科技创新【3】实验报告
科技创新【3】实验报告
项目名称:计算机控制小车走迷宫
组号:M20
日期:20xx年7月6日
科技创新【3】实验报告
目录 一、团队信息?????????????????????????????? 2
二、整体介绍?????????????????????????????? 3 三、硬件部分?????????????????????????????? 4 四、软件部分?????????????????????????????? 7
五、实验总结?????????????????????????????? 10
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一、 团队信息
1、组员信息
组长:肖蒙 5060309750
组员:费威 5060309570
饶伟 5060309752
刘鑫 5060309693
申彤 5060309721
联系方式:136xxxxxxxx xiaomeng168@
2、分工情况 肖蒙:负责处理图像,将图像数据转换为二维数组;通过
比较和运算提取颜色;撰写实验报告。 费威:负责用C++实现迷宫算法,提取路径,生成最佳路
径;撰写实验报告。 饶伟:负责串口通信,小车控制模块编程;撰写实验报告。 刘鑫:负责用C++实现迷宫算法,调试,拍照片、视频;
撰写实验报告。 申彤:负责小车硬件焊接,处理图像,将图像数据转换为
二维数组;撰写实验报告。
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二、 整体介绍
实验整体介绍
实验方案设计
实验方案:
1. 由摄像头(USB接口)实时捕捉迷宫内小车的位置和迷宫地形,通
过USB线缆传送至电脑里编写的上位机软件,软件通过图像识别找出当前小车的位置信息及迷宫的信息,经过计算,作出控制决策,生成控制信号,并经通讯模块发送至小车。
2. 小车上的控制电路对控制信号作出相应反应,驱动电机。
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三、硬件部分
1、实验室室提供器材简介:
小车分为三个部分,底板部份、车体部份和89S52部份。底板部
分责向小车车体部份的电机提供8V电压,向89S52提供5V工作电压
以及转换各种信号。车体部份主要为上层芯片和整体提供支撑,它的
电机为小车提供动力前进。89S52部份负责识别收到的信号,并将其
转换成电机的控制信号。
无线模块分为收发两部分,发送部分与串口连接,接受串行通讯
标准的TTL高低电平,将其调制后作为无线信号发送出去。接受部份
将发出的无线信号转化成标准 串行通讯信号发送给小车。无线接收
模块的Vcc与89S52上层版的Vcc连接,GND接电路板的任一接地端。
信号输出端与89S52上层版的RxD连 接,由于底板三极管通常是坏
的,可将上层板RxD与底板分开。
USB转RS232线将增加电脑一个COM口,对于电脑与小车进行串
行通信来说该线是透明的。其USB端接电脑,TxD接无线发送模块的
数据端,Vcc与发送模块Vcc相连,GND与发送模块GND连接。
2、芯片介绍:
AT89S52:
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在
系统可编程Flash 存储器。AT89S52使用Atmel公司高密度非易失性
存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash
允许程序存储器在系统 可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,
AT89S52拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52
为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能:
与MCS51兼容;
8K支持在线编程(ISP)的FLASH结构程序存储器,1000次擦写
寿命;
工作电压为4.0V~5.5V;
全静态工作:0~24MHz;
3级程序安全加密保护;
256*8位内部RAM;
32个可编程I/O端口;
3个16位定时器/计数器;
8个中断源;
一个全双工异步串口;
支持低功耗及掉电模式;
支持中断从掉电模式唤醒;
内置看门狗;
双数据指针;
工业级产品,温度范围(-40°C到85°C),PU为无铅环保产品。
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另外,AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节
电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串
口中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,
单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
其PDIP图如下:
AT89S52芯片的PDIP图
L298N:
L298N是SGS公司的产品,内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二
相和四相电机的专用驱动器,即内含二个H桥的高电压大电流双全桥
