移动机器人路径跟踪实验

■电路 ●LED半导体发光二极管 ●光敏电阻 ●可微调电阻 ●运算放大器 ●接线头、电阻和导线
电路设计
VCC
5V
R3 1k¦¸
4 R4 4.7k¦¸
2
VCC
R5 15k¦¸
R2
10k¦¸ Key=A
50%
3
U1A
5
2
5
3
4
12 LM339N
6
R1 10k¦¸
XSC1
A +_
B +_
Ext T rig +
● void sleep (float sec) 等待一段等于或稍大于指定的sec时间(秒) 后
再执行后面的语句。sec是一个浮点数。 例: sleep(1.5); /* 等待1.5秒 */
●void msleep (long msec) 等待一段等于或稍大于指定的msec时间(毫秒)后 再执行后面的语句。sec是一个长整数。 例:
也
可以作为通用模拟输入口使用，编号为1； (28) 光敏传感器0：预设的光敏电阻插座0，与左边的光敏传感器对应，
也
可以作为通用模拟输入口使用，编号为0； (29) 扩展接口：该扩展接口插座与LCD插座一起构成了探索者的扩展总
线；
(30) 红外频率调节：用于调节红外振荡电路的频率，使其位于38KHz左 右；
(16) 复位按钮：按下此按钮使控制板复位，当与功能按钮联合使用可以使控制 板进入特殊启动模式，从而可以进行操作系统的装入，具体做法是先按下 功能按钮并保持，然后按一下复位按钮；
(17) 通用数字口0-6、8-9：通用数字输入口，从左至右编号为0到6和8-9； (18) 通用模拟口7-4：通用模拟输入口，从左至右编号为7到4； (19) 通讯指示：黄颜色的发光二极管，灯闪烁时，表示控制板正与PC机进行通
如何实现路径信息转化为电信号？
不同材质对光的吸收和反射的能力不同
路径 反射能力高
背景 反射能力差
如下图中所示，由半导体发光二极管LED 与光敏电阻R构成了探头部分，由LED发射的 光线照射到地面材质上，再经材质的漫射或反 射，光线照射在光敏电阻上，使其电阻值发生 变化，不同材质对光的吸收能Βιβλιοθήκη Baidu不同，则光敏 电阻的阻值也随之变化。
(31) 快速充电：若需对电池组进行快速充电，应将该跳线座短路； (32) 蜂鸣器：可以在用户程序的控制下产生不同频率的声响。
二.C语言基础和JC
◆ C基础 main( ) 函数
◆ JC简介 交互式C语言（简称JC）是用于能力风暴个人机器人(基于68HC11)的
专用开发系统。 JC由两部分组成：编译环境（包含交互式命令行编辑和调试功能）和
下面的代码显示创建一个check_sensor进程，１ 秒钟后终止该进程的例子：
void main() { int pid; pid= start_process(check_sensor(2)); sleep(1.0); kill_process(pid); }
第二部分．实验
设计目的：
利用68HC11强大的可扩展性以及众多 的剩余输入/输出端口，为探索者机器人增 添传感器模块，以此来完善其与外界交互 的能力，使其在迷宫运行中能更好的保持 自身的姿态。
_
J1 Key = Space
1
U2
6
5
2
4
CNY17-1
0
1
R6 10k¦¸
分立的单组传感器电路电路图
LM339N芯片图
总体布局图
R16
15k¦¸ R15
15k¦¸ R12
U6
1
4
2
33
15k¦¸
R14
R3
15k¦¸
1
DIP4
2
LM139
10k¦¸
U2
6 Key=A 50%
5
PHOTO_TRANSISTOR_RATED LED1
■ 控制过程 ●采集信号 ●信号处理 ●信号输入
实验方法
利用传感器探测路径，判断行走信息。 如图所示
1、2、3、4为4组信号探测器。根据他们在 白色区域（行走轨迹）位置的不同，可输出 不同的信号。
每组信号探测器利用LED光源与光敏传 感器组成一组传感器探头，用4组这样的探头 组成的阵列来对白线进行识别，判断小车所 处状态，并作出相应的反应。
