《机电一体化综合训练》总结

《《机电一体化综合训练》总结》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《机电一体化综合训练》总结（26页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、机电一体化综合训练总结姓 名 学 号 小组成员 指导教师 史颖刚、王转卫、刘利 西北农林科技大学机械与电子工程学院2013年7月机电一体化综合训练实习总结一、目录1二、实验目的、任务与要求22.1实验目的22.2实验任务与要求2三、舵机小车总结23.1实习内容23.2实习过程23.3实习总结4四、直流电机小车总结54.1实习内容54.2实习过程54.3实习总结7五、步进电机小车总结85.1实习内容85.2实习过程85.3实习总结9六、机电系统创新设计96.1任务要求96.2设计方案96.3各模块设计106.4整体设计116.5软件设计126.6部分程序功能代码146.7个人体会与总结16二、实

2、验目的、任务与要求2.1实验目的1、机械构件如何通过电机驱动实现不同的动作；2、控制器如何通过传感电路感知世界；3、设备如何构成控制反馈；4、控制电路的分析与设计。2.2实验任务与要求1、熟练掌握单一传感器、单电机在控制器作用下实现具体机械构件的控制；2、熟练掌握控制器采集多类型、多数量传感器信息并通过复杂电路控制多电机实现对多机械构件的控制；3、熟练掌握各种电机在控制器作用下，驱动机械构件实现复杂运动。三、舵机小车总结3.1实习内容熟悉舵机小车的组成部分，组装并测试舵机小车；掌握舵机的控制部分和运动部分的供电方式；学习舵机小车的传感器，传感器的信息是如何传送到单片机的；烧录程序运行；能在实验

3、中迅速排除各种故障。3.2实习过程3.2.1巡航控制这个任务主要是改变机器人的前进方向，实现向前、向左、向右、向后、原地转、绕支点转，并结合上一任务循环次数的控制来控制运动时间。机器人的转向问题无非是通过控制机器人的两个轮子逆时针、顺时针旋转来实现。表1说明了机器人在标定电机后在不同脉冲序列的情况下的运动形式。表1左轮右轮转向P1_1=1; delay_nus(1700); P1_1=0; delay_nms(20);左轮逆时针转P1_0=1； delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20); 右轮顺时针前进(全速)P1_1=1; delay_nus(1300);

4、 P1_1=0; delay_nms(20);左轮顺时针转P1_0=1； delay_nus(1700); P1_0=0; delay_nms(20); 右轮逆时针后退（全速）P1_1=1; delay_nus(1300); P1_1=0; delay_nms(20);左轮顺时针转P1_0=1； delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20); 右轮顺时针双轮左转P1_1=1; delay_nus(1700); P1_1=0; delay_nms(20);左轮逆时针转P1_0=1； delay_nus(1700); P1_0=0; delay_nms(20); 右

5、轮逆时针双轮右转P1_1=1; delay_nus(1500); P1_1=0; delay_nms(20);左轮停止P1_0=1； delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20); 右轮顺时针以左轮为支点左转P1_1=1; delay_nus(1700); P1_1=0; delay_nms(20);左轮逆时针P1_0=1； delay_nus(1500); P1_0=0; delay_nms(20); 右轮停止以右轮为支点右转舵机小车完成搭线后首先实现简单的巡航功能，在这个过程中同时学习舵机的控制。在看宝贝车教材学习程序时，发现测试控制伺服电机转速的信号之前，

6、一定要对伺服电机调零、标定。而分别标定两个伺服电机比较浪费时间，可以将两个程序写在一起，同时对左右电机进行标定，可节省时间。3.2.2触觉导航由原理图可知，每条胡须都是一个常开开关。连接到每个胡须电路的I/O引脚监视着10k上拉电阻上的电压变化。当胡须没有被触动时，连接胡须的I/O管脚的电压是5V，当胡须被触动，I/O短接到地，所以I/O管脚的电压是0V。单片机可以读入相应的数据，进行分析、处理、控制机器人运动。在进行胡须测试之前需将串口电缆连接好，需用到调试终端以显示左右胡须状态，调用相关程序进行测试。左胡须接引脚P1_3，右胡须接引脚P1_2，在机器人的运动过程中，当左右胡须同时触到障碍物

