圆梦小车(寻迹小车 ) step by step 之一.htm

机器人应用的全套实例寻机小车

                          href="http://www.robotdiy.com/article.php?sid=263" 
                          target=_blank>轨迹采样及逻辑控制部分硬件设计</A>； 
                          <LI><A 
                          href="http://www.robotdiy.com/article.php?sid=264" 
                          target=_blank>开环控制功能</A>； 
                          <LI><A 
                          href="http://www.robotdiy.com/article.php?sid=265" 
                          target=_blank>电机测速及转速控制</A>； 
                          <LI><A 
                          href="http://www.robotdiy.com/article.php?sid=267" 
                          target=_blank>电机驱动部分调试</A>； 
                          <LI><A 
                          href="http://www.robotdiy.com/article.php?sid=271" 
                          target=_blank>单MCU控制的程序设计</A>； 
                          <LI><A 
                          href="http://www.robotdiy.com/article.php?sid=279" 
                          target=_blank>寻迹小车 FollowMe—— 之八：“圆梦”之旅</A> </LI></OL>
                        <P>“圆梦小车DIY套件”推出后，受到了许多爱好者的青睐，深感欣慰！</P>
                        <P>但是，也感到有一些初学者拿到后不知该如何入手？咨询了许多问题。为了减少困惑，我决定逐步基于小车平台写一些示例程序供大家参考，更主要的是期望起到“抛砖引玉”的作用，营造出一个良好的氛围，让“高手”有展示的机会，让初学者有尝试的可能。<BR></P>
                        <P>因为是第一篇，所以顺便将反馈的问题予以回复。</P>
                        <H2>一、 装配注意事项</H2>
                        <H3>小车装配时，结构部分要注意：</H3>
                        <P>A. 轮毂由三个部分叠装而成，形成两个槽 —— 
                        皮带槽和轮胎槽，注意两个槽的宽度不同，不要配错了！！！主要是中间那一层的方向。<BR>B. 
                        电机的小皮带轮装配要按照“装配说明”所示，不要装错方向。<BR>C. 
                        电机安装时，注意电机皮带轮和车轮的皮带槽位置，要在一条直线上。<BR>D. 
                        电机安装时，建议将螺母放在上面，使用M3*8螺丝。<BR>E. 
                        码盘采样器先装，车轮后装，会方便一些；安装码盘采样器用M3*16螺丝，螺母放在上面，这样便于调整。（见上图）<BR>F. 
                        车轮安装后，要调整码盘采样器，避免与车轮碰擦。<BR>G. 
                        车轮轴安装使用M3*16带飞边的螺丝，注意，半圆头处的差别！</P>
                        <P align=center><A 
                        href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/robot_step_by_step/image003.jpg"><IMG 
                        height=224 
                        src="圆梦小车(寻迹小车 ) Step by Step 之一.files/image004.jpg" 
                        width=331 border=0></A></P>
                        <P><BR>H. 如果使用配套的控制板，码盘采样器引出线可剪去4cm；电机引出线可剪去2cm。</P>
                        <H3>控制部分焊接、装配注意：</H3>
                        <P>a) 
                        焊接时可使用一个开口盒子将PCB垫起，便于插件，电阻、电容插件后可先在正面焊一个引脚，固定住器件，之后再在反面焊接。<BR>b) 
                        焊接插座时要对照安装说明，注意插座方向，并且对照原理图，以及连接的对象，检查是否正确，以原理图为准。一定要做这一步，因为这样可以帮助你将实物和原理图对应，理解设计，便于调试。<BR>c) 
                        焊接后不要急于插上芯片，装上电池后，打开开关，检查电源指示灯是否正常，正常后再关闭电源，插上芯片。<BR>d) 
