基于火焰传感器组的简易机器人设计说明.

温州中学自主足球机器人系统 1 基于火焰传感器组的简易机器人设计说明

一、文档概要 1. 本文档是对温州中学自主足球机器人系统攻防机器人硬件架构简易原型的说明。 2. 该原型基于火焰传感器组的原型构建。 3. 该原型可独立工作、可外接传感器、可代替机器人厂商提供的控制板。 4. 该原型具备可扩展性，通过软件及外围硬件的扩充，可适应更多功能的需要。 5. 本文档最后修订于2010年3月25日。 6. 基于火焰传感器组的简易机器人可代替机器人厂商提供的硬件。 二、设计说明 1. 本原型通过光敏接收管，接收来自各个方向的热光源光强度，来定位发光球体。 2. 本原型通过PWM输出控制电机运转。 3. 本原型通过用户编写应用程序，实现机器人的智能动作。 4. 本原型由单片机、模拟复用器、光敏接收管以及周边器件组成。 a) 单片机：Atmel公司的ATmega32单片机，外部8MHz晶振。 b) 模拟复用器：8选1开关，STMicroelectronics（意法半导体）公司的HCF4051芯片或其余兼容的通用芯片。 c) 光敏接收管：工作波长包含700-840nm的光敏接收管。 d) 接口：SPI接口、TWI接口、JTAG接口。 5. 火焰传感器组连接说明 a) 采用控制板与传感器分离的设计。每个传感器上安装一个模拟开关以及8个红外接收管。 b) 传感器板的组成：8选1模拟开关、8个红外接收管、滤波电容、电阻、接口插针。电容、电阻均用0805封装的贴片元件。 c) 传感器板的接口：引出5/6线接口。5线接口为：电源、地以及三条地址选择线。6线接口比5线接口多出个输出口。传感器应用时，可以两两间通过5针接口相连接。每个传感器通过1线与控制板相连接。 d) 控制板的组成：单片机、晶振电路、复位电路、ADC稳定电路、I2C接口上拉电阻。电容、电阻均使用贴片元件。 6. 周边器件连接说明 a) 周边器件还包括：供电电源板、电机驱动器、电机、电池等。 b) 周边器件通过火焰传感器组控制板预留的接口连接：预留的SPI接口用于连接驱动板，预留的TWI接口配置为主模式来连接其余TWI器件。预留的扩展9线通用IO接口用于连接以调试为目的的无线遥控以及超声波传感器等需要数字IO口的器件。 三、设计文档 1. 参考的电路连接方法。 2. 参考的驱动程序代码。 四、测试说明 1. 使用JTAG仿真器检查控制板是否工作正常、是否能正确返回模数转换器的结果。 2. 使用示波器观察PWM输出波形是否正常。 3. 使用串口调试工具观察运行时返回值。 温州中学自主足球机器人系统 2 五、复审结论 1. 经测试，火焰传感器组各功能正常。 2. 经测试，电机驱动功能正常。 3. 经测试，通用IO口工作正常，TWI接口工作正常。可用于以后的扩展。 4. 其余结论见火焰传感器组设计说明。 六、使用说明 1. 接线方法 a) 以不干胶标签的2为上方、4为下方观察控制板。 b) 左上角标注着SPI字样的4针接口用于连接电机驱动板。根据我们选择的型号，SPI处从上往下数，分别为ALPWM、ARPWM、BLPWM、BRPWM。 c) 左侧DC处为稳压后的电源入口，上正下负。 d) 左下角标注着SPI字样的9针接口为通用IO口。第一针用于以调试为目的的无线遥控。连接至无线遥控模块的接收有效脚。其余可作以后的扩展需要。 e) 左上角标注着FBUS字样的5针接口用于连接火焰传感器组传感器板。从右到左分别为V/G/A/B/C。 f) 右上角标注着ADCIN1字样的8针接口为模拟输入口。前4针接火焰传感器组传感器板的信号线。按1、2、3、4的顺序接4个方向的4片火焰传感器组传感器板。 g) VCC、GND接电源即可。 2. 其余请参考火焰传感器组设计说明的使用说明。 3. 驱动程序说明： a) 考虑到ATmega32芯片没有足够的定时器资源来输出PWM波形，采用中断匹配模拟PWM的方法产生波形。8位定时器0用于A组（左侧）、8位定时器2用于B组（右侧），匹配时置高电平、溢出时清零。 b) 运行initDriver()初始化驱动器。 c) 运行initADC()初始化模数转换器和复眼总线。 d) 运行initRF()初始化用于调试的无线遥控。 e) motorL、motorR为电机驱动调速函数。motorL(FORWARD, 255)表示将左侧电机向前

