实习（实训）报告
实习（实训）名称： 计算机控制综合实践
学 院： 电气工程学院
专 业、 班 级： 自动化081
指 导 教 师：
报 告 人：
学 号： 20082102217
时 间： 2012年1月4日
大学学生实习（实训）情况登记表
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学 号 学 院 电气工程学院 姓 名 性别 女 专业、班 级 学分 自动化081 2 实习（实训）名称 计算机控制综合实践 实习（实训）单位 实习（实训）时间 指 导 教师 鉴 定 意见 2012年1月4日 指导教师签字： 年 月 日 实 习 单 位鉴 定 负责人签字： 意见 （单位签章） 年 月 日 实习总评成绩： 学院审核意见 负责人签字： （学院盖章） 年 月 日 2
实习主要内容： 1 安装并学会使用MCGS组态软件，并掌握各功能模块的使用。 2 通过制作样例中的大水箱液位控制系统来熟练掌握MCGS的运用。 3 自己动手构建一个三水箱物料混合的液位控制系统。 4 硬件连接，连接研华模块和继电器，调试工程使其按预期目标运行。 主要收获体会与存在的问题： 通过本次实验及工程系统的设计，是我对MCGS组态软件的认识从理论知识转化为具体的实践过程，对各功能模块能够更熟练的运用，把抽象的知识具体化、实物化。在实验中，我能重分运用所学知识构建系统模型，并注意与同学间的交流。实验很大程度上提高了我的动手实际操作能力、团队合作能力以及编程能力，同时，锻炼了我思考的能力。 在实验中我也曾遇到一些问题，如编程方法不灵活，对有些模块的性能不是彻底的了解，或者属性设置时不全面以及接线不熟练等问题，但经过不断地练习操作后这些情况都有了很大的改善，最终在指导老师的帮助下顺利的完成了实验。通过这次实习对MCGS有了初步的认识和掌握，觉得MCGS是一种有效的仿真软件。MCGS工控组态软件的功能和特点可归纳如下：概念简单，易于理解和使用，功能齐全，便于方案设计，实时性与并行处理，建立实时数据库，便于用户分步组态等功能。在这次实习中我受益颇丰。 指导教师意见： 指导教师签字： 年 月 日 备注：
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智能小车综合避障系统的设计
1 引言
智能小车 ,即轮式机器人 ,是移动机器人的一种 ,是一个集环境感知、 动态决策与规划、 行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。随着计算机科学的发展 ,可以通过单片机控制来实现对其行驶方向、 启动、 停止以及速度的控制 ,无需人工干预,操作人员可以通过修改智能小车的控制程序来改变它的行驶方式。移动机器人的避障运动一直是一个重要课题 ,实现避障的方法主要有超声避障、 视觉避障、 红外传感器、 激光避障、 接近觉传感器、 微波雷达等。单一的避障系统虽然实现方便、 计算简单，但却无法满足智能小车对精确避障的要求，所以在测量精度方面不能能达到实用的要求 。然而采用多种避障方式的组合避障系统，能够取长避短，满足智能小车对精度和系统实时性。
在本设计系统中，智能小车的避障方式有超声波避障和激光辅助避障，以下就该综合避障系统的分析设计做详细说明。
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2 超声波避障
2.1 超声波测距系统组成及工作原理
本系统由 S12XS128单片机作为控制系统核心 ,
五路超声波传感器分别测量小车左方、 左前方、 前方、 右前方、右方障碍物的距离 ,并根据所测数据采取相应的避障措施。超声波传感器位置如图 1所示。 超声传感器的工作原理如下[ 7 ]: 当 40KHz的脉冲电信号输入后 ,由压电陶瓷激励器和谐振片转换成机械振动 , 经锥形辐射器将超声振动
信号向外发射出去。发射出的超声波向空中四面八方直线传播 ,遇到障碍物后它可以发生反射。接收器在收到由发射器传来的超声波后 ,使内部的谐振片谐振 ,通过声电转换作用将声能转换为电脉冲信号 ,然后输入信号放大器 ,最后驱动执行器使电路动作。本文采用的是渡越时间法 ,就是通过检测发射的超声波与其遇到障碍物后产生回波之间的时间差 Δt,求出障碍物的距离 d。计算公式为 d = c*Δt /2,其中 c = 331.4*
1T/273图1 超声波传感器位置设
1 2 小车 车身 3 4 5 为超声波波速 , T为环境摄氏温度。在使用
时 ,如果温度变化不大 ,则可认为声速是基本不变的;但如果测距精度要求很高 ,则应通过温度补偿的方法加以校正。
本设计采用的是 TCT40 - 10R /T接收分体式压电陶瓷超声传感器
,系统框图如图 2所示。
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超 声波 发生 器 循环发射电路 接收端 单片机 脉冲调制 接收处理电路 循环接收电路 发射端 图2 超声波测距系统框图
