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MCS-51單片機在智能機器人中的應用

2019-05-25 閱讀(493)

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1. MCS-51單片機概述


所謂單片機就是指由一塊超大規模集成電路芯片構成的微機。也就是說,將微處理器系統的各種CPU外的資源。單片機應用系統是以單片機為核心,配以輸入、輸出、顯示、控制等外圍電路和軟件,能實現一種或多種功能的實用系統。單片機也具有自身的特點,如單片化,體積大大減小,降低了成本和功耗,并且也提高了可靠性。單片機片上外設資源豐富,比較適合控制。


MCS-51單片機是Intel公司生產的一個單片機系列名稱。MCS-51單片機屬于單片機,因此它具有單片機所具有的特點。MCS-51單片機的基本組成主要包括中央處理器CPU、內部RAM、內部ROM、定時/計數器、并行I/O口、串行口、中斷控制系統、時鐘電路。MCS-51單片機的分類如表1所示。


2. MCS-51單片機在智能機器人中的應用


機器人已經在很多領域中展現出其強大的搬運功能。隨著社會所需的功能越來越強大,致使機器人朝著智能化方面發展。本文對MCS-51單片機在智能機器人中的應用主要是對智能機器人行走系統進行設計。


2.1智能機器人行走系統的總體設計方案


智能機器人行走系統主要組成部分如圖1所示。




2.1.1行走系統控制電路


行走系統控制電路組成部分如圖2所示。(1)紅外線光感電路傳感器通過發光二極管發出紅外線,若有障礙物在前方,紅外線會被反射回來,被感光三極管接收, 單片機程序對信號進行比較處理,按設定的動作要求向后輪的兩個電機發出控制命令, 控制小車行進。(2)電機驅動電路采用89S51 單片機, 通過L293D芯片來控制兩個驅動電機動作。89S51 根據紅外傳感器對外界進行探測后反饋回來的信號, 依據迷宮車探路算法, 判定迷宮車行進方向, 分別向左右兩個驅動電機發出控制指令, 該信號經L293D 芯片驅動后, 直接控制相應電機動作, 使迷宮車按既定動作進行前進、后退、轉向。


2.1.2行走系統控制程序


行走系統控制程序算法主要有四種。(1)靠左算法??孔笏惴ň褪且恢笨孔笮凶?。當然這種算法也有可能使行走路線循環下去,最終導致死循環,永遠都找不到出口。(2)靠前算法??壳八惴ň褪钦f一直按照前方的路行走,如果前方沒有路,那么就左轉,左邊沒有路,才選擇右轉。(3)洪水算法。洪水算法即使用256 B 額外內存, 會大幅提高性能。該算法比一般迷宮算法的有效率高20~ 50 倍。同時可以在內存中建立一個區域, 與實際中的迷宮格數一一對應。在實際使用時算法并不太復雜。該額外內存區域稱為“ 浪頭”, 它將體現在內存區域的實際狀況中如圖3所示。當迷宮被淹沒的時候, 一個波浪的前頭從目標格向智能科技論文發表外擴展。在內存區域中這種單元格是惟一需要處理的,當浪頭到達開始的單元格子, 機器人已經被淹沒。通常來說, 開始的單元格可以是任何一個格子。但是為了方便起見, 把開始點設在迷宮的第一個單元格, 終點任意。反過來也可以把出口放在第一個單元格, 把開始點設在中間或希望的位置。一旦到達了起點即搜索完成, 最短的路徑可以使機器老鼠移動到周圍的格子中數值比較小的那個格子去, 依次類推機器老鼠就能走到終點。按照洪水算法行走時,必須要把所有的路都要走一遍,雖然比較浪費時間,但是它可應用于任何迷宮。只要走完第一遍就能夠一次性走出正確路線,并且此路線為最佳路線。(4)鋪路算法。為了與實際中的迷宮格數一一對應,可以在內存中建立一個區域,記憶所有已經走過的路,因為有了記憶功能,因此就可以走第2遍。鋪路算法可以走復雜的迷宮,并且肯定會走出去的。這種算法的使用能夠確保第二次順利走出,但是此條線路是否最短是無法確保的。以上這四種算法各有其優缺點,本文采用靠前算法。


2.2行走系統運行


(1)小車的外殼及輪子是純手工安裝的, 精度不是很高, 小車在行駛過程中不能一直走直線, 很容易發生擦墻事故影響小車走迷宮。若是手工制作時所引起的,可通過給行駛時較落后的輪子上繞一些膠帶來增加輪子的周長來解決。也可通過在電路中加入A/ D 轉換器, 對程序進行相對的改進, 不斷的測小車與周圍墻壁的距離, 保持小車與周圍墻壁保持一定距離來解決。


(2)采用ST 188 型紅外線傳感器, 易受外界干擾不能準確地檢測墻壁信號, 尤其是在強光下無法正常運行, 對某些材料反射的光無法接收, 易受陽光干擾, 導致小車不能無誤地走出迷宮。引起干擾的原因是陽光所發出的紅外線與紅外傳感器所發出的紅外線是一樣的,都是連續的, 無法區別, 所以易受周圍光線的干擾。對于該問題的解決辦法是利用無線遙控基本原理使紅外傳感器所發出的紅外是一種有固定頻率有別于周圍紅外的信號。


(3)很難控制行車速度。小車在轉90°和180°時,通常都是轉過這個角度,導致小車不能直線走出迷宮。因此,可以通過接入調壓電路的方式來解決此問題,在小車轉彎時間一定的情況下,車輪速度主要通過馬達上電壓的調節來進行,多次實踐最終達到預定的標準。另外,也可以通過改變程序中的小車轉角時間來進行。實踐證明,這兩種方法雖然都能夠控制行車速度,但是在單獨使用的過程中是很難達到預定目標的。因此,為了達到很好控制行車速度,可將這兩種方法結合起來使用。


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