式驱动器,接收标准TTL逻辑电平信号,可驱动46V、2A以下的电机。
其引脚排列如图1中U4所示,1脚和 15脚可单独引出连接电流采样电
阻器,形成电流传感信号。
L298可驱动2个电机,OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电
动机。5、7、10、12脚接输入控制电平,控制电机的正反转,ENA,
ENB接控制使能端,控制电机的停转。1298的逻辑功能如表1所列。
表1 1298N的逻辑功能
ENA(B)
H
H
H
L
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INl(IN3) IN2(IN4) 电机运行情况 H L 正转 L H 反转 同IN2(IN4) 同INl(IN3) 快速停止 X X 停止
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L298N管脚图如下:
Intel8253输出二组PWM波,每一组PWM波用来控制一个电机的
速 度.另外二个I/O口可以控制电机的正反转.控制方法与控制
电路都比较简单。即P10、P11控制第一个电机的方向,输入的:PWMl
控制第一个电机的速 度;P12、P13控制第二个电机的方向,输入
的PWM2控制第二个电机的速度。
由于电机在正常工作时对电源的干扰很大,只用一组电源时会
影响单片机的正常工作。所以选用 双电源供电。一组5V电源给单
片机和控制电路供电,另外一组5V、9V电源给L298N的+VSS、+VS
供电。在控制部分和电机驱动部分之间用光耦隔开,以免影响控制
部分电源的品质。
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四、 软件部分
工具:VC++、Labview
主要流程:
1、摄像头获取原始图像
2、用Labview的“参数.vi”对图像进行提取像素处理得到当时
环境下提取各种颜色最好的参数,并检测摄像头生成矩阵的大
3、更改visualc++的cin.dsp中提取颜色的参数和处理矩阵的参
数,并生成cin .lsb文件
4、将cin.lsb文件导入Labview的“迷宫.vi”
5、Labview的“迷宫.vi”将图像处理成二维数组,传输到cin模
块,通过里面的迷宫算法,处理得到小车最近运行的五条指令
6、重复运行过程五,直到小车走到迷宫的目的地
1、摄像头获取原始图像
虽然理论上可以可以使用任意型号的摄像头,但是考虑到摄像头的运行数度、视角、色彩等方面的性质,一般采用色彩分辨能力高一点的,而且不能太昏暗。
迷宫可能有很多反光的地方,如果摄像头不是太好,要尽量避免在这种情况下工作,不然会耗费很多时间。
迷宫是红色的,与之对应,分别用蓝色和绿色标识小车和迷宫出口。
2、用Labview的“参数.vi”对图像进行提取像素处理得到
当时环境下提取各种颜色最好的参数,并检测摄像头生成矩阵的大小
对图像生成的二维数组每一个单元进行分色处理,各个颜色的参数与四个参考值进行比较,满足某一种参数条件的认为是红色,满足某一总参数条件的认为是蓝色,满足另一总参数条件的认为是绿色。
出于对对实际情况的考虑,我们需要把红色数组加宽,可以用数组卷积来完成。处理完成之后非红色的通道就变得很窄。
调试各个参数,找到最合适的参数组合来实现需要的提取效果。
通过前面板中显示的大小,可以看出摄像头处理后生成的二维数组的大小。
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图一:参数.vi的程序框图
图二:参数.vi的前面板
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3、更改visualc++的cin.dsp中提取颜色的参数和处理矩阵的参数,并生成cin .lsb文件
图三:数组大小参数
通过修改上面程序中的代码,就可以让程序适合于各种摄像头。 接收数组后,先用提取颜色的参数对它们进行二值化,除了起点是200、终点是-200外。然后调用自己编写的卷积函数,创建一个新的数组,将红色区域拓宽,以免小车撞墙。(附件中没有C++的卷积函数) 得到新的数组后对数组进行缩小,对16*16的小方块进行求和,满足一定的条件时分别界定为红色,蓝色和绿色。
搜索数组,找到起点和终点。然后调用迷宫算法得到路径。
迷宫算法是采用清华大学数据结构课本上的迷宫算法,1代表不能走的地方,0代表通路。用探测法可以找到一条路径(如果存在的话)。 但路径有的时候会出现来回走,这在迷宫中是不可能实现的。所以我又加了一段程序,对路径进行改造,重起点开始,探测有没有来回的情况,如果有的话就从那一点走捷径,并将原来的路径删掉。将已探测的点做标记,就不会导致重复探测。
得到路径后在算出小车下五步的动作。分时输出。
4、将cin.lsb文件导入Labview的“迷宫.vi”
5、Labview的“迷宫.vi”将图像处理成二维数组,传输到cin
模块,通过内面的迷宫算法,处理得到小车最近运行的五条指令。通过输出模块将指令发给小车。重复运行此过程,直到小车走到迷宫的目的地
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五、实验总结
1、调试总结
1、关于selftest没有反应
1)检查U1 U2输出电压是否正确。
2)将+5直接接到电动机上,看转不?
