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1、毕业设计（论文） 题 目基于 AVR 单片机的迷宫机器人 设计 系 （院） 自动化系 专 业电气工程与自动化 班 级2009 级 1 班 学生姓名 学 号 指导教师 职 称 二一三年六月十二日 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指 导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。 据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 年 月 日 毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解
2、滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文） 的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学 校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制 手段保存设计（论文） ；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目 录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许 他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名: 年 月 日 i 基于基于 AVRAVR 单片机的迷宫机器单片机的迷宫机器人设计人设计 摘 要 二十一世纪机器人产业在将成为和汽车、电脑和手机并驾齐驱的 主要产业。不管任何领域，机器人正在慢慢走近我们的生活，成为人 类最好的朋友。机器
3、人技术和产业化在中国具有一定的现实基础和广 阔的市场前景。 本设计中的迷宫机器人是一款智能机器人，具备自主定位、找准 路径、发现出口、避开墙壁和回到出发点自主迅速返回等功能。根据 设计实用性和灵活性的要求设计出外形，集成了众家之所长，又有独 特创新，使得机器人具有完全自主和快速搜寻等众多能力。该迷宫机 器人基于 AVR 单片机微处理器，采用小型直流减速电机进行驱动内部 集成 PWM 发生器和 8 位高精度 AD 转换器，通过模块化编程，最终以 12MHz 的频率高效稳定运行。七个光电传感器负责信息的采集，采集 到的数据经过一系列软件滤波后再经线性化得到有效数据，传入控制 系统，控制着机器人每一
4、步行踪，通过我实物制作及实验结果表明， 该方案完全满足迷宫机器人的硬件要求。 关键词：人工智能，模块化编程，软件滤波，控制系统 ii Maze robot based on AVR single-chip processor is designed Abstract Robot industry in the 21st century will become the major industry keeps abreast of the cars, computers and mobile phones. No matter any field, robots are slowly appro
5、ached our lives, as mans best friend. Robot technology and industrialization in China has a certain basis and reality broad market prospects. Maze in the design of this robot is a robot, its positioning, and get the path back to its starting point, find export, away from the walls and independent qu
6、ick returns, and other functions. According to the requirements of practicality and flexibility design to design the appearance, integrates the advantages, and has a unique innovation, the robot has a completely independent and quick search ability, etc. The maze robot based on AVR single chip micro
7、processor, adopts the small dc gear motor to drive the internal integrated PWM generator and eight high accuracy AD converter, through the modular programming, eventually with 12 MHZ frequency efficient and stable operation. Seven of the photoelectric sensor is responsible for the collection of info
8、rmation, data were collected through a series of software filter. Effectively data, then through linearization introduced into control system, which controls the robot movements, each step through my physical production and the experimental results show that the scheme can completely satisfy the har
