5 ?軟件設(shè)計

軟件設(shè)計需要把程序流程確定好，要明確先運(yùn)行哪一步再到哪一步，然后根據(jù)相關(guān)流程把程序敲寫出來。由于本課題對紅外遙控器與藍(lán)牙遙控器都使用了，并且二者的使用思想和代碼編程大同小異，但值得注意的是：使用紅外遙控器不能通過PWM調(diào)節(jié)電機(jī)速度，因?yàn)檎{(diào)節(jié)PWM值會影響紅外的信號接收，至此本設(shè)計主要以藍(lán)牙遙控器為主。紅外遙控器以及藍(lán)牙遙控器如圖（a）和圖（b）。

圖5（a）紅外遙控器編碼????????

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?圖5（b）藍(lán)牙遙控器按鍵編碼

5.1自由運(yùn)動模式設(shè)計

該模式下可通過遙控器控制小車各項(xiàng)運(yùn)動，通過控制小車左右二個進(jìn)步電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來控制小車的前后左右運(yùn)動。對此，先要確定電機(jī)驅(qū)動的真值表才能對小車的運(yùn)動精準(zhǔn)控制，小車電機(jī)驅(qū)動真值表如圖5.1.1所示，（1）根據(jù)其真值表，可以對小車的運(yùn)動進(jìn)行編寫代碼，當(dāng)引腳9和10為高電平，引腳8和9為低電平時，小車進(jìn)行前進(jìn)，其他運(yùn)動方式設(shè)定雷同。（2）把這些運(yùn)動方式封裝和并進(jìn)行藍(lán)牙遙控實(shí)驗(yàn)，當(dāng)按下字符’108’調(diào)用前進(jìn)模式，其他運(yùn)動雷同。

5.1.1電機(jī)驅(qū)動真值表

在該模式中，還有個難點(diǎn)在于對機(jī)械臂的控制，機(jī)械臂的控制主要難度有二點(diǎn)，一是該機(jī)械臂構(gòu)架材料用的時亞克力板，該板干脆易斷，使用螺絲扭進(jìn)機(jī)械臂里，螺絲扭太緊往往會讓機(jī)械臂轉(zhuǎn)動困難，螺絲扭太松又會時機(jī)械臂容易滑動，夾物體用不上力；二是對舵機(jī)的控制，控制舵機(jī)首先要明白舵機(jī)的PWM控制范圍。根據(jù)舵機(jī)的250份劃分原理可知道舵機(jī)的轉(zhuǎn)動可分為250份，并得到控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動的PWM響應(yīng)范圍0.5MS---2.5Ms，則可得出舵機(jī)PWM的寬度為2MS = 2000uS；

因此，可通過舵機(jī)轉(zhuǎn)動的PWM響應(yīng)頻寬和轉(zhuǎn)動的劃分計算出控制轉(zhuǎn)動一份舵機(jī)最少需要頻寬為： ??????????????????2000uS÷250=8uS；

所以，舵機(jī)的PWM的控制精度為8us；

所以，可以以8uS的遞增控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動與定位；

又因?yàn)椋鏅C(jī)可轉(zhuǎn)動角度為185度，那么可算出舵機(jī)轉(zhuǎn)動一份所占用的角度：

185度÷250=0.74度；

所以，舵機(jī)角度的控制精度為0.74度；

綜上所述，可得：時基寄存器內(nèi)的數(shù)值為250，舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度共185度，分為250份，把每份記作1DIV，得到1 DIV = 8uS ， 250DIV=2mS；

則：185÷250 = 0.74度 / DIV；

至此，可初步得到可通過PWM控制舵機(jī)函數(shù)： 0.5MS + N×DIV；

0.5MS ≤ 0.5Ms+N×DIV ≤ 2.5MS。

據(jù)上可得，舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度為0度到180度對應(yīng)的PWM為0.5MS到2.5MS，因而可以自行設(shè)計一個方波。

