基于单片机的轮式机器人舵机控制

防灾科技学院毕业设计题目基于单片机的轮式机器人舵机控制学生姓名熊涛学号095031137系别防灾仪器系专业电气工程及其自动化班级0950311开题时间2012年12月25日答辩时间2013年06月06日指导教师蔡建羡职称副教授基于单片机的轮式机器人舵机控制作者熊涛指导教师蔡建羡摘要在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。论文设计了一种采用舵机控制技术的轮式机器人，单片机软件程序采用c语言编程，通过使用单片机内部计数器的定时器功能，在中断服务程序中，对I/O口进行操作输出PWM，对舵机的方向及速度进行控制。将设计的机器人系统在proteus仿真环境中搭建，对整个系统进行仿真，模拟系统的控制。最后，将仿真调试好的系统应用于实际的轮式机器人中，实验结果表明，本设计方案可以实现机器人的转角控制，速度控制，实现了轮式机器人的智能化运动。关键词：单片机;定时器;proteus仿真;舵机控制WheeledRobotServoControlBasedonMicrocomputerAuthorXIONGTaoTeacherCAIJian-xianAbstractInmechanicalandelectricalcontrolsystemoftherobot,thesteeringgearcontroleffectisoneoftheimportantfactorsaffectingperformance.Akindofsteeringgearcontroltechnologyofthewheeledrobotisdesignedinthepaper.Thesingle-chipmicrocomputersoftwareprogramusingclanguageprogrammingandthesinglechipmicrocomputerinternalcountertimerfunctiontomanipulateoutputPWMintheinterruptserviceroutine.I/Oportscontrolthedirectionandspeedofthesteeringgear.Thedesignedrobotsystemissetupintheprotuessimulationenvironmentandsimulatescontrolsystem.Finally,thesimulationdebugginggoodsystemisappliedtotheactualwheeledrobot.Experimentalresultsshowthatthedesignedmechanismcancontrolthecornerangleandspeedofrobotandimplementstheintelligentmovementofwheeledrobots.Keywords:singlechipmicrocomputer;timer;protuessimulation;servocontrol目录引言.....................................................................................................11总体方案设计.................................................................................22硬件设计.........................................................................................22.1控制模块......................................................................................................22.2舵机模块......................................................................................................82.3红外接收模块..............................................................................................92.4电源设计....................................................................................................103软件设计.........................................................................................103.1综合程序设计............................................................................................103.2舵机驱动程序设计....................................................................................103.3红外程序设计............................................................................................123.4程序............................................................................................................124开发和仿真...................................................................................124.1程序开发环境介绍和应用........................................................................124.2仿真系统的介绍和应用............................................................................145组装和调试...................................................................................175.1舵机调零....................................................................................................175.2组装............................................................................................................175.3调试...........................................................................................................18结论...................................................................................................21致谢...................................................................................................21参考文献..........................................................................................22附录...................................................................................................22防灾科技学院毕业设计1引言轮式机器人在当今社会中的应用越来越广泛，具有移动速度快，运行平稳的特点。轮式机器人多应用在地面平坦，需要平稳运行的场合，例如工厂内的自动循迹送货机器人、家庭内使用的清洁机器人。大多数轮式机器人采用的是直流电机作为驱动电机，但是直流电机的驱动需要有单独的驱动电路，并且对其的控制精度不能保证。所以本设计采用舵机作为轮式机器人的驱动电机。舵机在现代生活中越来越重要，尤其是在现代工业生产中。舵机的应用范围比较广泛。在船舶工业中，舵机有着十分重要的作用，用来控制船的前进方向。在航天领域中，舵机控制着飞行器的前进方向，对整个控制系统至关重要。在机器人中，由于舵机可以精确快速的调整到特定位置，所以舵机在机器人中的应用很广泛。因此，能准确控制着舵机的速度和方向对现代工业有着重大的意义[1-6]。现在有些人采用模拟电路来控制舵机，这样控制起来容易受到外界的干扰，运行起来也不太稳定。为此本设计采用单片机来控制，这样既满足了快速性，又能满足准确性。单片机在现代控制中占有重要的地位[7,8]，采用的AT89S52单片机资源也十分的丰富。本次设计的目的就是在理论学习的基础上，通过完成一个涉及AT89S52单片机应用并具有综合功能的最小系统目标板的设计与编程应用，使我们能够将理论知识与实际应用结合起来，加深了对理论知识的理解，而且对电气、电子电路、电子元器件、印刷电路板的知识进一步加深了解，在软件编程的同时,布置和调试、焊接技术及相关设备使用技能得到全面的锻炼和提高，为将来能独立一些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。同时在设计之初先采用Proteus进行仿真，加快了设计的进程，使设计出实物的成功率更高[9-11]。防灾科技学院毕业设计21总体方案设计本设计的机器人采用的是舵机作为驱动轮，舵机的控制信号是周期为20Ms，脉冲宽度为0.5Ms到2.5Ms的PWM信号。采用单片机作为控制芯片。通过接收红外遥控器发出的信号，来遥控机器人的运行。同时要将舵机的供电与单片机的供电隔离开来，防止舵机运行过程中的电压波动影响到单片机的工作。图1.1系统结构图2硬件设计2.1控制模块考虑到该对舵机控制是由PWM信号完成的，又知道PWM信号的脉冲宽度是由0.5MS到2.5MS变化。即PWM信号要做到微秒级的变化。而AT89S52单片机若采用12MHz的晶振，其工作频率为1MHz，可以满足要求，再加上其性能可靠，价格便宜，便于入门。所以采用AT89S52单片机最为控制芯片。2.1.1单片机的基本发展概况从第一台单片机问世至今三十多年以来，我国开始使用单片机是在1982年，短短五年时间里发展极为迅速。目前单片机产品已达50多个系列，300多种型号，且综合性能、成本、体系结构、开发环境等都取得了显著的进步。单片机就其字长可分为4位机、8位机、16位机和32位机，其中8位机长期以来都是主流机型，在我国应用尤为广泛，且在今后的很长时间内仍具有相当的活力。以8位机为例，单片机的发展历史可综合为单片机初级阶段、单片机完善阶段、微控制器形成阶段和微控制器成熟阶段等四个阶段。单片机也可以称之为微控制器(Microcontroler)，是因为它最早的应用领域是单片机舵机遥控器红外线PWM波电源模块+5V+6V防灾科技学院毕业设计3工业控制。