9、dware requirements of maze robot. Key words: Artificial intelligence, the modular programming，software filter, the control system I 目 录 第一章第一章 绪论绪论1 1 1.1 迷宫机器人研究现状 .1 1.2 迷宫机器人主要研究方向 .2 1.3 迷宫场地要求 .2 1.4 迷宫机器人要求 .3 第二章第二章 迷宫机器硬件设计迷宫机器硬件设计4 4 2.1 小车结构设计 .4 2.2 电机 .5 2.3 主控芯片选择 .6 2.4 电机驱动器 .7 2.5 检测
10、迷宫墙壁的传感器 .8 第三章第三章 电路设计电路设计1010 3.1 设计软件的介绍 10 3.2 控制器最小系统电路 11 3.3 电机驱动电路 13 3.4 主电路 14 第四章第四章 主程序设计主程序设计1515 4.1 主程序 15 4.2 寻路算法的两个关键点 17 第五章第五章 结论与展望结论与展望1818 5.1 结论 20 5.2 展望 21 参考文献参考文献2222 谢谢 辞辞2323 附录附录2424 1 第一章 绪论 当今人类已经进入了知识经济社会和信息社会。随着科学技术和经济的发展， 人类的一切技术活动都围绕着一个目的而展开：将人类从现有的各种事务中解脱出 来，去开辟
11、新的领域，那就是机器人。如今机器人已经非常广泛地应用于。现代工 业、农业、农业、航天，军事等领域中，用机器人代替传统的人力劳动，不仅提高 了工作效率、工作质量，还避免了在某些.领域中人长期在恶劣环境下工作对身体 的伤害。 现代科学和技术的交叉和综合大部分体现在机器人技术，先进机器人技术是一 个国家综合实力的体现，比如我国的神舟系列，蛟龙下海，这些都无不体现我国的 综合国力。目前，许多国家都已将机器人技术列入本国本世纪高技术发展计划。举 办各种机器。人竞赛已成为机器人发展的一种新动力，国际上各种机器人竞赛中， 最为著名的是：机器人足球竞赛、机器人灭火竞赛和亚太机器人大赛，这些竞赛推 动着机器人技
12、术一步一步地发展。在我国，机器人大赛以中国机器人大赛RoboCup 公开赛和“未来伙伴”杯中国智能机器人大赛最具影响力，其中每个省份也根据本省 的具体情况举办一些机器人大赛，比如“联通杯”山东省机器人大赛。 本设计中的机器人的计背景是以山东省机器人大赛。中的迷宫机器人组，涵盖 电子工程、信息技术、机械工程、传感技术以及人工智能等前沿科技知识。本文从 机器人的主部件选择、外形结构、电子电路的设计制作和控制程序设计编写等方面 详尽的阐述了迷宫机器人的制作过程，具有很强的实践意义，达到了学以致用的目 的，从而学习并领会了设计制作一个完整的控制系统所遵循的一般设计原则、设计 步骤，制作过程中的注意事项
13、以及设计完成后的调试方法。 1.1 迷宫机器人研究现状迷宫机器人研究现状 迷宫机器人是移动机器人路径规划算法的典型应用，在国内外迷宫机器人一直 是计算机领域和控制领域的研究热点话题。1969 年，The Machine Design 组织了一 次走迷宫比赛，从那以后世界各地举办了很多关于迷宫机器人的比赛，至 1980 年， 为了很好解决迷宫机器人的路径问题，IEEE Magazine 提出了一个“Micrometer”的 概念。后来，就关于走迷宫的比赛就一直没有中断过。迷宫机器人硬件越来越先进， 2 算法越来越多。早期有随机算法，概率算法等，向左（右）算法，在迷宫中，机器 人一直沿着迷宫隔栅走
14、，在岔路口用随机选的办法等，可以顺利走出迷宫，但对于 有独立的迷宫，这种算法就容易陷入死循环，后来又有流水法，即广度优先算法等 等。 1.2 迷宫机器人主要研究方向迷宫机器人主要研究方向 智能机器人是指机器人。在实时自主运动，没有人参与的环境中，实时自主选 择，是集环境感知、动作的决策与规划与行为控制执行等。功能于一体的具有高度 自动化程度的智能化装置。因此走迷宫机器人是只要启动，就要完全在没有人工干 预的情况下，通过机器人上的光电传感器系统感知迷宫环境，判断是墙壁还是出口， 是前进还是左转和右转等，这些步骤和动作的执行都是有中央处理器通过计算来分 析，并传达命令给电机，让机器人在迷宫中自由而
15、准确的做出选择1。 此设计针对智能迷宫机器人走迷宫的特点对走迷宫机器人的机械结构、传感器 系统、电源系统以及控制系统分别进行了设计，迷宫机器人采用了三轮式移动机构， 其中包括两个电机驱动轮和一个万向轮控制 系统处理器采用高速 AVRmegal6L 单 片机，传感器采用光电传感器，分别用来探测迷宫壁和迷宫地面白线。电源系统采 用充电电池，以满足机器人走迷宫的硬件需要，电机驱动电路用 L298n 驱动模块， 驱动电机能正常前进，同时在对一些经典的智能搜索算法深度优先搜索算法和广度 优先搜索算法的基础上进行总结，我设计出一种坐标法。 1.3 迷宫场地要求迷宫场地要求 如下图 2-1 所示，迷宫场地由
16、 88 个 18cm18cm 大小相同的正方形单元所组 成。 终点 起点 3 图图 2-1 迷宫场地图迷宫场地图 迷宫的隔墙高 5cm，厚 1.1cm，迷宫的地面为木质，使用油漆漆成黑色迷宫隔 墙的侧面为白色，顶部为红色。因此两个隔墙所构成通道的。实际距离为 16cm。 外墙将整个迷宫封闭。隔墙侧面和顶部的涂料能够反射红外线，地板的涂料则能够 吸收红外线。迷宫的起始单元可选设在迷宫四个角落之中的任何一个。迷宫制作的 尺寸精度误差应不大于 6%，或小于 3cm。起始单元必须三面有隔墙，只留一个出 口。除了终点区域的格点外，每个格点至少要与一面隔墙相接触。迷宫地板的接缝 不能大于 0.1cm，接合点的坡度变化不超过 5 度。隔墙之间的空隙不大于 0.1cm。 在每个单元的四角可以插上一个小立柱，其截面为正方形。立柱长 1.3cm，宽 1.3cm，高 6cm。小立柱所处的位置称为“格点”。使用红外传感器计算穿越迷宫时 间，起点处放置起点红外传感器，用于触发启动计时；终点处放置终点红外传感器， 用于结束计时。传感器沿水平方向。发射红
