开题报告基于AVR的寻址机器人电机控制电路的设计.doc

本科毕业设计(论文)开题报告学生姓名学 号专 业指导教师职 称所在院系课题来源自拟课题课题性质工程技术研究课题名称基于AVR的寻址机器人电机控制电路的设计毕业设计的内容和意义毕业设计的具体内容为：1、本设计采用Atmel公司的高性能低功耗AVR单片机作为控制系统的核心进行寻迹机器人控制系统的设计和研究。2、本课题设计的寻迹机器人的具体功能为：按照一定的路线到达指定的位置，完成一定的动作后再走到下一目标位置。在行进的过程中地板上有纵横交错的白线作引导，并通过白线来判断是否到达指定位置。3、本课题是基于AVR的寻址机器人控制的设计。熟悉寻址机器人的功能，完成系统控制程序设计，包括：主程序寻线处理程序、电机PID控制程序等。在某个软件系统中以执行任务数组为主程序，电机调速以及寻线以中断方式进行。本课题研究的意义：本课题对寻迹机器人控制系统及其应用进行了研究，其研究意义如下：1、机器人工程是一门综合性的学科，也是对社会经济发展产生重大影响的一门科学技术。对机器人相关课题的研究的具有重要意义。机器人技术是一门综合了传感与检测、运动控制、图形图象处理等多技术的新型学科。2、寻迹机器人控制系统的设计研究运用到检测技术、运动控制、电机拖动基础、单片机原理、计算机控制技术、自动控制原理、电力电子技术以及C语言程序设计等多门课程的相关知识，很好的检测了综合运用自动化专业知识的能力。同时也为进入自动化行业进行系统设计研究奠定了一定的基础。3、智能寻迹机器人是指具有一定感知以及行动功能的机器人，它是机构学、自动控制技术、计算机技术、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、传感器技术、等多学科和技术应用的结果。智能寻迹机器人关键在于可自主获取、处理和识别各种信息，具有一定的自主分析能力，能够自主地完成较为复杂的操作任务，比一般的工业机器人具有更大的灵活性，同时也就具有更广泛的应用领域。智能寻迹机器人在工农业生产、科学探测、军事侦察、生活服务与娱乐等很多方面都有广泛的应用前景。文献综述文献1 以AVR-GCC的Windows版本WinAVR20040404为例，介绍使用AVR-GCC开发AVR单片机的方法。首先介绍AVR单片机的特点，使读者对AVR单片机有整体的印象。随后简单地介绍了C语言的语法和AVR-GCC的函数库avr-libc的常用库函数及定义。接下来以ATmega16单片机为例，介绍了AVR单片机常用部件的操作方法。最后，介绍了运行于AVR单片机上的实时操作系统AVRX的使用方法和AVR单片机的调试方法，以供更高层次的读者参考。文献2 详细介绍ATMEL公司开发的AVR高速嵌入式单片机的结构；讲述AVR单片机的开发工具和集成开发环境（IDE）,包括Studio调试工具、AVR单片机汇编器和单片机串行下载编程；学习指令系统时,每条指令均有实例,边学习边调试,使学习者看得见指令流向及操作结果,真正理解每条指令的功能及使用注意事项；介绍AVR系列多种单片机功能特点、实用程序设计及应用实例；作为提高篇,讲述简单易学、适用AVR单片机的高级语言BASCOM-AVR及ICC AVR C编译器。文献3 主要内容包括：直流电机的结构及原理、直流电动机的电力拖动运行、变压器的结构及原理、三相异步电动机的基本原理、三相异步电动机的电力拖动运行、常用同步电动机和其他电机的原理。文献4 介绍了美国ATMEL公司的高速嵌入式单片机AVR中的AT90S8535的性能特点，设计了以AT90S8535为核心的微型四轮移动机器人的控制系统的软、硬件。最后简要介绍了运用Visual C+60开发串行通信的方法。文献5 详细介绍了ATMEL公司AVR单片机的特点及其开发应用工具；机器人控制核心部件为什么选用AVR单片机；单片机控制程序编程下载的方法；单片机创新开发的方法；有关机器人的基本知识，包括轮式机器人、仿生机器人、虚拟机器人、机器人的语音识别与语音控制的创新制作等。文献6 针对无人空中机器人伺服系统，论文给出了利用AVR AT90S8535单片机和Intel 8254芯片实现多路脉宽调制（PWM）控制信号的采样和输出，并控制Futaba伺服电机的一种方法。通过采样一路PWM信号实现了自控与手控的软件无扰动切换，利用RS232串口实现飞控计算机对伺服电机的控制。经过在自行设计的空中机器人系统中的实际使用，取得了良好的效果。文献78讨论了AVR系列单片机的C语言编程技术。并给了不少编程实例。以AVR GCC的Windows版本WinAVR20040404为例，介绍使用AVR-GCC开发AVR单片机的方法。首先介绍AVR单片机的特点，使读者对AVR单片机有整体的印象。随后简单地介绍了C语言的语法和AVR-GCC的函数库avr-libc的常用库函数及定义。接下来以ATmega16单片机为例，介绍了AVR单片机常用部件的操作方法。 