7、时，两个引脚输入全为0，此时通过调用相应函数Backward（）；Left_Turn（）；Left_Turn（）；实现后退并转180度；当只有左胡须触到障碍物时，P1_4输入为0，此时调用函数Backward（）；Right_Turn（）；实现向后并向右转；当只有右胡须触到障碍物时，P2_3输入为0，此时调用函数Backward（）；Left_Turn（）；实现向后并向左转。函数调用的过程中其实是通过连接在单片机引脚上的两个伺服电机控制线，向伺服电机发送不同的脉冲序列，从而实现电机的不同运动。在这个环节中我们发现当舵机小车进入墙角时，左胡须触墙，于是它右转。当小车再向前行走，右胡须触墙，于是左

8、转。然后它又前进又会碰到左墙，再次碰到右墙，直到有人把它从困境中解救出来。我们想到的解决办法是记下胡须交替触动的总次数。程序必须记住每个胡须在上次触动时处于什么状态。它必须和当前触动时的状态对比。如果状态相反，就在总数上加1。如果这个总数超过了程序中预先给定的阀值，那么就该做一个180的转弯，并且把胡须交替计数器复位。3.2.3红外线导航在连接三极管时注意三极管的管脚分别属于什么极，由电路可以看出，三极管相当于一个开关：当P1_3(P3_6)置高时，从集电区到基区到发射区电路导通，加载在IR LED上的电压为VCC，IR LED向外发射红外线，当P1_3(P3_6)置低时，电路又断开，IR L

9、ED停止发射。探测器只能接收频率为38.5kHz的红外信号，当没有红外信号返回时，探测器的输出状态为高，当它检测到被物体反射的38.5kHz的红外信号时，它的输出为低。探测器的输出作为单片机引脚的输入，根据单片机两个引脚不同的输入，通过伺服电机控制线分别向伺服电机发送不同的脉冲序列，从而控制伺服电机的不同运动。发送完信号后立即将IR探测器的输出存储到变量中，这些存储的值会显示在调试终端或被机器人用来导航。其他功能由本组邹强同学介绍。3.3实习总结3.3.1个人总结这次课程设计提供了一次理论与实践结合的机会，我认为自己对单片机的只是有了更深的掌握，C语言编程也有了很大提高，还对机器人的构造及性能

10、有了一定了解。我认为最重要的是培养了我独立解决问题的能力和团队合作的意识。3.3.2个人展望通过这次课设我们学到的不光是单片机和C语言编程的应用，还涉及到电路知识及机器人工程等，是一次很好的创新性实习，既锻炼了动手能力又培养了创新能力，还培养了团队协作和独立工作的能力，对我们将来开发单片机系统和从事机器人创新打下了很好的基础，而且通过这次实习也让我们学到了一种如何提出问题解决问题，当遇到问题时，要用发散的思维去思考，提出多种解决方案并筛选最优化，避免惯性思维。四、直流电机小车总结4.1实习内容学习直流电机工作原理；搭线组装并测试小车；搭载循迹、避障、蓝牙等传感器；学习程序；下载程序；实际操作控

11、制小车；能在实验中迅速排除各种故障。4.2实习过程4.2.1循迹模块在学习操作直流电机小车循迹模块的过程中，通过学习单片机程序，安装四路循迹传感器，接线，最终完成循迹的任务。在调试循迹传感器的过程中，我和同组同学学会通过调节传感器的位置和传感器的精度，从而实现在不同宽度，不同角度的地面标记处完成循迹的功能，提高了循迹的准确性。4.2.2超声波避障舵机转动US-100超声波测距模块可实现04.5m的非接触测距功能。并自带温度传感器对测距结果进行校正，工作稳定可靠。在模块上电前需要首先插上模式选择跳线上的跳线帽，使模块处于串口出发模式。在此模式下只需要在Trig/TX管脚输入0X55（波特率960

12、0），系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到回波信号后，模块还要进行温度值的测量。然后根据当前温度对测距结果进行校正，将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。输出的距离值共两个字节，第一字节是距离的高8位，第二字节为距离的低8位，单位为毫米。在超声波避障在操作过程中，发现程序比较简单，接线也很容易，但是在行走过程中，超声波感应的范围比较小，当倾斜一定角度范围内靠近障碍物时，往往不容易被超声波传感器探测到，于是我们在避障程序中加入了一个循环检测的程序，在舵机循环的转动过程中检测周围的障碍物，同时降低了超声波避障传感器的灵敏度，不至于在远离障碍物时就提早转向，偏离正常