                        焊接驱动三极管D772、D882时，应先用M3*8螺丝固定后再焊接，固定要松紧适度，不要将三极管压碎了。<BR>e) 
                        发光二极管焊接时要注意正、负极，如果没有把握不要贴着PCB焊接。<BR>f) 
                        控制板的晶振（22.1184MHz）在焊好22p电容及单排插座后再焊，不要落底。</P>
                        <P align=center><A 
                        href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/robot_step_by_step/image005.jpg"><IMG 
                        height=267 
                        src="圆梦小车(寻迹小车 ) Step by Step 之一.files/image006.jpg" 
                        width=357 border=0></A></P>
                        <P><BR>g) 扩展板上的晶振也不要落底焊接，避免引起其它部分短路。<BR>h) 
                        5V电源注意原理图上的说明和装配说明的提示！<BR>i) 
                        焊接时，最好在原理图中寻找对应器件时，也思考一下该器件的功能、所起的作用，这样调试遇到问题时就能准确找到症结，如果只是简单“依样画葫芦”，那DIY就没有意义了。搞过PC机DIY的应该有所体验，那个过程对你理解PC机原理有多大帮助！</P>
                        <P>如果能认真看原理图以及装配说明，DIY应该没有障碍。</P>
                        <H2>二、 小车功能介绍</H2>
                        <P>为了便于后面文章叙述，不产生歧义，这里在介绍功能的同时，将一些常需要涉及的部分约定一个名称，算是“术语定义”吧！这在工程上是基础，看过技术标准的一定注意到，在技术标准中一定有“术语定义”部分，以确保标准的描述准确无误。<BR></P>
                        <H3>结构部分：<BR></H3>
                        <P align=center><A 
                        href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/robot_step_by_step/image007.jpg"><IMG 
                        height=296 
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                        width=360 border=0></A></P>
                        <P align=center>(点击看大图)</P>
                        <P><BR>底盘 —— 安装所有部件的基础；<BR>电机固定卡 —— 固定电机；<BR>小皮带轮 —— 
                        电机转动输出；<BR>码盘采样器 —— 一种遮断式光电采样器，间隙4mm；<BR>码盘 —— 
                        由50个约1mm的齿组成，和码盘采样器配合，实现对车轮转动的检测；<BR>轮胎 —— 
                        增加摩擦力，使用5mm粗的O型圈；<BR>皮带 —— 
                        传动用，将电机转动传递到车轮，使用1.8mm粗的O型圈；<BR>轨迹采样器安装空隙 —— 
                        为轨迹采样器安装提供方便；<BR>GP2D12安装位置 —— 因为GP2D12 
                        是最常用的红外测距传感器，所以预留了一个安装位置，便于用户使用；<BR>控制板安装孔 —— 
                        用于固定4个六角铜柱，提供控制板的安装位置。</P>
                        <P align=center><A 
                        href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/robot_step_by_step/image009.jpg"><IMG 
                        height=253 
                        src="圆梦小车(寻迹小车 ) Step by Step 之一.files/image010.jpg" 
                        width=312 border=0></A></P>
                        <P align=center>(点击看大图)</P>
                        <P><BR>球形万向轮 —— 小车的第三点支撑；<BR>轮毂 —— 
                        由三部分组成，构成了皮带槽、轮胎槽以及码盘，中间还夹有滚珠轴承，以改善转动性能；<BR>轮轴 —— 由M3*16 
                        带飞边半圆头螺丝构成；<BR>电机皮带张紧槽 —— 
为4个固定电机的螺丝提供的腰圆孔，便于调节皮带的松紧。</P>
                        <H3>控制部分 —— 主控板：</H3>
                        <P align=center><A 
                        href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/robot_step_by_step/image011.jpg"><IMG 
