单片机的足球机器人小车系统设计论文.doc

单片机的足球机器人小车系统设计毕业论文 目录 摘要 1 Abstract 2 1 足球机器人的总体设计 1 1.1引言 1 1.2机器人的总体介绍 1 1.3机器人移动方式的选择 1 1.4机器人电路硬件选择 2 1.5传感器元件及转换元件选择 2 1.6机器人运行算法的构想 3 2 动力驱动及硬件电路设计 7 2.1 动力驱动部件与运动方式设计 7 2．2机器人的车轮配置和操舵方式 7 2.3 硬件电路设计 8 2.3.1机器人系统结构 8 2.3.2主控部分硬件电路[3] 9 2.3.3传感器部分硬件电路 12 2.3.4电源供应部分 16 2.4.1无线电线通讯接收系统 21 3 足球机器人的软件设计 23 3.1 A/D转换器的读写控制模块[8] 23 3.2运动控制程序模块 24 3.2.1程序原理 24 3.2.2 运动控制模块 24 3.3找球程序模块 26 3.3.1编程思路 26 3.3.2找球程序流程图 26 3.3.3用C语言编写的程序代码 27 3.4进攻程序模块 28 3.4.1编程思路 28 3.4.2 进攻程序模块流程图 29 3.4.5 用C语言编写的程序代码 30 3.5碰撞避让程序模块 31 3.5.1碰撞避让程序的硬件实现 31 3.5.2中断控制设置 31 3.5.3碰撞系统模块程序 32 3.6整体程序 32 4 功能测试 34 4.1功能测试 34 4.1.1 找球功能模块测试 34 4.1.2碰撞功能模块测试 34 4.1.3 方向判断功能模块测试 34 5 设计总结 35 5.1 本设计的优点及创新之处 35 5.2本设计可改进的方面 35 参考文献 36 附 录 37 致 谢 43 1 足球机器人的总体设计 1.1引言 机器人竞赛是近年来上迅速开展起来的一种高它涉及人工智能、智能控制、机器人、通讯、传感及机构等多个领域的前沿研究和技术融合。它集高技术、娱乐和比赛于一体，引起了社会的广泛关注和极大兴趣。目前，国际上推出了各种不同类型的机器人比赛，如机器人足球、机器人舞蹈、机器人相扑、机器人投篮等，其中尤以机器人足球比赛最为引人注目。 电气设计要求具有以下功能：无线数字接收、电动驱动 及调速、红外检测障碍、智能协调控制等。采取了板结构，各通过电缆连接，金属框架结构。上层板是CPU板放置电机驱动及接口电路无线接电路；中层板是驱动及检测板，放置电机驱动线路及红外检测线路；底层板是电源与电机板，放置两路电源，两套电机及减速系统，两个主动轮机器人移动方式的选择机器人在地面上移动的方式通常有三种：车轮式、履带式和步行式。步行移动方式模仿人类或动物的行走机理，用腿脚走路，对环境适应性好，智能程度也相对较高。正因如此，步行移动方式在机构和控制上是最复杂的，技术上也还不成熟，不适于在要求灵活和可靠性高的比赛中。履带式实际是一种自己为自己铺路的轮式车辆。它是将环状循环轨道履带卷绕在若干滚轮外，使车轮不直接与地面接触。履带式的优点是着地面积比车轮式大，所以地压强小；另外与路面黏着力强，能吸收较小的凸凹不平，适于松软不平的地面。因此，履带式广泛用在各类建筑机械及军用车辆上。 车轮式移动是最常见的一种地面行进方式。车轮式移动的优点是：能高速稳定的移动，能量利用效率高，机构和控制简单，而且技术比较成熟。它的缺点是对路面要求较高，适于平整硬质路面。 在机器人足球比赛中，场地为室内光滑平整地面，非常适合车轮运动，因此本设计选用车轮式运动方式。机器人电路硬件选择根据规则所描述，要求机器人尺寸较为小巧，直径为，并且不允许人工干设其操作，需要自动控制。因此选用单片机为核心的控制器件，小型直流电机作为动力驱动，可以达到比赛的要求。 单片机价格低廉，体积小巧，一般为引脚或引脚封装，其中包括了中央处理器，数据存储器、程序存储器输入输出设备。对于需要灵活机动，精度要求不高，有可扩展性及程序可擦写和简单成熟的编程平台等要求，单片机不失为最合适的选择。 电机选择方面，考虑到机器人本身自重不大，必且场地尺寸有限，可选用小型直流伺服电机，可用电枢电压作为速度控制信号，但必须加装减速箱以适应低转速和大扭矩的应用环境。 传感器元件及转换元件选择通过对比赛规则的解读可以发现，对于球和场地基板的设计是该项比赛中最具特色内容，它对机器人的核心设计―传感器以及比赛的方式产生了决定性的影响。 发出红外光的足球意味着机器人必须有红外传感器来对其进行检测。红外线波长介于可见光和无线电波之间，大约，而光电传感器其所用到的波长选择在近红外区，即。常用的红外线接收元件为光电二极管和光电三极管。它们可以将接收到的光变化转变的电流变化。比赛的场地图纸为纵向的黑白灰度渐变，这意味着机器人对进攻方向作出正确判断必须要能读出场地的灰度变化信息。要实现这一功