3)检查R4,DOT端必须接VCC(相当于上拉电阻)
4)不幸还不行,估是那个芯片坏了,找助教吧。
2、关于 RXD通讯
直接将TXD(白色)接到RXD上是不行的(看原理图),因为RNN为Float时候相当于RXD接地。
方案有2种:
1)去掉电阻R3, R5(测试过),然后接TXD到RXD,当然,这样估计就不能升级为无线模式了。
2)如果2个3极管都是好的,可以将TXD接到Wireless的第4个(从左向右),然后GND(黑色)接在第2个上,+5悬空(注意不能接第一个,因为他是3.3v的)GND的请不要和+5(红色)接触,不然可能会烧掉usb端口。
之后就可以用UartAssist.exe之类的调试工具调试了。
建议先写一个收到一个信号,变1次灯的程序。
3、关于RXD失败的调试方法
1)确保程序是正确。可以用+5触碰rxd,这样应该变灯
2)对接TXD、RXD(蓝色和白色),随便发送点数据,看电脑上能否收到?
3)检查波特率等参数。
4)RXD如果失败,首先检查NPN是否故障,然后上电,如果RXD和GND通,则Q0坏了,否则,很可能是Q1坏了。
5)把核心板取下,接上VCC GND,单独调试,如果成功,则问题出在下面,否则问题出在上面。(我们就是通过这样发现下面板子的问题的)
6)如果还有其他疑难杂症,请检查引脚上下是否通。
4、关于实际运行时的调试
1)根据当时光线等具体条件,调整参数,使程序能够提取出比较合
适的颜色效果。
2)根据图像处理和指令生成的具体结果,调整提取路径模块矩阵卷
积时所选矩阵的维数,使其既不太低以致不能消除噪声点或使程序运行比较慢,又不太高以致不能生成正确的指令。
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3)根据小车运行情况调整速度参数,使小车能够完美的走出迷宫。
2、个人总结
肖蒙:
出于极大的好奇心理,我们选择了这个题目,但是当我们真正开始
要做的时候,却发现无 从下手。通过仔细阅读课件,查阅相关资料,请教张老师和同学,我们渐渐理清了思路,大家开始分工行动。在此次科创活动中,我担任了小组长并负责图像采集和 处理部分。通过此次科创活动,我锻炼了自己的组织和协调能力,学到了有关图像处理的基本知识,并了解了迷宫的基本算法。同时,在后期调试过程中,我本以为 理论上做好,问题就应该不大了,但是到了实验室菜发现问题并没有那么简单,程序的实际运行和预想相差很大,于是我们又不得不改变思路。在整个过程中我们尝到了酸甜苦辣,虽然和别的组相比落后了一点,但能体会到这个过程就是最大的收获。
费威:
关于这次科创做下来,我想我们大家都收获了不少吧!各个小组中,
虽然有成功的,也必然有不成功的,但每个组的每个成员都应该收获了不少。因为这是很多人的第一次接触单片机,将知识与实际结合。但这不是我的第一次,其实之前我有类似的经验。这次科创给我的收获中,知识的应用是一个方面,实践是一个方面,更重要的是对一个团队的认识。
知识上,学会了Labview,学会了在不懂的情况下怎么靠查找资料
解决问题;时间上,体会到是基于设想总是差很多的,不能因为一点小问题影响了整个进程;从团队的角度,明白了团队精神的重要性,明白了各个组员之间要有好的分工和协作,才能避免不必要的问题。
饶伟:
当初抱着锻炼自己动手能力的态度选择了科创3 ——计算机控制
小车走迷宫,并选择了编写小车程序和小车调试的任务,现在课程结束了,回想当初自己付出的努力,真的感觉太美妙了。
连续的泡试验室、编程序、焊接线板,可以说是自己大二繁忙、充
实生活的一个剪影。
当初因为小车的一些引脚接线出问题,一个人拿着万用表一个引脚
接一个引脚的测量、大热天拿着电烙铁焊接板子,当时实在是太满足了,看着自己额头上的汗水,自己心里也美滋滋的。
编写程序的时候,因为要涉及到中断、串行通信等知识,而这些在
我们学习微机原理之前都是十分陌生的东西,因此在网上、图书馆繁忙的查找资料、整理思路也是那一段时间过的最快乐的日子了。
这学期的科创3结束了,但我们的科创之路不会结束。因为我在自
己的心理面有了那种跟同学合作、互相探讨、不断追求的科创精神。 刘鑫:
在此次科创过程中,我第一次尝试从早到晚泡在实验室,一个小组
团结在一起,为了一个共同的目标而努力。我想除了学到了 一定的知识之外,这就是我在本次科创中最大的收获了。我自己认为本人在实验过程中尽心尽力,在实验室里和同伴们一起调试,一起拍照,一起奋斗,
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我相信这就 是最好的。
申彤:
科技创新是一个充分锻炼大学生动手能力,将理论和实际联系在 一起的好方法。控制小车走迷宫,单凭这个题目,我就被深深地吸引上来。
从一开始的毫无头绪,到后来的渐渐了解,再到最后的将之实现完成,每一步都显得不可思议,都显得很神奇。从一开始的一无所知,到后来的了解掌握用软件进行图像采集处理,小车调试,各个思路步骤清晰明了。
科创,锻炼了同学的团队意识,教会了大家合理分工的重要性,培养了大学生的科研精神热情,是一个非常有必要的课程。希望今后还能参与到相关课程的学习创造中去。
3、致谢
在本次科技创新实验中,我们从刚开始一头雾水到后来渐渐有思路,再到后来遇到并解决诸多困难,整个过程得到了很多人的帮助。在此,我们感谢张老师的认真指导和周围很多同学的热情帮助,同时也感谢学校、学院为我们提供这么好的条件和机会,让我们锻炼了自己各方面的能力,真真切切地初步体会到科研的感觉!
