测阵列”探测到的，而且摄像头也有足够远的探测距离以方便对前方路况进行预