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1、1,2007景文高中單晶片實務研習課程 2007 Taipei JingWen High School Micro Control Unit Directed Class,研究生講師：莊弘彬 指導教授：鍾啟仁 教授,電腦鼠製作之研究 A study of Micromouse Makes,2,HISTORY,電腦鼠的歷史 1977-IEEE雜誌介紹了電腦鼠的概念 1979-在紐約舉行第一次的電腦鼠比賽 1980-在歐洲倫敦舉行電腦鼠競賽0.18m/s 1982-在巴黎與英國舉行競賽最佳成績47s 1985-第一屆世界盃電腦鼠競賽由日本獲勝 1987-新加坡投入比賽，由南科大獲勝，並參予世界盃(
2、倫敦)獲得第三名,3,Micromouse in Taiwan,1991-由中國工業職業教育協會舉辦電腦鼠競賽 第一名SMART 14”17 第二名神通鼠 39”28(吳一農、林家德) 益眾電腦鼠套件誕生 1998-國內停賽、沒有再舉辦此競賽 2006-Taiwan Micro Mouse Contest(教育部) 2007-Taiwan Micro Mouse Contest (教育部) 2007-國中以上學校電腦化競賽 (工教學會),4,2006第二屆人工智慧單晶片電腦鼠 國內暨國際邀請賽,只取一名，其他從缺 得獎作品,5,2007第三屆人工智慧單晶片電腦鼠 國內暨國際邀請賽,取六名，皆能
3、進入迷宮 第一名 新加坡義安理工學院 Mina 4,6,電腦鼠走迷宮規則,牆壁H 5cm, L 16.8cm , W 1.2cm(上紅壁白) 牆柱H 5cm, L 1.2cm , W 1.2cm 方格18cm X 18cm 迷宮16格X16格 黑底不反光無光澤 出發時向北方,7,電腦鼠走迷宮規則(II),不得使用內燃機 尺寸為25cm X 25cm以內 高不限制 電腦鼠行徑時不得掉落任何東西。 不得攀爬、挖洞、跨越、毀壞牆壁,8,電腦鼠走迷宮規則(III),成績計算方式如下:每趟稱之為A run，花費之時間稱之為Run time 電腦鼠每趟(A run)的成績計算須加入防礙時間(handica
4、pped time)，該趟時間應加上1/30的迷宮時間(maze time)作為該趟成績，如果該趟沒有被操縱者接觸(touched)則可以額外得到成績減去10秒鐘獎勵。最快的妨礙時間成績將被當作該電腦鼠的正式成績。 Example：某一電腦鼠再迷宮中四分鐘(240秒)沒有被接觸(touched)，第趟的成績為20秒，該趟加上妨礙時間為：20s + ( 240s / 30 ) 10s = 18 seconds。,9,第一代電腦鼠-小強EVO 小強ADVANCE,源自:北科論劍-小強一號 象徵打不死的精神,10,小強EVO 的功能,模仿益眾之神通鼠外型 改用盛群HT48E50為核心MCU 極速:0
5、.5m/s 使用法則:左右手法則與求(向)心法則 特色:行走穩定、機構堅固耐撞 使用EEPROM儲存迷宮資訊,11,小強EVO 的系統架構圖,12,感測元件與電路,感測元件CNY70 CNY70為一顆紅外線感測裝置，其主要特色如下： 緊湊的設計讓中心集中在0.1厚度的外殼內。 不需要額外的設定 高功率的訊號輸出 低溫度係數 CTR (Current Transfer Ratio)為典型5%,BLUE:IRED TX,BLACK:IRED RX,13,感測元件與電路II,感測元件CNY70結構介紹： 紅外線發光二極體：類似發光二極體 (LED) 的功能，當PN二端加上順向偏壓時可發出波長為800
6、nm的紅外線不可見光。 光電晶體：為一個對紅外線波長具敏感反應的光偵測元件，當光電晶體受紅外線光照射時為低阻抗，而未受光時呈現高阻抗。 光濾波器：為一僅讓波長為紅外線附近光譜通過的濾光透鏡，可用來加強光電晶體的抗雜訊能力 ( 紅外線以外不可見與可見光的干擾 ) 。,14,感測元件與電路III,感測元件CNY70使用電路與工作原理： +5V經由限流電阻330歐姆限制電流後，供應LED穩定電流，可穩定且持續地發出紅外線不可見光。 當CNY70前放置一反射物，如白色的反光板，LED所發射的不可見光，經反射物反射至光電晶體接收，此時光電晶體飽和，阻抗小，電壓接近+5V，接下來再經由緩衝器7407處理後
7、，輸出電壓為高態，LED亮。 當CNY70前未放置反射物，則紅外線LED所發射的不可見光無法有效反射至光電晶體，因此光電晶體截止呈現高阻抗，使電壓接近零，經由緩衝器7407處理後，輸出電壓等於0，LED不亮。,15,驅動元件與電路,驅動元件:步進馬達(Step Motor) 常用的步進馬達有P.M.(永磁式)V.R.(可變磁式)Hybrid Motor(混合式) 目前大多使用混合式步進馬達，結構如右下圖 神通鼠使用的步進馬達為四相50齒的混合式步進馬達， 步進角=360/(相數*齒數)=360/吋動數 步進角=360/(4*50)=1.8 步進馬達走200步，剛好馬達轉一圈,16,驅動元件與電