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目 次
1. 概述............................................................................................................................. 1
1.1 编写说明.............................................................................................................. 1
1.2 定义...................................................................................................................... 1
1.3 缩略语.................................................................................................................. 1
2. 调频无线话筒的制作................................................................................................ 2
2.1 实验目的.............................................................................................................. 2
2.2 无线话筒的主要性能指标.................................................................................. 2
2.3 无线话筒的主要功能和工作原理...................................................................... 2
2.4 实验过程.............................................................................................................. 2
2.4.1 PCB设计实践............................................................................................. 2
2.4.2 装配过程...................................................................................................... 3
2.4.3 调试过程...................................................................................................... 3
2.4.4 实验数据和结果讨论.................................................................................. 3
3. 万用电表的制作........................................................................................................ 4
3.1 实验目的.............................................................................................................. 4
3.2 万用电表的主要性能指标.................................................................................. 4
3.3 万用电表的主要功能和工作原理[2].................................................................... 4
3.4 实验过程.............................................................................................................. 4
3.4.1 装配过程...................................................................................................... 4
3.4.2 调试过程...................................................................................................... 4
3.4.3 实验数据和结果讨论.................................................................................. 4
4. 致谢............................................................................................................................. 6
5. 参考文献..................................................................................................................... 7
6. 附录............................................................................................................................. 8
6.1 心得体会.............................................................................................................. 8
6.2 其他材料.............................................................................................................. 8
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[说明此文档的编写目的和适读对象。]
[列出在本文档中使用的需要给出明确定义的概念。]
[列出在本文档中缩略语的英语全称及中文说明。]
练习基本工具的使用;掌握电路连接的基本方法;初步掌握简单电路的调试方法。
[可量化的指标,如工作电源电压等]
[主要使用“说明”的表达方法,对主要功能和工作原理分别加以解释]
图1 调频无线话筒电原理图[1]
[图1的图题后上标字体的[1],为引文注释,编号1对应于“参考文献”章节中的相应文献。本实验报告全文中涉及引用的部分,都应有相关注释;
引用过来的图,应对其大小尺寸进行适当调整,以免超出版面]
[说明使用到的计算机软件的名称和版本号,及它们的具体用途,使阅读者能根据你的说明重建工作环境]
[主要使用“叙述”的表达方法,对过程加以描述,包括遇到的问题及解决的方法。使阅读者能根据你的叙述重复你的工作过程]
[说明工作中使用到的工具、设备等,包括它们的主要指标或具体型号,及它们的具体用途,使阅读者能根据你的说明重建工作环境]
[主要使用“叙述”的表达方法,对过程加以描述,包括遇到的问题及解决的方法。使阅读者能根据你的叙述重复你的工作过程]
[说明工作中使用到的工具、设备等,包括它们的主要指标或具体型号,及使用它们的目的,使阅读者能根据你的说明重建工作环境]
[主要使用“叙述”的表达方法,对过程加以描述,包括遇到的问题及解决的方法。使阅读者能根据你的叙述重复你的工作过程]
[罗列实验所获得的数据,以及获得这些数据时的各项相关条件,如工作电压、环境温度、气候、地形等,并实事求是地给出一些结果或结论,可以指出自己的创新或新见解的所在]
练习基本工具的使用;掌握电路连接的基本方法;初步掌握简单电路的调试方法;初步了解电子设备的结构知识和相应的装配技巧。
[可量化的指标,如工作电源电压、测量精度等]
[主要使用“说明”的表达方法,对主要功能和工作原理分别加以解释]
[小标题后上标字体的[2],为引文注释,编号2对应于“参考文献”章节中的相应文献。本实验报告全文中涉及引用的部分,都应有相关注释]
[说明工作中使用到的工具、设备等,包括它们的主要指标或具体型号,及它们的具体用途,使阅读者能根据你的说明重建工作环境]
[主要使用“叙述”的表达方法,对过程加以描述,包括遇到的问题及解决的方法。使阅读者能根据你的叙述重复你的工作过程]
[说明工作中使用到的工具、设备等,包括它们的主要指标或具体型号,及使用它们的目的,使阅读者能根据你的说明重建工作环境]
[主要使用“叙述”的表达方法,对过程加以描述,包括遇到的问题及解决的方法。使阅读者能根据你的叙述重复你的工作过程]
[罗列实验所获得的数据,以及获得这些数据时的各项相关条件,并实事求是地给出一些结果或结论,可以指出自己的创新或新见解的所在]
[对实验及论文报告工作给过指导和帮助的单位、同学、老师或其他个人,表示必要的感激和敬意]
[说明本文档参考的各种资料,也包括所参考的其他项目的有关文档、资料。在前文中有些段落、图表等如属引用所列资料,因以上标方式标注,如 XXXX [3] ]
[示例:(以下所列,如没有实际用到,可以删除)
[1] 电院科技创新(1)课程讲义, 调频无线话筒的制作原理教程
[2] 电院科技创新(1)课程讲义,DT832教学版教程
[3] 马忠梅等,单片机的C语言应用程序设计,北京航空航天大学出版社,1998
[本部分可采用自由文形式]
[如正文中未包括的电原理图、元件清单、实物照片等资料]
[本模板中方括号内的文字都是提示性内容,在最后成文时应全部删去]
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