全速运转、motorL(REVERSE, 100)向后以100/255的有效时间运转。若速度为0即为刹车。 f) testRF用于检测调试的无线遥控是否被按下。非0值表示被按下。 g) setAddr表示选择火焰传感器组传感器板的某个端口。 h) adcChar返回模数转换器的值，范围0~255。 i) adcInt返回模数转换器的值，范围0~1023。 七、参考驱动程序代码

头文件 #pragma once #include #include #include #include

#define FORWARD 0 #define REVERSE 1 #define MAXSPD 0xFA 温州中学自主足球机器人系统 3 void motorL(uint8_t drct, uint8_t spd); void motorR(uint8_t drct, uint8_t spd); void initDriver();

uint8 testRF(); void initRF();

void setAddr(uint8_t addr); uint8_t adcChar(uint8_t channel); int adcInt(uint8_t channel); void initADC();

程序文件 #include "driver.h"

uint8_t pwmOutA, pwmOutB; ISR(TIMER1_COMPA_vect) { PORTB |= pwmOutA; }

ISR(TIMER1_COMPB_vect) { PORTB |= pwmOutB; }

ISR(TIMER1_OVF_vect) { if (OCR1A == 0x0000) { PORTB |= pwmOutA; } else { PORTB &= ~pwmOutA; } if (OCR1B == 0x0000) { PORTB |= pwmOutB; } else { PORTB &= ~pwmOutB; } }

void motorL(uint8_t drct, uint16_t spd) { if (spd > MAXSPD) spd = MAXSPD; OCR1A = spd; if (drct == FORWARD) { pwmOutA = 1 << 5; PORTB |= 1 << 4; } else { pwmOutA = 1 << 4; PORTB |= 1 << 5; } }

void motorR(uint8_t drct, uint16_t spd) { if (spd > MAXSPD) spd = MAXSPD; 温州中学自主足球机器人系统 4 OCR1B = spd; if (drct == FORWARD) { pwmOutB = 1 << 7; PORTB |= 1 << 6; } else { pwmOutB = 1 << 6; PORTB |= 1 << 7; } }

void initDriver() { PORTB |= 0xF0; DDRB |= 0xF0; TCCR1A = 0x00; TCCR1B = 0x01; TIMSK = 0x1C; motorL(FORWARD, 0); motorR(FORWARD, 0); sei(); }

uint8_t testRF() { return PINB & (1 << 3); }

void initRF() { DDRB &= ~(1 << 3); PORTB &= ~(1 << 3); //internal pullup disabled }

const uint8_t seq[8] = {5,7,6,4,2,1,0,3}; void setAddr(uint8_t addr) // addr in [1, 8] { addr -= 1; PORTB |= seq[addr]; _delay_us(20); }

uint8_t adcChar(uint8_t channel) { uint8_t rtn; ADMUX = 0x40 | (1 << ADLAR) | (channel & 0x07); ADCSRA |= 1 << ADSC; while ((1 << ADSC) & ADCSRA); rtn = ADCH; return rtn; }

int adcInt(uint8_t channel) { int rtn = 0; ADMUX = 0x40 | (channel & 0x07); ADCSRA |= 1 << ADSC; while ((1 << ADSC) & ADCSRA);