8、路II,激磁方式: 單相激磁:耗電小，精準，沒力(很少人用) 雙相激磁:耗電大，精準，有力(使用率高) 單雙相激磁:耗電中等，精準，一般般(轉動平順),1 0 0 0,單相激磁,0 1 0 0,0 0 1 0,0 0 0 1,雙相激磁,1 1 0 0,0 1 1 0,0 0 1 1,1 0 0 1,單-雙相激磁,1 0 0 0,1 1 0 0,0 1 0 0,0 1 1 0,0 0 1 0,0 0 1 1,0 0 0 1,1 0 0 1,17,驅動元件與電路III,步進馬達驅動IC FT5754 為一功率放大電路IC 內部構造使用 四個達林頓電路 與2003系列IC相同 提供更大的電流負載,1
9、8,驅動元件與電路IV,緩衝器IC CD4050 用來提升MCU所給的訊號,19,HOLTEK MCU HT48E50,盛群全系列唯一MTP(可重覆燒錄)8位元MCU，並且搭配可重覆燒錄EEPROM使用 資料記憶體空間除了64 224 Bytes的RAM外，更有128 256 Bytes的EEPROM，儲存於EEPROM區的資料不會因失去電源而消失,20,HOLTEK MCU HT48E50 II,4096*15的程式記憶體(MTP)。 256*8的EEPROM可擦除式唯讀記憶體。 160*8的資料記憶體。 EEPROM資料記憶體可承受一百萬次清除寫入。 EEPROM資料可儲存超過十年。 所有
10、的指令可在一至兩個機械周期完成。,21,HOLTEK MCU HT48E50 III,在此僅用到I/O PORT、MTP、EEPROM等功能。 I/O控制各電路輸入與輸出 PA EQU MOTOR_PORT ;輸出 PB EQU SENSOR_PORT ;輸入 PC EQU DIP_SWITCH ;輸入 PG.0 EQU START_KEY ;輸入 MTP功能可重覆燒錄 EEPROM 可儲存迷宮資訊256*8 剛好對應16*16的全迷宮,22,總電路圖,23,軟體流程圖,24,感測器的使用程式流程圖,讀取感測值 MOV A,SENSOR_PORT MOV SENSOR_BUF,A (間接定址法
11、) 比對方式 XOR A,SENSOR_BUF 兩筆值若相等，ACC=0，代表無雜訊，此次感測值可以使用,25,步進馬達驅動模式,使用步進馬達驅動的方式-舉例:雙相激磁 考慮激磁的反應時間 每次激磁的延遲時間 考慮減速停止的反應速度 若速度太快時，考慮貫性問題,26,步進馬達驅動模式II,加速程式攥寫: MOV MOTOR,BUFFER BUFFER:步進馬達激磁表，由8BIT組成，如33H 00110011B。 每下個狀態就必須要將激磁表右移一次或左移一次，一個人馬達擺放方式調整，如01101001B 69H CALL DELAY 延遲時間:由此改變速度，例如第一次的DELAY時間為50ms
12、，第二次就改成45ms，第三次改成40ms，以此類推，直到步進馬達的反應時間為極速，且不失速。,27,步進馬達驅動模式III,考慮修正問題 速度慢時，很容易會影響修正，所以考慮200步為一格時要注意的地方有: 六十步起步-加速不修正 八十步恆速-等速修正 一百四十步恆速-等速修正 六十步減速-減速不修正 六十步恆速-等速修正,28,自動修正,在自走類的機器人，走的正、走的直、走的快，是非常重要的。 相同來看待其他自走型的比賽 自走的穩定度比任何法則更要重要 所以自走修正程式是所有機器人之中最重要的一個環節，先講求穩定，在追求其他功能。,29,自動修正I,30,自動修正II,往右修正時，真正輸出
13、到右輪的I/O腳位的狀態是00H，但是在單晶片裡計算位移的暫存器卻是繼續位移！當然上圖中是較誇張的表示方法，真正再修正時不可能只用一步就修正完成，但是此種方法可有效的避免太過減速的修正，達到不失速的目的。,31,自動修正III,讓老鼠可以基本的在迷宮外圍走一圈CALL CHECKCNY檢查最前面的燈號是否為1 為0:無牆，繼續自走程式為1:有牆，檢查哪左右兩邊哪邊無燈號 左邊無燈號:左邊無牆，左轉 右邊無燈號:右邊無牆，右轉 左右邊皆有燈號:死路，迴轉吧,32,步進馬達轉彎方法,考慮輪距，才能得到轉彎的步數 直走，左激磁表左移，右激磁表右移 左轉，左激磁表右移，右激磁表右移 右轉，左激磁表左移，右激磁表左移 迴轉=與左右轉相同，一個人決定順時鐘或是逆時鐘迴轉,33,步進馬達轉彎方法II,舉例:右轉TURN_R: MOV D1,90 RL MOTOR_L AND MOTOR_L,F0H RL MOTOR_R AND MOTOR_R,0FH ADDA MOTOR_L,MOTOR_R MOV MOTOR_PORT,A,CALL DELAY JNZ D1,TURN_R RET,34,第一天課程結束,已經可以應對一般自走車、以及電腦鼠自走功能。 練習製作一般循線(走黑膠帶)的自走車。 或是電腦鼠在迷宮內自走不撞牆。DEMO TIME Q&A TIME 謝謝您的聆聽，歡迎指教,