先設(shè)一個常量為X，先可以通過舵機(jī)轉(zhuǎn)動0度到180度的總脈寬2MS、總角度180度以及初始脈寬5MS算出常量X：2000uS=(180*X)+500uS；

得到X=11uS。

再根據(jù)常量算出對應(yīng)的角度所對應(yīng)的脈寬，設(shè)脈沖寬度函數(shù)為A，舵機(jī)角度函數(shù)為B，可得到計算脈沖寬度的公式A=（B*11uS）+500uS。

當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動到90度時對應(yīng)的PWM寬度為1490uS,也就是1.5MS，至此可以設(shè)計軟件復(fù)位。當(dāng)值得注意的是由于調(diào)節(jié)了小車驅(qū)動的PWM以及多個負(fù)載以及考慮到信號串?dāng)_問題存在，使得本課題所設(shè)計的PWM脈沖寬度與實(shí)際使用的PWM發(fā)生一些偏差。不過，經(jīng)過多次測試，舵機(jī)運(yùn)行正常。除此之外，也可以使用Servo函數(shù)庫直接控制，此方法比較簡單，做一下簡單描述。首先使用Servo函數(shù)庫時，舵機(jī)處于連續(xù)轉(zhuǎn)動，機(jī)械臂卡板時,舵機(jī)一定會抖動，因而容易損壞舵機(jī)。因?yàn)榇谕ㄐ藕蛃ervo函數(shù)庫都使用了定時器的原因，畢竟，庫函數(shù)時別人寫的，核心內(nèi)容并不容易弄懂，往往會出現(xiàn)一些莫名的問題。但使用自行設(shè)計PWM時，舵機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動抖動時，可以使用舵機(jī)非連續(xù)轉(zhuǎn)動的方法，本課題便使用了連續(xù)轉(zhuǎn)動加非連續(xù)轉(zhuǎn)動的方法。自由運(yùn)動模式程序流程圖如5.1.2所示。

圖5.1.2 自由運(yùn)動模式程序流程圖

5.2 尋跡模式設(shè)計

尋跡模式主要時通過車底的兩路尋跡傳感器完成，當(dāng)兩路紅外光線經(jīng)白色路面反射回來時，兩路紅外傳感器輸出高電平，小車調(diào)用停止模式；當(dāng)兩路紅外光線經(jīng)黑色路面吸收后，無反射的紅外光線，兩路紅外傳感器輸出高電平，小車調(diào)用停止模式；當(dāng)左邊的紅外光線經(jīng)白色路面反射回來紅外光線，右邊經(jīng)黑色路面，無反射紅外光線，則左邊尋跡傳感器輸出低電平，右邊尋跡傳感器輸出高電平，小車左轉(zhuǎn)；反之，小車右轉(zhuǎn)。尋跡程序流程圖如圖5.2.1 所示、小車智能尋跡實(shí)物如圖5.2.2所示。

圖5.2.1 尋跡程序流程圖

圖5.2.2 小車智能尋跡實(shí)物圖

5.3 避障模式設(shè)計

小車常遇到的障礙物類型如圖5.3.1所示，（a）整個環(huán)境中均沒有障礙物；（b）小車只有前方才有障礙物；（c1）小車的左邊和前方有障礙物；（c2）小車前方和右方有障礙物；（d）小車處在U型通道里。

圖5.3.1 障礙物4種避障類型

針對以上五種常見模式做出了如圖5.3.2避障程序流程圖，當(dāng)輸入尋跡模式時，開始測量前方距離，如果前方距離小于15cm，剎車，后退減速，左右測距，如果左邊距離小于15cm并且右邊距離也小于15cm，旋轉(zhuǎn)調(diào)頭，否則判斷左邊是否比右邊大，如果是左轉(zhuǎn)，剎車穩(wěn)定方向，否則右轉(zhuǎn)，剎車穩(wěn)定方向，而其他條件下一直直行。