13、的轨迹。在超声波避障程序验证后，我们又将小车配套程序中的超声波避障和循迹融合的程序模块下载进单片机实践其性能。发现避障的功能优先循迹的功能，在同时有障碍物和地面标记的情况下，小车先完成避障动作。4.2.3蓝牙模块在蓝牙模块安装好并烧录好程序之后，能与手机匹配，通过手机软件控制小车前进、后退、左转和右转。在蓝牙模块操作过程中，发现手机软件右侧有09的数字键，同组成员考虑将其他的程序融合在蓝牙程序中，通过手机操作与按键，依次执行多个模块程序任务。在小车配套程序20中找到“蓝牙控制小车 寻迹 避障整合版”，烧录程序，实现蓝牙控制小车，按1键时小车实现循迹功能，按2键时小车实现避障功能。其他功能由本组

14、邹强同学介绍。4.3实习总结4.3.1个人总结在直流电机小车实习过程中，我们小组完成了配套程序中20个程序控制小车的实践环节，在个别程序中对小车的控制有了自己的理解，由于时间有限没能将所有的想法付诸实践，只对感兴趣的程序作了一些小范围的修改，完善了一小部分功能。在本实习环节中，对单片机程序学习有了复习和提高的作用。在制作小车和接线过程中，没有遇到什么问题，在烧录程序后，有时会发现一些接线错误，很快就能修改过来。4.3.2个人展望对于直流电机小车，应该还有很大的空间去开发和操作，我们小组只是烧录实现现有的程序，没有对小车做出自己的创新和新的开发。对配套程序的理解不够深入，还不能随心所欲的改编配套

15、程序中的功能，完成对小车新的功能控制。需要更深入的学习单片机程序，理解单片机程序的逻辑。五、步进电机小车总结5.1实习内容学习步进电机工作原理；搭线组装；搭载循迹、避障、红外遥控等传感器；学习程序；下载程序；实际操作控制小车。5.2实习过程5.2.1按照接线图接线5.2.2红外传感器避障模块步进电机小车配套有三个红外传感器，分别安装在小车前方左、中、右三个部位，对应八种状态的运动方式。检测到障碍物，输出为0；未检测到障碍物，输出为1，这样左中右的8种状态对应的8种运动分别为：0 0 0右转1800 0 1右转 900 1 0右转1800 1 1右转 901 0 0左转 901 0 1右转180

16、1 1 0左转 901 1 1前进5.2.3红外遥控模块在程序中定义后，由传感器接受遥控器信号，再经单片机将遥控的数字信号转换成脉冲信号，控制步进电机工作，使步进电机小车按照遥控指令完成动作。在实习中发现一组的遥控器不能控制另一组的小车，但是会造成一定的干扰。和其他组同学同时在走廊实践遥控环节时，遥控的信号和小车的动作之间会有一些延迟。其他功能由本组邹强同学介绍。5.3实习总结5.3.1个人总结步进电机小车巡航是小车最基本的功能，首先要理解步进电机的工作方式，步进电机小车的其他模块都基于巡航功能，红外传感器避障模块是我比较感兴趣的一个模块，它的三个传感器和对应的八种运动方式可以恰当的处理好各种

17、地形，不会像舵机小车触觉导航一样进入死循环。在步进电子小车实验环节中，我们实现了小车的大部分功能，对小车的完成度还是比较满意的，但是美中不足的事蓝牙模块并没有调试出来，在多次修改和检查连线后依然没有成效，没有找出问题的所在更没有解决问题这是我们小组这个环节没有做好的地方。5.3.2个人展望在步进电机小车实践环节中，更深入学习到了步进电机的工作原理，将理论和实践相结合，在之后的学习环节中，能够加载更多的模块开发出更多的功能。六、机电系统创新设计6.1任务要求6.1.1设计任务设计制作一个智能灭火小车模型，能到指定区域进行抢险灭火工作。6.1.2设计要求1. 智能灭火小车启动后，能寻找到火源的位置

18、。2. 智能灭火小车必须按照固定的路线行进（循迹黑线）。6.2设计方案设计将整个电路分为驱动电机模块、寻迹传感器模块、单片机控制模块、火源传感器模块、风扇模块、电源模块六个模块。首先利用红外对路面信号进行探测，利用火源传感器检测火源信号，两种信号经过处理之后，送给单片机控制模块进行实时运算，输出相应的信号给驱动电机模块驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。本系统利用单片机STC89C51单片机作为本系统的主控模块，我们采用反射式红外传感器识别黑线轨迹，用远红外火焰传感器检测火源，由单片机对传感器识别到的信号加以分析和判断，并通过对直流电机的控制来实现自动寻迹并灭火。6.3各模块设计6.3.1电

