中国教育机器人大赛教育机器人创意项目报告.doc

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项目名称:无线协作搬运机器人
学校:
院系:
专业:
学生姓名:
指引教师:
时间:11月20日
目录
1. 设计任务与规定..........................................1
2. 方案设计与论证..........................................1
3. 硬件单元电路设计........................................2
主控制电路......................................2
........................................3
........................................4
..................................4
物块颜色辨认传感器..............................4
无线通信传感器..................................4
4. 安装与调试..............................................5
......................................5
......................................5
......................................5
性能测试与分析..........................................5
循迹模块........................................5
TCS3200颜色传感器...............................5
..........................5
6. 结论与心得..............................................6
7. 道谢....................................................6
8. 参照文献................................................6
................................................6
....................................6
..................................15
主程序部分......................................19
...............................19
...............................39

摘要:目前,随着现代传感器技术、自动控制技术以及网络通信技术的不断提高和完善,机器人技术的发展更加趋于自动化和智能化。机器人爱好者藉此趋势设计了多种各具风格的机器人。本设计以两个机器人为主体,这两个机器人通过互相协作,以推的方式进行物体的搬运并将不同颜色的物体加以分类。通过无线通信控制搬运过程。该设计是以AT89S52为系统核心,结合TRC5000寻迹模块、nRF905无线通信模块和TCS3200颜色传感器模块,综合了运用机器人技术、现代传感器技术,自动控制技术。
核心词:无线搬运、机器人、TCS3200颜色传感器、nRF905无线通信模块
1设计任务与规定
设计两个智能搬运机器人,由两个搬运机器人在一类似蜘蛛网的循迹图里交替搜寻物块,让机器人辨认出物块的颜色,并将物块搬运至相应的物体寄存区,如果正在搬运物块的那个机器人发既有另一种搬运机器人占用了它的行走路线,它就会立即告知另一种搬运机器人为它让路,当该机器人把物体搬运到目的地后,它就会告知另一种机器人搜寻物体,如此循环,直到把所有物体搬运完。实物图如下图所示:
图1-1搬运路线图
图1-2机器人实物图
2方案设计与论证
方案一:
通过51单片机外接NRF905无线模块实现,这种51单片机非常普遍,重要运用于小的系统,但是如果要解决比较复杂的任务就会非常吃力,51单片机是我们学****编程入门较好的工具,操作简朴以便。
方案二:
采用CC2510无线单片机来实现任务,CC2510是一种低成本的无线SoC,也是为低功耗无线应用而设计。,此芯片涉及原则的增强型8051MCU和一种收发芯片。其通信更是其最大长处但本设计中没有很复杂的功能要实现,CC2510操作起来比较难,并且CC2510外接的可控IO端口数量较少,不能满足我们的设计需求。
方案论证:
通过以上比较,对于通过用51单片机外接NRF905无线模块实现明显足以满足我们的设计规定。
综合以上论述,我们选择方案一。
3硬件单元设计

以采用PLCC封装AT89S52单片机作为主控制器,AT89S52单片机是靠程序运营的,并且可以修改。8051CPU与MCS-51兼容,全静态工作:0Hz-24KHz,4K字节可编程FLASH存储器(寿命:1000写/擦循环),三级程序存储器保密锁定,128*8位内部RAM,32条可编程I/O线,两个16位定期器6个中断源,可编程串行通道,低功耗的闲置和掉电模式,片内振荡器和时钟电路。此控制芯片资源丰富,但价格比较贵,尽管它可以实现多种复杂的逻辑功能,功耗小,在此非常适合,外围接无线模块进行控制机器人的搬运。

循迹电路如图所示:
图3-2-1寻迹电路
图3-2-2循迹电路PCB图
我们用的循迹模块是用贴片元件来制作,类似工业制板,制作设备由学校提供。该制作过程大大提高了我们的制板技能和焊接技术。
我们用到的红外传感器是TCR5000红外对管,传感器的红外发射三极管不断发射红外线,当发射出的红外线没有被反射回来或者被反射回来但强度不够大时,光敏三极管始终处在关断状态,此时模块的输出端为低电平,批示二极管始终处在熄灭状态;被监测物体出目前监测范畴内时,红外线被反射回来且强度足够大,光敏三极管饱和,此时模块的输出端为高电平,批示二极管被点亮。
TCRT5000光电传感器模块是基于TCRT5000红外关电传感器设计的一款红外反射式光电开关,传感器采用高发射功率红外光电二极管和高敏捷度光晶体管构成,输出信号经施密特电路整形,稳定可靠。

电源电路图如图3-4-1所示:
图3-3电源部分电路图
该稳压电路重要实现5V(供应控制芯片及其他模块)、6V(供应舵机)()稳压,采用LM7805、LM7806和LM1117芯片作为稳压芯片。这些稳压用的集成电路,只有三条引脚输出,分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是一般的三极管,TO-220的原则封装,也有lm9013样子的TO-92封。用7805、7806和1117来构成稳压电源所需的外围元件很少,电路内部尚有过流、过热及调节管的保护电路,使用起来可靠以便,并且价格便。

图3-4单片机最小系统

根据德国物理学家赫姆霍兹的三原色理论可知,多种颜色是由不同比例的三原色(红、绿、蓝)混合而成的。通过颜色传感器测出构成多种颜色的三原色的值,就能懂得物体的颜色。此前的颜色传感器一般是在独立的光电二极管上覆盖通过修正的红、绿、蓝滤波片,然后对输出信号进行相应的解决,才干将颜色信号辨认出来;有的将两者集合起来,但是输出模拟信号,需要一种A/D电路进行采集,对该信号进一步解决,才干进行辨认,增长了电路的复杂性,并且存在较大的辨认误差,影响了辨认的效果。
这里我们选择TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器TCS3200颜色传感器来辨认物块颜色。它的输出信号时数字量,因此它能直接与微解决器或逻辑电路相连接,这使得构成电路变得简朴。它与测试物体的最佳位置大概为1厘米。TCS3200的引脚图如下:
图3-5TCS3200引脚图

方案一:
选择NRF2401无线模块。nRF2401内置地址解码器、先进先出堆栈区、调解解决器、时钟解决器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器、功能放大器等功能模块,它具有收发模式、配备模式、空闲模式和关机模式,需要很少的外围元件,且工作时能耗低(工作电流仅几十毫安,待机模式下电流为十几微安),内部有内置天线,使用以便。但市场价格比较贵。
方案二:
选择NRF905无线模块。nRF905单片无线收发器是挪威NORDIC公司推出的单片射频发射芯片,工作于433/868/915MHz个ISM频道,芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制调解器等功能模块,它具有多种通讯频道,满足多点通讯、分组跳频等应用需求,通道切换时间短(不不小于6us),能进入关机模式和空闲模式,使用起来节能以便,且价格便宜。
综上所述,根据本设计的需求,nRF905无线模块已能满足我们的设计需求。
4安装与调试

做好循迹模块,并调好循迹传感器的敏捷度。在制作模块的过程中,焊接贴片元件时不要浮现虚焊、漏焊等,由于一旦浮现电路出问题,虚焊是比较难查找的。还要注意元件的位置要相应,极性不要接反。电路板做好后,就可以把循迹模块安装在机器人上了,安装过程中要注意传感器与水平地面的距离(距离一般在1CM左右),连接时要注意每个红外对管相应输出接口的位置,以免机器人运营出错。
接下来把其她模块安装好。安装颜色传感器时,要把它牢牢的固定在它所能检测到物体颜色的特定位置(注意:它与检测物体的最佳距离大概为