超声波发生器产生 40kHz的方波 ,经脉冲调后驱动发射端的超声波传感器 ,发出同频率的正弦波。在每个调制脉冲到来时 ,换能器发出 8 - 12个周期的超声波 ,同时启动单片机的计数器定时。超声波被测量目标反射后由接收端的传感器转换为电信号 ,经处理电路后产生中断 ,同时单片机停止计数 ,然后由计数差计算障碍物的距离。
2.2 系统软件设计
本系统采用 S12XS128作为主控芯片 ,其内部有 128K的数 据存储器和 8K的程序存储器 ,并有 T0、 T1、 T2共 3个定时器可供使用。程序流程图如图 3所示。NE555产生的 40K方波经过P1 . 0信号调制后 ,通过 CD4051选择通道 ,然后驱动传感器发出超声波。超声波遇到障碍物反射后 ,传到超声波接收端 ,这个信号经过红外处理芯片后送到单片机。当 CX20106捕捉到 40 kHz的超声波后其输出引脚由高电平变为低电平 ,这个引脚上的负跳变可作中断来引起单片机中断。在中断服务程序中 ,定时器停止计数 ,定时器定时时间即为超声波从发射到接收的时间差 ,再根据 S = v3 t /2就可以算出来测量的距离。最后单片机再根据五路传感器所测障碍物的距离采取相
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应的避障措施。
2.3误差分析及补偿
初始化 测距系统一般由超
驱动电路机 声波发送、 接收、 时间计测、 微机控制和计算距离五个部分组成。提高测量精度常用的措施有提高计时精度、 减少时间量化误差和补偿温度对传播声速的影响。由于
否 收到回波信号 否 是 计算障碍物距离 利用定时器中断每800ms发送一个触本系统对精度要求不高 ,
障碍物距离小于20cm 是 驱动电机转向 可采用单片机定时并认为超声波速度恒定。
图3：程序流程图
3激光红外探测辅助避障
3.1 激光避障辅助系统原理及组成
超声波检测的是一个锥面，方向性差，无法根据接收到的反射光确定障碍物的高度及具体方位；激光具有良好的方向性和光照强度，检测距离远可以达到0.5m，受外界环境影响相对较小，但检测角度也较小。
综合各种传感器的优劣及我们的设计需求，我们设计在机器人的正前方纵向安装了两个可旋转的激光发射接收头和一个可旋转的红
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外发射接收一体管，红外对管在最下面，由舵机控制其旋转角度，负责探测前方180°范围内障碍物的精确位置和高低情况；
激光管发射接收电路如图4所示，红外对管电路如图5所示，当
图4 激光管发射接收电路图
图5： 红外对管电路图
检测到障碍物时为低电平，其真值表如表1所示。
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表1 传感器信号真值表
信号电平
111（无障碍物或只有很矮障碍物） 110(有超过驱动轮半径高度的小障碍物)
101(有较高障碍物、距离较远) 100（有较高障碍物、距离较近） 001或000(有无法逾越的高障碍物)
其它（检测异常）
车体动作 前进 大角度摆臂越障 先前进再摆臂 小角度摆臂越障 转向绕行 默认前进
为了适应复杂的地理环境，有效保护车体，系统进行了防跌落设计：在机器人车体前端的底部装有红外传感器，当接收不到反射信号时，证明前方为不可逾越的鸿沟，机器人会自动改变运动方向。
激光避障是对超声波避障基础上的进一步精确定位，保证小车检测到障碍并精确的避开障碍物。首先，在超声波确定有障碍物的时候，同时确定了其大概位置，再通过小车的主控芯片向执行机构（舵机）发送命令，使激光传感器转向，射向障碍物区域，在反复的扫描过程中，接收反射信号，经由系统分析，得出障碍物的准确位置，以指引小车正确的转向，避开障碍物。
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4结束语
随着机器人技术的发展, 自主移动机器人以其活性和智能性等特点, 在人们的生产、生活中的应用来越广泛。自主移动机器人通过各种传感器系统感知外界环境和自身状态, 在复杂的已知或者未知环境中自主移动并完成相应的任务。而在多种探测手段中, 超声波传感器系统由于具有成本低, 安装方便, 易受电磁、光线、被测对象颜色、烟雾等影响, 时间信息直观等特点, 对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力, 因此在移动机器人领域有着广泛的应用。
针对一种基于光电寻迹、超声波和光电接近开关的避障小车，通过对整体方案、电路、算法、调试、车辆参数的介绍，详尽地阐述移动机器人通过传感器系统感知外界环境和自身状态, 在复杂的环境中自主移动并完成相应的任务。超声波传感器以其独有的特征而被青睐。本文利用两个超声波传感器对障碍物进行定位, 从而使机器人顺利到达结构化环境中的目标。
该智能小车系统涉及计算机控制技术、路径识别、传感技术、电子设计、程序设计、机械设计等多个学科，磨练我们的知识融合和实践动手能力的培养。
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