Файл: Отчет по дисциплине Микропроцессорные устройства По лабораторной работе 5.pdf

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра компьютерных систем в управлении и проектировании
(КСУП)
ОТЧЕТ
По дисциплине «Микропроцессорные устройства»
По лабораторной работе №5
(Работа с Lego NXT. Робот-охранник)
Проверил к.т.н., доцент каф. КСУП
В.П. Коцубинский
Выполнили студенты гр. 530-1:
Зорин Д. Л.
Данилик Н. Л.
Кочетов И. Д.
Гаврилов Д. В.
Ивандаев А.Э.
«
»
2022 г
Томск 2022

1
1 ВВЕДЕНИЕ
Целью данной лабораторной работы является знакомство и получение практических навыков работы с LEGO NXT, построив и запрограммировав робота-охранника.
LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 это конструктор, имеющий всевозможные комплектующие для создания простых роботов, и в целом является хорошим инструментом для знакомства с робототехникой.
Сам набор состоит из обычных LEGO комплектующих для создания основной базы робота и программного блока, датчиков для решения задачи и различных алгоритмов.
Программный блок NXT является микроконтроллером, имеющим 4 входа для подключения датчиков (порты 1,2,3,4) и 3 выхода для подключения двигателей
NXT (порты A, B, C). Далее перечислены технические параметры:
-
32-битовый микроконтроллер ARM7 256 КБайт FLASH, 64 КБайт RAM 8- битовый;
- микроконтроллер AVR 4 Кбайта FLASH, 512 байт RAM Беспроводный канал Bluetooth (устройство соответствует требованиям Bluetooth Class IIV 2.0);
Скоростной порт USB (12 Мбит/с);
-
4 порта входа, 6-проводный кабель для цифровой платформы (Один из портов включает порт расширения, соответствующий требованиям I ЕС
61158Туре 4/EN 50 170 для использования в будущем);
3 порта выхода, 6-проводный кабель для цифровой платформы;
-
Графический ЖК-дисплей 100 х 64 пикселя;
-
Громкоговоритель — качество аудио 8 КГц. Аудиоканал c 8- битовым квантованием и частотой семплирования 2-16 КГц;
-
Источник питания: 6 батарей типа АА, есть аккумуляторные блоки.

2
Рисунок 1.1 – Микроконтроллер NXT
Двигатели NXT позволяют роботу передвигаться, однако реализации методов передвижения могут быть разные, т.к. можно реализовать как шагового робота, так и робота на колесах и т.д. (сколько хватит фантазии). Двигатель позволяет двигаться как вперед, так и назад, подавая соответствующую мощность, находящуюся в диапазоне от -100 до 100 у.е., где мощность понимается как формируемый от микроконтроллера NXT ШИМ-сигнал.
Рисунок 1.2
–
Двигатель NXT

3
Также для решения нашей задачи, нам необходимы определенные датчики. В данной работе это будет ультразвуковой датчик расстояния, позволяющий нам обнаружить различные препятствия, в нашем же случае, он служит детектором цели. Ультразвуковой датчик измеряет расстояние в сантиметрах и дюймах от
NXT. Он может измерять расстояние от 0 до 255 сантиметров с точностью +/-3 см. УД работает по принципу локатора, т.е. считает время, которое понадобилось для испускаемой волны, чтобы вернуться после отражения от объекта.
Рисунок 1.3 – Ультразвуковой датчик
Для того чтобы реализовать езду по линии необходимо использование двух датчиков цвета. Он может быть как датчиком цвета, так и датчиком освещенности. В нашей задаче нам необходимо его использовать как датчик освещенности, т.к. известно что линия, по которой будет осуществлять движение
– черная.
Рисунок 1.4 – Датчик цвета

4
2 ХОД РАБОТЫ
На первом этапе был создан необходимый робот. Требовалось создать робота, имеющего у передних колес датчик света, определяющий силу отраженного красного цвета от поверхности. Данная конструкция приведена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Конструкция для датчиков света
К основной базе нужно было прикрепить элемент, то есть пушку, которая будет непосредственно выполнять роль стрелка. В самой пушке используется двигатель NXT, который при подаче сигнала, будет выпускать шарик из магазина.

5
Рисунок 2.2 – Пушка робота-стрелка
Были соединены вышеперечисленные компоненты робота. Далее была написана программа в NXT.
Рисунок 2.3 - Реализация езды по линии в программной среде NXT G

6
На рисунке 2.3 изображены различные блоки. Далее приведено описание работы блоков каждого типа.
Блок «Move», отвечает за контроль одного, двух или трех сервомоторов, который изображен на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Блок «Move»
Блок «Switch», представленный на рисунке 2.5, позволяет реализовать ту или иную группу блоков, в зависимости от значений.
Рисунок 2.5 – Блок «Switch»
Блок «Loop», представленный на рисунке 2.6, позволяет многократно выполнять одну и ту же группу блоков.
Рисунок 2.6 – Блок «Loop»
Алгоритм программы представляет из себя два условия. Первое условие - это положение датчика относительно линии. В данной программе реализовано, что при условии, датчик находясь на белой поверхности поворачивается влево, ища черную линию. Как только датчик попадает на черную линию, он поворачивает направо. Данные действия происходят циклично. Графический код

7 данного алгоритма представлена на рисунке 2.7. Второе условие сравнивает расстояние от робота до преграды. Если расстояние меньше 40 сантиметров, то робот начинает «стрелять» в препятствие.
Рисунок 2.7 – Графический код алгоритма

8
ВЫВОД
В ходе данной лабораторной работы были получены практические навыки работы с комплектом LEGO NXT MINDSTORMS 2.0, предназначенным для создания простых робототехнических систем. Также получены практические навыки работы с использованными датчиками, в том числе изучен принцип их работы. Результатом данной работы является рабочий робот-охранник.