19、源单片机和电动机能否正常工作，电源供电情况是一个重要方面。为了防止电源掉电而影响电路调试和程序调试，故采用六节充电电池为整个系统供电。6.3.2红外寻迹传感器该智能灭火小车在画有黑线的路面上行驶，由于黑线和路面对光线的反射系数不同，可根据接收到反射红外线的强弱来判断“道路”黑线。在该模块中利用了简单、应用也比较普遍的检测方法红外探测法。利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，如果红外光遇到地面时则发生漫发射，反射光被装在小车上的红外接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的红外接收管接收不到红外信号。6.3.3红外火焰传感器远红外火

20、焰传感器能够探测到波长在700纳米1000纳米范围内的红外光，探测角度为60，其中红外光波长在880纳米附近时，其灵敏度达到最大。远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0255范围内数值的变化。外界红外光越强，数值越小；红外光越弱，数值越大。红外火焰探头将外界红外光的变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为 01023 范围内的数值。外界红外光越强，数值越小。因此越靠近热源，机器人显示读数越小。根据函数返回值的变化能判断红外光线的强弱,从而能大致判别出火源的远近。此外，远红外火焰探头探测角度为60。下面为火焰传感器实测数据，一根蜡烛为火源，室内正常日光

21、灯环境实测结果如表所示。6.3.4风扇模块灭火风扇的驱动电压为+5V，为了增强驱动能力，我们用三极管8550做驱动电路以加大驱动电流。灭火风扇驱动电路如所示。在Uin处接单片机的IO口，通过IO口输出高低电平来控制灭火风扇的启动和停止。6.4整体设计6.4.1引脚的设定循迹传感器左P2.2中P2.1右P2.0火焰传感器前P2.4后P2.6左P2.5右P2.7电机控制左P1.0/P1.1右P1.4/P1.5风扇控制P3.4CPU的P1.0、P1.1控制小车的左侧电机，P1.4、P1.5控制小车的右侧电机；P3.1输出PWM信号，控制小车电机的转速；P2.4P2.7为火焰传感器输入信号，分别为前、

22、后、左、右侧的火焰传感器的信号，P2.0P2.2为循迹传感器输入信号。电机转动由电机控制端口P1控制，其中，P1.0/P1.1控制左侧电机转动，P1.4/P1.5控制右侧电机转动。6.4.2整体设计小车由三个寻迹传感器组成寻迹模块，用于检测黑白线，当中间的寻迹传感器压线时表示小车没有偏航，左右轮转速相同向前行进；当左边的寻迹传感器压线时表示小车向右偏航，这时要调节左轮的转速，使小车向左转；当右边的寻迹传感器压线时表示小车向左偏航，这时要调节右轮的转速，使小车向右转。火焰传感器有4个，分别检测前后左右方向上的火源，如果左边的传感器检测到火源，则小车向左转向前进；如果右边的传感器检测到火源，则小车

23、向右转向前进，如果前边的传感器检测到火源，则小车向前行进；如果后边的传感器检测到火源，则小车向后转动180。通过检测两套传感器的信号，单片机根据程序输出相应的反应信号，控制两个电动机的转动，以使小车相互协调工作，完成灭火的任务。6.5软件设计6.5.1总体流程设计此部分是小车运行的核心部分，起着控制小车所有运行状态的作用，具有导向和决策的功能。系统总体流程是：小车进入驱动后，即先判断是否有火源存在，一旦检测到有火源，从出发点沿着黑线循迹前进接近火源。程序不停的判断火源位置和行进的线路，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态，使小车按照规定的线路寻找到火源，并将火灭掉。首先加点后对小车进行初

24、始化，在这个阶段让小车检测火源，确定自己的位置，同时寻找线路。接着单片机判断是否有火源，如果有火源存在，启动小车循迹模块程序，让小车前进，当小车找到火源时，停止前进，这时开启灭火风扇，进行灭火的操作，这时再判断是否将火灭掉，如果火已经熄灭，则小车继续寻找下一个火源，如果没有熄灭则风扇继续开启。6.5.2程序流程设计寻迹模块程序首先采集寻迹传感器传回的信号，判断当前小车所在的位置，如果小车正好在线上，则小车继续前进；如果小车左侧压线，说明小车偏左，则小车右拐前进；如果小车右侧压线，说明小车偏右，则小车左拐前进；如果小车没有检测到黑线，说明前面没有路，则小车后转180度，返回；如果小车三个传感器都

