单片机课程设计报告

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胖洽芮
5 years ago
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1 单片机课程设计报告题目 : 微信控制机器人院系 : 物理学院队长 : 周慧中同组成员 : 李雪刘业腾完成时间 :2015 年 6 月 5 日

2 摘要 : 微信布局智能硬件这事, 现在确实不能小视在海尔魅族抱团小米京东已经初具规模的江湖割据大背下, 腾讯系的摊子已经铺开腾讯参与智能硬件目前主要利用 QQ 物联和微信接入智能硬件两个入口, 今天说下微信接入的智能硬件进展目前看, 接入微信互联的智能硬件已经包含了四个大类 : 可穿戴产品智能家居产品智能家电产品和智能健康类产品在这一背景下, 我们团队利用微信来控制机器人作出相应的动作而这一应用运用到实际生产中, 将给人们带来更大的便捷性关键词 : 单片机机器人微信一设计目的 1 了解机器人的工作原理以及需要用到的资源 2 了解通过编程来调节机器人的平衡性, 以及能做一些简单的动作 3 熟悉掌握对硬件的运用, 能够通过软件编程来达到对硬件的控制 4 了解微信控制硬件的工作原理 5 熟练掌握 avr 单片机的编程及应用, 掌握 avr 单片机对中断的控制 6 学习通过单片机对舵机旋转角度的控制二产品用途及功能可以向手机端的微信输入不同的指令, 受控制的机器人会作出相应的动作通过手机微信就可以很轻松的让机器人做你想让它做的事情

Arduino 开发环境 ( 基于 Processing) 来实现的基于 Arduino 的项目, 可以只包含 Arduino, 也可以包含 Arduino 和其他一些在 PC 上运行的软件, 他们之间进行通信 ( 比如 Flash,

3 三硬件设计思想及说明 1 单片机的选择 Arduino 是一款便捷灵活方便上手的开源电子原型平台, 包含硬件 ( 各种型号的 Arduino 板 ) 和软件 (Arduino IDE) Arduino 能通过各种各样的传感器来感知环境, 通过控制灯光马达和其他的装置来反馈影响环境板子上的微控制器可以通过 Arduino 的编程语言来编写程序, 编译成二进制文件, 烧录进微控制器对 Arduino 的编程是利用 Arduino 编程语言 ( 基于 Wiring) 和 Arduino 开发环境 ( 基于 Processing) 来实现的基于 Arduino 的项目, 可以只包含 Arduino, 也可以包含 Arduino 和其他一些在 PC 上运行的软件, 他们之间进行通信 ( 比如 Flash, Processing, MaxMSP) 来实现因为 Arduino 有开放源代码的电路图设计, 程序开发接口免费下载, 技术成熟, 运行可靠, 成本和维修费用低廉, 因此我们选用了 arduino uno r3 2 Arduino uno 引脚功能说明

5ms 的基准信号, 将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较, 获得电压差输出经由电路板上的 IC 判断转动方向, 再驱动无核心马达开始转动, 透过减速齿轮将动力传至摆臂, 同时由位置检测器送回信号,

4 3 Arduino 与舵机的链接及控制舵机是一种位置伺服的驱动器, 主要是由外壳电路板无核心马达齿轮与位置检测器所构成其工作原理是由接收机或者单片机发出信号给舵机, 其内部有一个基准电路, 产生周期为 20ms, 宽度为 1.5ms 的基准信号, 将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较, 获得电压差输出经由电路板上的 IC 判断转动方向, 再驱动无核心马达开始转动, 透过减速齿轮将动力传至摆臂, 同时由位置检测器送回信号, 判断是否已经到达定位适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统当电机转速一定时, 通过级联减速齿轮带动电位器旋转, 使得电压差为 0, 电机停止转动一般舵机旋转的角度范围是 0 度到 180 度舵机有很多规格, 但所有的舵机都有外接三根线, 分别用棕红橙三种颜色进行区分, 由于舵机品牌不同, 颜色也会有所差异, 棕色为接地线, 红色为电源正极线, 橙色为信号线

