G09简易射门机器人.docx

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G09简易射门机器人

简易射门机器人

目录

1、硬件方案设计与论证2

1.1系统总体设计框架2

1.2硬件模块方案论证2

（一）电源方案论证2

（二）小车车体方案论证3

（三）控制器模块的方案论证3

（四）电机控制模块论证3

（五）寻迹及测速模块方案论证4

（六）避障方案论证5

（七）金属检测模块方案论证5

（八）显示模块方案论证5

（九）射门模块方案论证5

2、系统软件设计6

2．1程序主流程图6

2.2走迷宫流程图6

3、测试数据7

4、总结7

附件：

8

摘要：

本次作品是以自行拼装的小车为车体，以PIC16F877A单片机为主控芯片，配合直流电动机，红外发射接收光电对管ST198A（用于黑线检测及测速）、金属传感器（LJ12A3-4-Z-BX常开型NPN接近开关）、红外避障（用于判断前方是否有障碍物）,1602LCD液晶显示屏等器件构成简易射门机器人。

该机器人通过调节PWM输出来实现控制前进、后退、转向、躲避障碍等动作；可精准地完成小车沿方格行走、检测前方是否有障碍物、精确将乒乓球送进球框、实时LCD显示行驶距离、时间和行车轨迹等功能。

1、硬件方案设计与论证

1.1系统总体设计框架

LCD1602显示

光电测速模块

PIC16F877A

单片机

光源检测模块

黑带检测

金属检测模块

红外避障传感器

系统总体框图

1.2硬件模块方案论证

（一）电源方案论证

方案1：

双电源供电。

两个直流电机采用9V电源单独供电，控制系统及其他功能模块采用5V供电。

方案2：

单电源＋DC/DC转换供电。

由于电机驱动和其他芯片工作电压不一样，需各自独立供电。

如用双电源供电则需使用三个不同的电池组，占空间，且增加车体重量，从而影响车速。

方案二使用2片手机锂电池串联产生约12V的电压，经过7805的降压，进行DC/DC转换，可得到5V左右的稳定电压。

电机直接采用未经降压的9V电源供电。

该方案电路简单、性能稳定可靠。

因此选择方案二。

该方案的电路原理图如下

两片4v锂电池

+8v

：

电源原理图

（二）小车车体方案论证

方案1：

购买玩具电动车。

购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。

但玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需传感器的安装十分不方便。

并且，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动，不能适应该题目的方格地图，不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。

再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。

方案2：

自己制作小车。

经过考虑论证，我们制定了左右两轮分别驱动，用万向轮转向的方案。

即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，车体前部装一个万向轮。

这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。

该小车具有车体轻，便于各种传感器的安装等优点。

因此，我们选择方案2。

（三）控制器模块的方案论证

方案1：

采用PIC16F877A单片机作为控主控核心。

该单片机有较强的指令寻址和运算功能，算术运算功能强，具有高速、低功耗的特点，软件编程灵活，易于实现人机对话，可以用软件简单地实现算法和逻辑控制、成本较低。

而且各类功能易于实现，基于综合性价比和控制的方便程度以及编写程序的简易程度考虑对于我们也较熟悉.

方案2：

采用凌阳公司16位SPCE061A单片机作为控制核心。

SPCE061A是一款采用16位微处理器结构的微控制器，但是对于此款单片机价格昂贵，且指令复杂，我们也不熟悉此款单片机。

因此，我们选择方案1。

（四）电机控制模块论证

方案1：

采用电机驱动芯片L298，该芯片是利用TTL电平进行控制，可以直接用单片机的PWM信号，实现对电机的控制，通过改变芯片控制端的输入电平，即可以对电机进行正反转操作，通过改变控制脉冲的宽度可以控制电机的转速，满足直流减速电机的要求，且控制简单稳定，外围电路简单。