                        height=393 
                        src="圆梦小车(寻迹小车 ) Step by Step 之一.files/image012.jpg" 
                        width=432 border=0></A></P>
                        <P align=center>(点击看大图)</P>
                        <P>电源开关 —— 只控制控制部分的电源，不控制H桥的电源；<BR>电源指示 —— 
                        监测3V电源（MCU工作电源），正常则亮；<BR>左、右侧H桥保护电路 —— 
                        使用组合逻辑电路，确保H桥的同侧驱动三极管不同时导通，造成短路。<BR>左、右侧电机正、反转指示 —— 
                        调试时可以不接电机，降低耗电，同时也方便在小车运动时监测电机输出状态；<BR>主控工作指示 —— 
                        这个LED是控制部分唯一的“人机界面”，可作为程序正常工作指示，以及调试时监测所期望知道的程序运行状态，是Debug的主要手段之一。<BR>主控UART 
                        —— 
                        控制MCU的UART接口，用于下载程序，与无线接口配合可以实现无线数据通讯，与USB转UART接口配合可以与PC机通讯；<BR>4路轨迹采样电路 
                        —— 带有背景光消除的反射式采样电路，其功能不一定局限于轨迹采样，后面再详细描述；<BR>码盘采样电路 —— 
                        左右两路码盘采样预处理，主要是提供了可调整回差的施密特输入处理，以避免采样器停留在码盘齿边沿时造成误信号。<BR>扩展插座 
                        —— 将MCU的28个引脚及5V电源引到扩展板上，为扩充提供方便，同时使替换控制MCU成为可能。</P>
                        <P align=center><A 
                        href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/robot_step_by_step/image013.jpg"><IMG 
                        height=252 
                        src="圆梦小车(寻迹小车 ) Step by Step 之一.files/image014.jpg" 
                        width=288 border=0></A></P>
                        <P align=center>(点击看大图)</P>
                        <P>主控电源插座 —— 提供控制部分的工作电源；<BR>电机电源插座 —— 
                        提供H桥驱动电源，这样设计一是为了降低干扰，二是为改变电机工作电压提供可能（注意：改变电机工作电压时要相应修改H桥驱动三极管基极电阻）；<BR>码盘输入插座 
                        —— 两路码盘采样器输入，注意焊接引线时与电原理图对应；<BR>电机输出插座 —— 
                        使用普通2针，主要是为了方便调整电机的转动方向。</P>
                        <H3><BR>控制部分 —— 扩展板：</H3>
                        <P align=center><IMG height=360 src="" width=480> </P>
                        <P>USB插口 —— 因为目前的笔记本电脑已基本无串口，所以使用USB与PC连接；<BR>USB工作指示 —— 
                        如果焊接正确，且在PC上安装了相应的驱动程序，则连接到PC机后，此LED应亮；<BR>USB转换芯片 —— 
                        这是一个USB转UART芯片，和PC机上的驱动程序配合，可以利用USB口形成一个虚拟的串口，既避免了没有串口的困惑，也回避了编写USB控制程序的困难。由于STC的MCU下载程序对串口时序有要求，不是每款USB转换芯片都可以使用。<BR>USB转UART接口 
                        —— 
                        TTL电平串口，可以和主控电路连接，实现PC机与小车的通讯，以及控制MCU程序下载。也可以和无线接口连接，构建一个PC机的无线收发接口，还可以对无线接口的MCU编程；<BR>无线接口控制MCU 
                        —— 
                        为了方便实现无线通讯，通过此MCU实现UART通讯向无线通讯的转换，使得控制MCU收发程序不需要任何改动即可实现无线通讯；<BR>无线接口工作指示 
                        —— 作为无线控制MCU的人机界面，方便监测其工作状态；<BR>无线转UART口 —— 
                        与控制部分的主控UART相连，可以实现小车无线通讯；与USB转UART相连，可以为PC机增加一个无线收发适配器；<BR>无线收发模块 
                        —— 433MHz的FSK无线收发模块，价廉物美，十分适合于这种学习性的应用。<BR>MEGA64/128 
                        转换部分 —— 
                        因为AVR已渐流行，低端的AVR芯片和所选用的控制MCU相差不大，无替换价值；但是MEGA64/128 