5 舵机的转动的角度是通过调节 PWM( 脉冲宽度调制 ) 信号的占空比来实现的, 标准 PWM( 脉冲宽度调制 ) 信号的周期固定为 20ms(50Hz), 理论上脉宽分布应在 1ms 到 2ms 之间, 但是, 事实上脉宽可由 0.5ms 到 2.5ms 之间, 脉宽和舵机的转角 0 ~180 相对应有一点值得注意的地方, 由于舵机牌子不同, 对于同一信号, 不同牌子的舵机旋转的角度也会有所不同用 Arduino 控制舵机的方法有两种, 一种是通过 Arduino 的普通数字传感器接口产生占空比不同的方波, 模拟产生 PWM 信号进行舵机定位, 第二种是直接利用 Arduino 自带的 Servo 函数进行舵机的控制

6 参考程序 : #include <Servo.h> Servo myservo;// 定义舵机变量名 void setup() { myservo.attach(9);// 定义舵机接口 (9 10 都可以, 缺点只能控制 2 个 ) } void loop() { myservo.write(90);// 设置舵机旋转的角度 } 4 微信连接硬件原理如上图, 通过简单的配置以后, 微信公众号就可以实现这样的功能, 目前, 服务平台已经实现了开关型设备和数值型设备的主要功能, 基本可以满足绝大多数情况下的需要, 在云端管理上, 服务平台也已经实现了自定义的阀值触发机制申请公众微信号

7 如上图, 只需要点击登录, 然后用自己的微信扫描二维码, 就可以申请到自己的微信公众测试账号拿到测试账号以后, 第一步工作就基本完成了配置借口填写公众号名称, 原始 ID 和微信号 :

8 获取 URL 和 Token: 填写 AppID 和 AppSecret:

: 已打开设备至此模拟测试完成如下图 : 获取开关状态为例, 获取设备状态的 api 地址格式 : http://api.weline.top/index.

9 添加触发关键词和相应动作添加完成后, 就可以在开关型设备 > 动作管理的列表中看到刚才添加的动作了, 这一步完成后, 我们就可以在公众号端来测试了但是在这之前, 要先关注自己刚申请的公众号, 在刚才的申请页面下面有二维码, 自己扫一下关注即可好了, 也关注完了, 那就开始测试吧, 我们回复关键词打开发现公众号提示我们还没有创建设备, 需要先创建, 回复创建即可创建,OK, 我们回复创建, 公众号提示创建成功 ( 创建成功后, 就可以在 Weline 的开关型设备 > 设备列表中看到刚才创建的设备了 ), 我们再回复打开, 微信返回 : 已打开设备至此模拟测试完成如下图 : 获取开关状态为例, 获取设备状态的 api 地址格式 : 我们的设备 ID 为 1, 获取设备状态的 function 为 getstatus, 所以对应的 api 就是 : 但是在请求的时候不要忘了在请求头加入你的 Openid,Openid 是你和所关注公众号之间的唯一标识!

10 硬件我们选择 arduino 和 enc28j60 分别做控制器和网关, 硬件的连接如下图 : 硬件接入微信的程序代码如下 : #include <EtherCard.h>static byte mymac[] = { 0x74,0x69,0x69,0x2D,0x30,0x31 }; byte Ethernet::buffer[600];// 稍微大一点, 缓存返回的数据 static uint32_t timer; char website[] PROGMEM = "api.weline.top"; char urlbuf[] PROGMEM = "/index.php/switch/getstatus/id/1"; char openid[] PROGMEM = "Openid: ov4osuohxanursneim7f_itgy_xs";// 自己的 Openid, 可在公众号中找到 // 回调函数 static void my_callback (byte status, word off, word len) { String reply=(const char*)ethernet::buffer + off; Serial.println(reply); }void setup () { Serial.begin(9600); Serial.println(F("[webClient]")); if (ether.begin(sizeof Ethernet::buffer, mymac, 10) == 0){ Serial.println(F("Failed to access Ethernet controller")); } if (!ether.dhcpsetup()){ Serial.println(F("DHCP failed")); } ether.printip("ip: ", ether.myip); ether.printip("gw: ", ether.gwip); ether.printip("dns: ", ether.dnsip); if (!ether.dnslookup(website)){ Serial.println("DNS failed"); } ether.printip("srv: ", ether.hisip); }void loop () { ether.packetloop(ether.packetreceive()); if (millis() > timer) { timer = millis() ;