如圖5.3.2 避障程序流程圖

5.4 跟隨模式設(shè)計

跟隨常見的方法有：（1）使用左右二邊各一個紅外傳感器，中間一個紅外測距傳感器組合的方法實(shí)現(xiàn)；（2）使用二個紅外傳感器裝在小車頭左右二邊，在其傳感器中間加上一個超聲波測距傳感器便可完成；（3）三個超聲波傳感器成排裝在小車頭部部分。第（1）種紅外測距傳感器成本較高，而且容易受光線影響大。經(jīng)過對比第（2）種整體性能適中，性價比高；第（3）種雖然精準(zhǔn)度高，但成本高，占用小車面積多，且笨重。本課題采用了第（2）種方法，當(dāng)左右傳感器輸出低電平時，小車超聲波傳感器測量前方距離大于9cm并且小于等于30cm，小車直行；當(dāng)左邊紅外傳感器輸出高電平時，左邊的紅外傳感器輸出低電平，小車左轉(zhuǎn)，反之，當(dāng)右邊紅外傳感器輸出高電平時，左邊紅外傳感器輸出低電平，小車右轉(zhuǎn)，其他情況小車直行；當(dāng)小車測量前方距離大于4cm并且小于等于9cm并且左右傳感器輸出低電平時，小車停車；當(dāng)小車測量前方距離大于0cm并且小于等于4cm并且左右傳感器輸出低電平時，小車后退，其他情況下，小車停車。跟隨程序流程圖如5.4.1所示。

5.4.1 跟隨程序流程圖

5.5測距顯示模式設(shè)計

本課題避障以及跟隨都使用了測量距量，而測量距量主要是根據(jù)聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，以及測量時間得到的。下面來分析一下測距距離如何計算。

首先，設(shè)測量時間為X秒，測量距離為Y米。

因?yàn)椋瑴y量時間為超聲波反射進(jìn)障礙物反射回來接收到的時間，測量距離為超聲波傳感器到障礙物的距離；

所以，測量距離=(測量時間×聲波速度)/2；

所以，Y米=（X秒×340）/2；

所以，X秒=（2Y米）/(340）；

得到， X秒=0.0058*Y米；

整理得到，厘米=微秒/58；

由此，測量距離（厘米）=測量時間（微秒）/58。

測量時間可以先給超聲波反射端2μs低電平，再給10μs高電平，然后持續(xù)給低電平，最后接收端所讀取高電平時間便是測量時間。編程好了測量距離便可以直接通過串口發(fā)送到藍(lán)牙遙控器。測距程序顯示流程圖如圖5.5.1所示。

5.5.1測距程序顯示流程圖

5.6軟件總流程設(shè)計

經(jīng)過測試，本課題可以在同一波特率下使用紅外遙控與藍(lán)牙遙控，在使用紅外遙控器中發(fā)現(xiàn)紅外遙控的誤碼率明顯比藍(lán)牙的高，查從多資料發(fā)現(xiàn)有可能是使用PWM調(diào)速時影響到紅外遙控的接收了，也有可能是本身的抗干擾能力比較弱的問題，但其傳輸速度快，價格便宜；藍(lán)牙遙控傳輸則會有一點(diǎn)點(diǎn)延遲，不過相對穩(wěn)定而360度傳輸，傳播距離更長，所以本課題以藍(lán)牙遙控為主。關(guān)于藍(lán)牙遙控的總流程如圖5.6.1所示。

5.6.1智能小車總流程圖

5.7本章小結(jié)

本章主要講述軟件設(shè)計，通過一個個模式的程序設(shè)計思想深層解析；分析舵機(jī)控制角度的計算以及超聲波傳感器測量距離的計算；最終根據(jù)一個個模式設(shè)計了智能小車軟件總流程，還通過實(shí)驗(yàn)對比說明了紅外遙控器與藍(lán)牙遙控器的優(yōu)缺點(diǎn)。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-784679.html

到了這里，關(guān)于智能尋跡避障清障機(jī)器人設(shè)計（第五章）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！