文献9 详细研究介绍了足球机器人控制器的设计过程。足球机器人控制器由AT90S8515单片机，无线电接收、电压检测、电机驱动和速度检测等电路，以及碰撞开关组成。单片机执行主机控制指令，控制无线接收单元，处理速度检测单元信号。依据主机指令调整双轮的驱动速度，实现机器人的前进、后退、左转、右转。参考文献：1、耿德根编著·AVR高速嵌入式单片机原理与应用M·北京 航空航天大学出版社2、吴双力编著·AVR-GCC与AVR单片机C语言开发M·北京 航空航天大学出版社3、刘启新编著·电机与拖动基础M·中国电力出版社4、郭成 翁盛隆 谈士力·微型四轮移动机器人控制系统的设计J·上海大学机自学院机械电子工程专业2000725、耿德根编著·单片机创新开发与机器人制作M·北京航空航天大学出版社6、罗沛 裴海龙·基于AVR单片机的空中机器人伺服系统J·广州 华南理工大学自动化科学与工程学院待添加的隐藏文字内容17、张军编著·AVR单片机应用系统开发典型实例M·北京 中国电力出版社8、佟长福 编著·AVR单片机GCC程序设计M·北京航天航空大学出版社9、罗国平 何宏森·足球机器人控制器的设计J·西南科技大学信息与控制工程学院研究内容1、 寻迹机器人的具体功能为：按照一定的路线到达指定位置，完成一定的动作后再走到下一目标位置。在行进的过程中地板上有纵横交错的白线作引导，并通过白线来判断是否到达指定位置。机器人的运动路径可以任意改变。2、 机器人由一定的驱动电路驱动电机从出发区按照指定的路径走到指定的位置。机器人必须对自身进行准确的定位，场地上纵横交错的白线就是用于辅助机器人定位的。机器人通过光电传感器检测地板上白线的位置，并通过单片机中一定的算法来实现定位和确定下一步的动作。3、 为了实现转向和直线行走，机器人由两轮驱动，机器人的行走过程要求尽量平稳，在走直线时就要求两个轮子能以同样的速度运行，所以对电机的调速得十分精确。因直流电机具有良好的调速和起动性能，本系统选用直流电机作为驱动电机。4、 在行进的过程中，如果机器人偏离了预定的路线，则无法到达指定的位置。这就需要随时检测其是否走偏，并将信息反馈给单片机，由单片机发出指令来控制电机校正偏离误差，保证机器人按照预定方案准确行走。据此系统采用PID 控制原理和反馈系统来实现寻迹机器人的精确定位。研究计划2.25 - 3.2 查阅资料，撰写开题报告3.3 - 3.9 选择AVR型号，熟悉单片机，熟悉开发环境3.10 - 3.16 系统结构设计以及设备选型：驱动电机等3.17 - 3.23 单片机资源分配3.24 - 3.30 主程序初始化3.31 - 4.6 掌握直流电机的PID控制4.7 - 4.13 电机PID控制程序撰写4.14 - 4.20 寻线处理程序撰写4.21 - 4.27 前进函数、停止函数、转向函数等撰写4.28 - 5.4 主函数以及中断服务程序撰写5.5 - 5.11 程序优化5.12 - 5.18 优化工作，撰写毕业论文5.19 - 5.25 撰写毕业论文5.26 - 6.1 优化论文，准备答辩6.2 - 6.8 毕业答辩特色与创新本论文特色与创新如下：1、本系统是以AVR单片机的C语言来进行软件设计，指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了,使硬件在软件的控制下协调运作。2、寻迹机器人的具体功能为：按照一定的线路到达指定位置，完成一定的动作后再走到下一目标位置。自动寻迹是基于自动导引小车（AGVauto-guided vehicle）机器人系统，用以实现小车自动识别路线，判断路线偏差并及时纠正，以及选择正确的路线。实验中采用与地面颜色有较大差别的白色线条作为引导，使用反射式红外传感器感知导引线和判断路线的正确与否，要求寻迹机器人小车按照一定的路线到达指定的位置，完成一定的动作后再走到下一个目标位置。机器人小车的行走机构为车轮方式：左右轮为驱动轮，前后轮为支撑轮，由此构成四轮结构。左右轮除负责前进后退外，当两轮的转速不同时，还可以实现曲线行走和原地旋转。系统控制核心采用Atmel公司的高性能低功耗AVR单片机AT90S8535,它负责对光电传感器电路检测到的信号进行处理，并通过一定的软件算法控制直流电动机的运行方式，以实现对寻迹机器人的精确定位和动作控制。系统采用直流电动机作为驱动机构，利用PID控制原理和反馈系统来实现寻迹机器人的精确定位。3、寻迹机器人采用2轮驱动可以实现直线和曲线运动，在机器人的运动过程中需要对2个主动轮的运动方式进行合理安排，本系统选用了L298N来对2只驱动电机实现运动控制。L298N是一款高集成度、双桥结构的直流/步进电机驱动器。它具有高达50V电压和4A电流的驱动能力。一片L298N可以同时驱动两个电机。因此L298N很好的满足了寻迹机器人2只驱动电机的运动控制要求。这也是本系统的一个特点所在。指导教师意 见 指导教师签名： 年 月 日教研室意见 主任签名： 年 月 日系部意见 教学主任签名： 年 月 日