(3) 直流电机口2：同（2）； (4) 直流电机口1：同（2）； (5) 直流电机口0：同（2）； (6) 移动轮电机1：探索者教育机器人左右各装备了一个直流驱动马达，
分别对应于WHEEL0和WHEEL1两个五芯插座，是探索者的主要移动 机构，安装时应注意左右对应关系；
(7) 移动轮电机0：同（6）； (8) 电源插座：电池组上电源线连接在此处，连接时应注意电池极性； (9) 充电插座：探索者配备的12伏500毫安充电器上的同轴插头插入此插
(12) 电源开关：用于打开和关闭探索者； (13) 电源指示：绿颜色的发光二极管，用于指示探索者是否处于工作状
态；
(14) 电压低指示：红颜色的发光二极管，灯亮时，表示电源电压太低； (15) 功能按钮：该按钮占用通用数字输入口7，在用户程序中可以获得
该按钮的状态，另外，该按钮与复位按钮联合使用可以使控制板进 入特殊启动模式，从而能够进行操作系统的装入；
1. 输出控制
●函数stop()关闭两个电机
● motor ( int m, int p)用于电机功率水平的控制
● void drive ( int trans_vel, int rot_vel) 同时设定两个电机的速度，控制能力风暴的平移和旋转。 trans_vel平移速度，rot_vel旋转速度。rot_vel<0能力风暴顺时 针旋转，rot_vel>0能力风暴逆时针旋转。该函数将左轮速度设 为( trans_vel - rot_vel )，右轮速度设为( trans_vel + rot_vel )。
机器人路径跟踪实验
许群 xq122@126.com
能力风暴
第一部分
一.控制主板结构说明
(1) LCD插座：探索者配备了一个16x2的液晶显示模块，将其正确插入该 插座，机器人在运行过程中可以显示2行16字符的文本信息，是探索 者与操作者的交互界面之一；
(2) 直流电机口3：探索者控制主板上扩展了四个直流伺服接口，编号为 0～３，具备PWM（脉宽调制）功能，可以用于各种直流驱动装置， 如直流马达、继电器等执行机构，旁边的红色和绿色用于指示方向；
void check_sensor(int n) {
while (1) printf("Sensor %d is %d\n", n, digital(n));
}
void main() {
start_process(check_sensor(2)); }
start_process(check_sensor(2), 1, 50);
msleep(1500L); /* 等待1.5秒 */
■多任务
（1）多任务叙述
JC的一个强大的功能是它的多任务设置。在运行期 间，进程可以被动态地建立和撤消。多个进程运行通过 分时间片实现的。每个进程一次只执行一定数量的时间 片。
每个进程都有自己的栈，用于函数调用传递参数，存 放局部变量，存放函数调用的返回地址。栈的大小在进 程创建时确定。一个进程栈的缺省大小为256字节。
(2)创建新进程
int start_process (functioncall(...),[TICKS],[STACK-SIZE])
start_process取得一个进程标识，创建一个进程。有 两个可选参数：进程的时间片数和栈大小。
返回一个整数，它就是新进程的进程ID 。
下面给出了创建一个进程的例子：
2.传感器输入
●数字输入 int digital (int p) 返回数字口p上传感器的值，（1为真，0为假）。 如果从传感器数字硬件读到的值为零伏或逻辑零， digital()函数将返回真。
●模拟输入
int analogport(int p) 返回模拟口p上传感器的值。返回值是0到255间的整数值。 如果该传感器在硬件上只有开关两种状态，则硬件上的数 字读数为1时返回值为255（就象一个数字开关断开，电位 被拉高一样，导致一个最高读数），当硬件的数字读数为 0，则返回0（就象一个数字开关合上，电位接地）。 系统设定的传感器端口全局变量:
座可以对连接在机器人上的8节9.6伏串联电池组进行充电； (10) 充电指示：黄颜色的发光二极管，用于指示探索者是否处于正常充电