                        功能强许多，但其封装限制了学习者，所以此处提供了一个转换区域，便于学习者选用。（买一块单独得转换PCB价格也不菲）<BR>DIP40/窄DIP28MCU焊接区 
                        —— 因为PIC单片机也广为使用，其多为DIP40 封装，且DIP40 
                        封装的其它MCU也很多，所以设计了一个装换区，以方便选用。<BR>扩展接口 —— 
                        控制板上的MCU所有引脚都接至此，可方便的适用和测试；<BR>GP2D12预留接口 —— 
                        因为底盘上设计了GP2D12 的安装位置，所以此处也为其预留的插座位置，以方便使用。<BR>扩展焊盘区 —— 
                        余下的空间均布满焊盘，以提供发挥的空间。</P>
                        <P>以上所有术语会在后面的叙述中使用，如遇到且不清楚含义时可查看以确定其位置和功能，帮助理解所描述的内容。</P>
                        <H2>三、 小车的第一个程序</H2>
                        <P>前面介绍小车各部分功能时说过，只有主控工作指示是作为“人机界面”设计的，相当于PC机的显示器，而学过C语言的都知道，开始的第一个程序通常是显示：<BR>Hello 
                        World !</P>
                        <P>所以小车的第一个程序也想控制这唯一的“显示”。</P>
                        <P>要实现控制主控工作指示，先看一下硬件是如何连接的：</P>
                        <P align=center><IMG height=399 src="" width=480></P>
                        <P>从图中可以看出，主控工作指示由MCU的P3.4控制，低电平亮、高电平灭。根据这个首先编一个简单的程序以实现对它的控制。<BR>这里顺便探讨一个问题：是用C语言开始学习还是用汇编？<BR>我倾向于使用C语言，至少对学过计算机原理的大学生而言如此，因为单片机应用学习主要是掌握这种智能器件的使用特点和过程，而非关注其内部工作原理，使用C语言可以方便的转向任何一种单片机，而不会过多的被某种单片机所羁绊。<BR>汇编语言可以适当了解，在集成开发环境（IDE）下，多留意C语言编译后的汇编代码，看看是如何实现的即可。<BR>言归正传，首先，做一个最简单的程序，控制主控工作指示灯闪烁：</P>
                        <P>/*******************************************************/<BR>/* 
                        圆梦小车StepbyStep 程序之一 */<BR>/* —— 控制“主控工作指示” */<BR>/* 
                        20070609 by Dingqi 
                        */<BR>/*******************************************************/<BR>// 
                        注：以下文档的 TAB 为 2 
                        个字符！<BR>/*-----------------------------------------------------<BR>这段程序用最简单的方式控制&amp;quot;主控工作指示&amp;quot; 
                        ，<BR>目的是示意一下如何装载一段有效的 C 语言程序。</P>
                        <P>因为程序简单，故所有内容合并在一个文件中。<BR>-------------------------------------------------------*/</P>
                        <P>#include &amp;lt;STC12C5410AD.h&amp;gt; <BR>/* 
                        STC12C5410AD 的头文件,为MCU中各个硬件寄存器定个名称，以便C语言中使用*/</P>
                        <P>sbit Work_Display = P3^4; <BR>// 
                        根据硬件设计用与“主控工作指示”接近的名称取代硬件名称，使程序减少与硬件的相关性</P>
                        <P>#define LIGHT 0 <BR>// 
                        亮逻辑值，用直观的符号化常数替换与硬件密切相关的逻辑值，增加程序的可读性、可移植性。<BR>#define 
                        DARK 1 <BR>// 暗逻辑值</P>
                        <P>#define LIGHT_TIME 1000 // 
                        亮时间，使用符号化常数，便于修改，增加程序可读性<BR>#define DARK_TIME 1000 // 
                        暗时间</P>
                        <P>#define P3MODE0 0x10 // 00010000，P3.4 设置为开漏输出，其余均为标准 
                        51 口；<BR>#define P3MODE1 0x10 // 00010000，</P>
                        <P>/*********** 主程序 *****************/</P>