25、检测到黑线，说明小车走到十字路口，则再判断火焰传感器的信号。如果火焰传感器的信号显示火焰在小车的前方，则小车继续前进；如果检测到火焰在小车的左方，则小车左转90度，沿黑白线继续前进；如果小车检测到火焰在小车的右方，则小车右转90度，沿黑白线继续前进；如果小车检测到火焰在小车的后方，则小车后转180度，沿黑白线继续前进。6.6部分程序功能代码256.6.1小车转向代码void run() /电机启动 P1=0x11;void left()/左转P1=0x13;void right()/右转P1=0x31;void big_right()/右大转P1=0x21;void big_left()/左大

26、转P1=0x12;void stop()/停止P1=0x33;void back()/后退P1=0x22;6.6.2PWM调速代码void tim(void) interrupt 1 static unsigned char count; TH0 = (65536 - 100) / 256; TL0 = (65536 - 100) % 256; /定时0.1mS if (count = PWM_ON) PWM = 1; /高电平 count+; if(count = 10)/分为10个档 count = 0; if(PWM_ON != 0) PWM = 0; /低电平 6.6.3小车寻迹代码v

27、oid track() unsigned char Num; timer_init(); PWM_ON = 4; /高电平时间档,共10个档位 while(1) Num = P2; Num = Num & 0x07; P0 = Num | 0xf8; /指示灯 switch(Num) case 0x02:/前进 run(); STATE_LAST = Num; case 0x04: /左转 left(); STATE_LAST = Num; case 0x06: /左大转 big_left(); STATE_LAST = Num; case 0x01: /右转 right(); STATE_L

28、AST = Num; case 0x03: /右大转 big_right(); STATE_LAST = Num; case 0x07: /停止 stop(); case 0x00: /检测不到黑线时查看上一个状态，并做出判断 if(STATE_LAST = 0x04 | STATE_LAST = 0x06) /左轮后退 P1 = 0x02; else if(STATE_LAST = 0x01 | STATE_LAST = 0x03) /右轮后退 P1 = 0x20; else if(STATE_LAST = 0x00) left();/左转寻线 else stop(); default: l

29、eft(); 6.7个人体会与总结6.7.1创新实习总结测试结果表明，本系统实现了设计任务要求，小车采集红外寻迹传感器信号探测线路，采集火源传感器信号探测火源，并根据单片机控制模块的分析结果决策和控制下一步的运动形式。该控制系统运用了单片机、红外寻迹传感器，直流电机，PWM调速，远红外火焰传感器等技术，基本实现了智能灭火小车的要求。但是本系统中还存在着不足：小车的直线行进的稳定性未得到很好的解决，通过测试小车在直线行走时与小车的初始角度、小车的速度、小车的转弯，我认为小车的稳定性可能还与红外探测器之间的间距、黑带宽度的比值、小车的惯性等有关。6.7.2机电一体化综合训练实习总结历经三个礼拜的毕

30、业设计，我学习了单片机系统设计的整个过程。从传感器信号的处理，到单片机接收并处理信号，再到输出信号至外部系统，通过该作品的设计制作，使我更好的了解了各类传感器，掌握了光电三极管的使用，并熟悉了单片机的中断和定时器的控制，掌握了大功率驱动芯片的使用，程序中对各种任务的合理安排，使整体系统能够更好的协同工作，增强了自己的动手能力，更好的熟悉的了解了一个单片机系统的开发过程。学习的过程中虽然遇到很多困难，但经过努力克服了困难解决了问题，最终完成了设计。通过这次课程设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，同时也是对大学三年的学习成果的一个综合检验。这几个礼拜的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。历时三个礼拜的机电一体化综合训练已经告一段落。经过自己不断的努力以及老师们的耐心指导和热情帮助，实习环节已经基本完成。在这段时间里，老师们严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，老师们的指导使我对整个综合训练的思路有了具体的把握，并耐心的帮我解决了许多实际问题，使我有了很大收获。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练，但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。由于自身水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请各位老师批评指正。学号： 2010012332班级： .机电103 姓名： 吴礼谦