状态，若快速充电跳线插座短路，则该指示灯不起作用；
(11) 扩展电源插座：用于给探索者上扩展的直流电机口0～3和移动轮电 机驱动口0～1提供额外的电源，电源极性请见板上的标注，附加电 源的规格为5～7节1.5伏干电池或7～8节1.2伏串联充电电池，但一 般要求等效电压等于或略高于连接于(8)的电池电压；
●碰撞检测 在能力风暴四周有一个碰撞环，上面有四个碰
撞传感器，可以检测是否撞上障碍以及碰撞发生 的方位
int bumper ( )
碰撞传感器检测。返回值低4位的意义，位0=>右 前，位1=>左前，位2=>右后，位3=>左后。如果 实际检测方位与此处定义不一致，请调整碰撞传 感器的安装位置
3. 定时命令
讯；
(20) 串行通讯插座：RS232串行通讯接口； (21) 麦克风：用于采集声音信号，占用通用模拟接口2； (22) 红外调节1：用于调节红外发射管1的发射强度； (23) 红外发送1：红外发射管1插座； (24) 红外接收：红外接受头插座； (25) 红外发送0：红外发射管0插座； (26) 红外调节0：用于调节红外发射管0的发射强度； (27) 光敏传感器1：预设的光敏电阻插座1，与右边的光敏传感器对应，
●红外线系统
红外线系统由两部分构成：两个红外线发送 器，以及一个红外线接收器
左右两个方向的红外线发送器分别发射一定 频率的红外线脉冲信号，红外线接收器可以检 测出这种频率的红外调制信号
红外线系统探测障碍的有效距离是10~80厘 米
int ir_detector() 返回值 0b00: 没有接收到红外, 0b01: 右边接收到, 0b10: 左边接收到, 0b11: 两边都接收到。
将创建一个check_sensor进程，它每次运行１毫 秒，栈大小为50个字节
（3）撤消进程
int kill_process(int pid); 通过将进程ID传给kill_process来撤消一个进程。 kill_process 返回值表明撤消进程是否成功。
如果返回值是０，表明进程被撤消。如果返回１， 表示没有找到该进程。
int photo_right = photo(1); 右光敏电阻 int photo_left = photo(2); 左光敏电阻 int microphone = 2; 麦克风
例: analogport (photo_right);检测右光敏，返 回值越小，光线越亮。
analogport (microphone);检测麦克风， 返回值越大，声音越响。
设计方案：
设计围绕规范探索者机器人的行走路径 来进行，在场地中布置白色轨迹线，让探 索者机器人顺沿轨迹进行移动。
设计思想：
提取行走路径信息（利用自然界光、热、 质量、电、声等），转化为可识别的电信 号，根据电信号变化识别路径，再对机器 人行走作相应的调整。
实验耗材：
1.比较器LM339N（4个集成） 2.光敏电阻10K~20K,数量4个 3.发光二级管4个电压3V 4.普通电阻1KΩ,4.7KΩ,15KΩ分别4个 5.可调电阻0～10KΩ4个 6.导线若干
能力风暴操作系统。JC实现了C语言的一个子集，它包括控制语句（for， while，if else），局部变量和全局变量，数组，指针，结构体，16位和32 位整数，和32位浮点数。
◆运行JC 首先要安装JC。把能力风暴接到你计算机的一个串口上，打开能力风暴电 源开关，并运行JC。电源开关拨至“下载”位置（左边），JC将引导你首先下 载操作系统；若控制板上已有操作系统，将电源开关拨到“运行”位置（右 边），运行JC时，JC将初始化能力风暴内存并下载系统库函数。
能力风暴库函数文件
JC库函数
◆库函数文件为能力风暴控制板的硬件提供了标准C的接口函数。这些 函数是用C或者汇编语言写成的驱动程序。库函数提供了诸如控制电 机，发出声音，输入传感器值等功能
◆为更好理解库函数如何工作，建议研究一下库文件的源代码。能力风 暴主库文件列表为lib_as.lis。
相关内容: ●输出控制 ●传感器输入 ●定时命令 ●音频函数