《毕业设计基于SPCE061A单片机的自主移动机器人小车设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计基于SPCE061A单片机的自主移动机器人小车设计（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、自主移动机器人小车设计自主移动机器人小车设计摘 要智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，智能就是按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。本设计采用凌阳超声波测距模块检测小车与障碍物的距离并语音提示，以凌阳SPCE061A单片机为控制芯片控制机器人小车的移动及转向，来实现小车的自动避障和报警功能。其中小车驱动由L298N驱动电路来完成。 关键词 自主移动 避障 SPCE061A单片机 L298N 超声波Independent Mobile Robot Car DesignABSTRACTIntelligent as modern
2、 society of new product, is the development direction of the future, intelligence is that according to the predetermined pattern in a specific environment to be automatic operation, no user management, then can be expected to finish what you are trying to achieve the goal. This design use the sunplu
3、s ultrasonic ranging module testing the car and obstacles distance and voice prompt to sunplus SPCE061A microprocessor control chip for control of the robot car moves and steering, to realize the automatic obstacle avoidance and car alarm function. Among them the small car driven by L298N drive circ
4、uit to complete.KEY WORDS the independent movement，obstacle avoidance，SPCE061A，L298N ultrasonicII 目 录中文摘要I英文摘要II1 绪论11.1机器人小车的意义和作用11.2 机器人小车的现状12 方案设计32.1 主控系统的比较与选择32.2 避障单元的比较与选择32.3 电机驱动模块的比较与选择32.4 驱动电机的比较与选择42.5 电源模块的比较与选择52.6 系统总体框图53 硬件设计63.1 SPCE061A芯片的特点及其功能63.2 SPCE061A芯片内核结构73.3 SPCE061A
5、的语音播报功能73.4 超声波测距模块83.4.1 超声波测距模组的电路原理图103.4.2 超声波电源接口113.4.3 测距程序流程图123.5 L298N电机驱动模块123.5.1 L298N主要特点143.5.2 电机驱动模块连接图144 软件设计164.1 软件调试平台164.2 程序设计流程图175 制作安装与调试185.1 硬件制作185.2 系统调试195.2.1 硬件调试195.2.2 软件调试215.2.3 联合调试215.2.4 本系统存在的问题215.2.5 本系统可行的改进措施22结束语23致 谢24参考文献25附 录26自主移动机器人小车设计1 绪论1.1机器人小车
6、的意义和作用自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有机器人小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，设计的自主移动小车应该能够具有语音提示，避障功能，根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装超声波传感器及电机驱动模块，实现对小车
7、的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对小车的智能控制。该小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的超声波传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用
8、单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。CPU使用SPCE061A单片机，配合软件编程实现。1.2 机器人小车的现状随着电子技术、计算机技术、智能控制技术的飞速发展，产品的智能化和小型化越来越成为人们关注的热点。各种智能小车在智能化玩具中占了很大的比例。近年来，传统玩具的市场逐步缩水，高科技智能化的电子类玩具则逐步成为市场的主流。因此，可遥控的智能化小车的研究是非常有意义的，具有很大潜在市场价值的。智能小车，也被称之为轮式机器人。我们知道
9、，机器人技术的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。机器人由于具有高度的灵活性、可以帮助人们提高生产率、改进产品质量和改善劳动条件等优点，在世界各地的生产生活领域得到了广泛的应用。智能小车正是模仿机器人的一种尝试。它是一种以汽车电子为背景，涵盖控制，模式识别，电子、电气、单片机、机械等多学科的科技创新性设计，一般主要由路径识别、速度采集、角度控制以及车速控制等模块组成。这种智能小车能够自动搜寻前进路线，还能爬坡；感知前方的障碍物，并自动寻找前进方向，避开障碍物；加入相关声光讯号后，更能体现出智能化和人性化的一面。1382 方案设计2.1 主控系统的比较与选择方案一：采用各类
10、数字电路来组成小车的控制系统，对外围避障信号，自动寻迹信号，无线遥控信号，语音控制信号进行处理。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于小车智能化的扩展，对各路信号处理比较困难。方案二：采用凌阳SPCE061A单片机来作为整机的控制单元。超声波采用凌阳超声波测距模块，利用超声波检测障碍物距离，送往单片机进行处理。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，更能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。2.2 避障单元的比较与选择方案一：采用红外线避障，利用单片机来产生
11、40KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出比较电平。但红外线容易受到光线的干扰。方案二：采用超声波避障，超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中; 并且可以进行实时控制。通过比较我采用方案二。2.3 电机驱动模块的比较与选择方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高.2方案二：采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的。但电阻网络只
12、能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅回降低效率，而且实现很困难。方案三：采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的调速技术。现市面上有很多此种芯片，我选用了L298N。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。因此决定采用使用功率三极管作为
13、功率放大器的输出控制直流电机。机器人小车采用前轮驱动，前轮左右两边各用一个直流电机驱动，调制前面两个轮子的正反转从而达到控制转向的目的。2.4 驱动电机的比较与选择方案一：使用直流电机，直流电机具有良好的调速性能，控制起来也比较简单。直流电机只要通上直流电源就可连续不断的转动，调节电压的大小就可以改变电机的速度。直流电机的驱动电路实际上就是一个功率放大器。常用的驱动方式是PWM方式，即脉冲宽度调制方式。此方法性能较好，电路和控制都比较简单。方案二：使用步进电机。步进电机具有良好的控制性能。当给步进电机输入一个电脉冲信号时，步进电机的输出轴就转动一个角度，因此可以实现精确的位置控制。与直流电机不
14、同，要使步进电机连续的转动，需要连续不断的输入点脉冲信号，转速的大小由外加的脉冲频率决定。去而且其转动不受电压波动和负载变化的影响，也不受温度、气压等环境因素的影响，仅与控制脉冲有关。但步进电机的驱动相对较复杂，要由控制器和功率放大器组成。具体差别见下表2-1。表2-1 电机控制方式对比直流电机步进电机调速性能较好较差位置控制精度较差好驱动简单复杂稳定性较好好，仅与控制脉冲有关由上表可以看出步进电机和直流电机都有各自的优点。步进电机能进行精确的位置控制，但驱动电路麻烦，鉴于本设计中小车的位置控制不要求十分精确，直流电机即可满足小车要求的精度。且直流电机易于控制，驱动电路十分简单。2.5 电源模
15、块的比较与选择方案一：电脑USB串口供电。能直接为单片机提供稳定的+5V直流电压。USB串口线又容易得到。但是需要很长的线，而且要有交流电和电脑配合。方案二：用4节五号电池串联6V直流电源。在不超过单片机工作电压范围的情况下，又能驱动直流电机。且这个电源结构简单，价格便宜，容易得到。综上所述，本设计选择方案二。2.6 系统总体框图经过对方案的设计要求的分析和方案论证，采用凌阳单片机控制平台，经过超声波测距模块检测距离，控制运动模块的电机运动方式，近而控制这个小车系统的运动。系统总体设计框图如图2-1SPCE061A复位电路语音报警电机驱动HGHHLLLL298N超声波测距图2-1 系统总体设计框图3 硬件设计3.1 SPCE061A芯片的特点及其功能3SPCE061A 是继nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器