方案2：

利用8050、8550、等不同三极管的组合,构造一个"H桥电路",实现对电机转向的控制。

实现了对驱动电机的控制，且电路功耗较小，但能驱动电机的功率不好把握，总体性能不稳定，而且电路结构比较复杂。

电路图如下：

电机驱动电路图

因此，我们选择方案1。

（五）寻迹及测速模块方案论证

方案1：

用红外发射管和接收管搭建光电对管。

由红外发射管发出红外线，当接收管接收不到发射管发出的红外线时则检测到黑线，输出高电平。

基本能满足系统的要求，但工作不稳定，且容易受外界光线的影响。

方案2：

用ST198型光电对管。

ST198为一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度、硅平面光电三极管。

其内置可见光过滤器能减小离散光的影响，体积小，结构紧凑，工作性能稳定。

电路图如下：

为了方便使用,我们选择了方案2。

电路图如下：

寻迹及测速模块原理图

（六）避障方案论证

方案1：

采用超声波避障，超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。

方案2：

采用红外线避障，该模块可以产生38KHz，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，输出高低电平。

外界对红外信号的干扰比较小，检测距离远，且易于实现，价格也比较便宜。

因此，我们选择方案2。

（七）金属检测模块方案论证

方案1：

自制电路自己焊接采用涡流放大原理设计电路。

由于要自己焊接电路，而且不够稳定，造成总体电路复杂。

方案2：

采用LJ12A3-4-Z-BX常开型NPN接近开关进行金属探测。

方案二直接采用接近开关，而且其输出信号为高低电平，可以直接输出到单片机的IO口进行处理。

因此，我们选择方案2。

（八）显示模块方案论证

方案1：

使用传统的数码显示。

数码管具有低功耗、低压、对外界环境要求低，操作简单，程序编译容易，但只能显示数字和部分的字母，能显示的信息量小，但占用大量I/O口。

方案2：

使用液晶显示屏（LCD）显示。

LCD具有轻薄，短小，低功耗，稳定性好等特点。

且画面效果好，面积较大，能显示较多的信息，用1602能显示数字和英文字母，如果是12864，还能显示汉字。

由于本系统要显示时间、路程、贴片数等大量信息，用LCD比较合。

因此，我们选择1602作为系统的显示模块。

（九）射门模块方案论证

方案1：

利用网上购买的机器手进行抓球及射球。

该方案能过很好的射球及抓球动作。

但结构复杂，重量大，耗电量大，且价格比较贵。

方案2：

利用自制的进行抓球及射球。

将一个直流电机套上套筒，并加上风扇。

当通电时，能过很好的将乒乓球吸入到圆筒内。

当断电时，乒乓球能过自动完成射门动作。

该方案结构简单，便于控制，耗电量少。

基于以上考虑，我们选择方案2。

通过以上方案论证，我们选择以下方案：

（1）系统控制模块采用PIC16F877单片机。

（2）电源模块采用手机锂电池。

（3）用ST198作为黑带及测速的检测传感器。

（4）利用红外光电开关作为壁障模块。

（5）光源检测采用光敏电阻。

（6）避障采用一体化红外接收头和调制红外线。

（7）采用LJ12A3-4-Z-BX常开型NPN接近开关进行金属探测

（8）电机驱动采用L298芯片。

（9）用LCD作为显示，采用的是1602。

（10）射门模块采用自制。

2、系统软件设计

2．1程序主流程图

2.2走迷宫流程图

3、测试数据

测试次数

完成射球所用时间（S）

行走距离（CM）

第一次

第二次

第三次

第四次

第四次

第五次

第六次

第七次

第八次

4、总结

本系统通过光电检测、红外传感器及电机驱动在方格实现在不同情况下自动射门。

系统能过走出在不同位置摆放障碍物的方格，并自动寻找球，然后对准光源将球射入球门。

该车误差较小，并可通过液晶实时显示车位置，行走时间及路程，完成题目的基本要求，还实现题目的某些发挥部分。

附件：

（1）主控电路板原理图

（2）寻光源电路图

（3）测速原理图

（4）电机驱动模块

（5）程序清单