11 } } ether.httppost (urlbuf, website, openid, "", my_callback); 我们把程序下载进去, 然后连接网线, 打开串口 : 可以看到返回为 {"status":"1"} 表示设备此时的状态为开, 如果返回 {"status":"0"}, 表示设备此时状态为关, 如果身份验证失败, 则会返回 {"result":"0","openid":"0"} 我们来通过微信测试一下控制, 打开 Weline, 我们为它添加一条动作, 关键词设置为关闭, 触发动作设置为关闭设备, 在上面我们是通过回复文字来实现控制的, 在这里我们试试说话, 我们对着微信公众号发一条语音, 说一声关闭, 然后看看返回的结果 :

12 Arduino 的数字引脚 1-9 号与舵机连接,10-13 号与 enc28j60 网络模块连接,0 号引脚与 LED 连接四软件流程

13 开始初始化数据否是否发送数据是 1 3 模式选择 2 亮灯独立前进原地跳舞电机控制结束

14 五软件功能 : 1 在手机端的微信里面输入打开, 机器人上安装的 LED 就会亮起 2 在手机端的微信里面输入前进, 机器人就会四肢很好的配合地向前走动 3 在手机端的微信里面输入跳舞, 机器人就会在原地跳舞前 3 号 1 号 5 号 6 号 2 号 4 号 10 号 7 号 11 号 8 号 12 号 9 号后

15 六程序源代码 : #include <Servo.h> Servo servo_pin_1; Servo servo_pin_2; Servo servo_pin_3; Servo servo_pin_4; Servo servo_pin_5; Servo servo_pin_12; Servo servo_pin_6; Servo servo_pin_7; Servo servo_pin_10; Servo servo_pin_8; Servo servo_pin_11; Servo servo_pin_9; void setup()

16 { servo_pin_2.attach(2); servo_pin_1.attach(1); servo_pin_3.attach(3); servo_pin_11.attach(11); servo_pin_9.attach(9); servo_pin_10.attach(10); servo_pin_6.attach(6); servo_pin_8.attach(8); servo_pin_7.attach(7); servo_pin_4.attach(4); servo_pin_12.attach(12); servo_pin_5.attach(5); } void loop() {

17 servo_pin_1.write( 90 ); servo_pin_2.write( 45 ); servo_pin_3.write( 135 ); servo_pin_4.write( 90 ); servo_pin_5.write( 135 ); servo_pin_6.write( 45 ); servo_pin_7.write( 135 ); servo_pin_8.write( 45 ); servo_pin_9.write( 135 ); servo_pin_10.write( 45 ); servo_pin_11.write( 135 ); servo_pin_12.write( 45 ); delay( 1000 ); servo_pin_1.write( 45 ); delay( 1000 ); servo_pin_10.write( 90 ); delay( 1000 );

18 servo_pin_4.write( 135 ); servo_pin_6.write( 55 ); delay( 1000 ); servo_pin_6.write( 45 ); servo_pin_9.write( 120 ); servo_pin_7.write( 90 ); delay( 1000 ); 方案一七器件材料 : 1 个 Arduino uno 板,12 个舵机, 一个 LED 灯, 一个 ENC28J60 网络模块, 导线若干八课程设计总结及体会 : 经过将近一个学期的接口课程设计及学习, 虽然实现的功能不是很多, 并且其中还是有些问题, 但是还是基本符合要求,, 最主要

19 的就是在设计过程中, 让我学到了很多在课本中学不到的知识, 收获颇丰而且也让我更深层次了解了接口, 懂得了怎样快速学习运用软件来编程, 来设计东西懂得怎样快速把自己所学的运用到实际中在这个过程中我过得很充实, 很有意义此次实习可以说是获益匪浅通过查阅了很多资料, 了解了许多汇编程序的思想, 扩展了自己的视野, 不再仅仅局限于书本中几条简短的程序, 而且更重要的是明白写程序的态度 : 仔细谨慎, 精益求精在实际操作过程中犯的一些错误还会有意外的收获, 感觉设计很有意思在具体操作中对这学期所学的接口技术的理论知识得到巩固, 尤其是对于书本中的比较重要的芯片, 平时在做题目过程中, 总感觉对于芯片的应用更多的是被动的通过题目来熟悉再理解, 而这次是通过实际操作然后在理解的基础上再熟记于心这是一种飞跃的进步达到设计的基本目的, 也发现自己的不足之出, 在以后的上机中应更加注意, 同时体会到科技的魅力所在

AN INTRODUCTION TO PHYSICAL COMPUTING USING ARDUINO, GRASSHOPPER, AND FIREFLY (CHINESE EDITION ) INTERACTIVE PROTOTYPING

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