多传感器智能机器人的设计目标
通过前面的学习，你对“导航”已经不陌生了：传感器（触觉或红外线）检测到信息，
传送给机器人大脑——微控制器 AT89S52，决策后发送命令给执行器——电机，使机器人能 够正常行走。
但不管触觉导航也好，红外线导航也好，机器人大脑分析的信息都是单一传感器信息。
在实际的智能机器人系统中，通常不只有一种传感器，而是有多种传感器来检测各种环境信 息，如：用触觉检测是否有物体已经碰到机器人，而红外线传感器则能检测不远的前方是否 有障碍物，而激光传感器则可以检测更远的地方是否有障碍物等。当然，最复杂的机器人传 感器是视觉传感器，这不是本课程讨论的内容。
本章将前面已经学习和实践过的触觉和红外传感器结合——设计一款多传感器智能机 器人，使它能够结合传感器检测到的信息进行综合判断，执行理想的行走方案。如果有更多 的机器人传感器，可以参考本章的处理方法。
任务一 多传感器信息与C语言结构体的使用和编程
在前几章的学习中，你想要显示或存储的一些信息，如“int counter”、“Program Running!”、“char Navigation[10]={'F','L','F','F','R','B','L','B','B','Q'};”、
“int Pulses_Left[4]={1700,1300,1700,1300};”等，用了大量不同类型的变量。有没有 可能把这些不同类型的变量全部放在一个变量里呢？在这里，你将学到新的数据类型：
结构体
结构体可以将不同类型的变量放到一起，组成一个复合的复杂变量，以表示某些工程对 象或者系统的多元特征。
在实际问题中，一些对象或者系统的特征往往具有不同的数据类型，而编写程序时，你 肯定希望能够把同一个对象或者系统的特征放到一个数据变量中，以便于阅读、分析和检查。
例如，在学生登记表中，描述一个学生的特征包括姓名、学号、年龄、性别和成绩等，你肯 定希望有一个数据结构能够包括所有这些特性，但这些特征中姓名应为字符型；学号可为整 型或字符型；年龄应为整型；性别应为字符型；成绩可为整型或实型。显然你不能用一个数 组或者其它你已经学习过的数据类型来存放这些数据。前面学过的数组可以存放多个数据，
但这些数据必须是同一个类型。
为了解决这个问题，Ｃ语言给出了一种构造数据类型——“结构（structure）”或叫“结 构体”。“结构”是一种构造类型，它是由若干“成员”组成的。结构的每一个成员可以是一 个基本数据类型或者是另一个已经定义好的构造类型。结构既然是一种“构造”而成的数据 类型，那么在说明和使用之前必须先定义它，也就是构造它。如同在说明和调用函数之前要 先定义函数一样。
定义一个结构的一般形式为：
struct 结构名 {成员列表};
成员列表由若干个成员组成，每个成员都是该结构的一个组成部分。对每个成员也必须
作类型说明，其形式为： 变量；第二个成员为name，字符数组；第三个成员为 sex，字符变量；第四个成员为 score，
实型变量。应注意在大括号后的分号是不可少的。
结构定义之后，即可进行变量说明。凡说明为结构stu 的变量都由上述 4 个成员组成。
由此可见，结构是一种复杂的数据类型，是数目固定，类型不同的若干有序变量的集合。
说明结构变量有以下三种方法：
1．先定义结构，再说明结构变量，如：
struct stu {
int num;
char name[20];
char sex;
float score;
};
struct stu boy1,boy2;
说明了两个变量boy1 和 boy2 为 stu 结构类型。
2．在定义结构类型的同时说明结构变量，如：
struct stu {
int num;
char name[20];
char sex;
float score;
}boy1,boy2;
char name[20];
char sex;
float score;
}boy1,boy2;
这种说明形式的一般形式为：
struct {
成员列表 }变量名列表;
第三种方法与第二种方法的区别在于第三种方法中省去了结构名，而直接给出结构变 量。
三种方法中说明的boy1,boy2 变量都具有图 9-1 所示的结构。
图9-1 结构变量 boy1,boy2 结构
说明了boy1,boy2 变量为 stu 类型后，即可向这两个变量中的各个成员赋值。在上述 stu 结构定义中，所有的成员都是基本数据类型或数组类型。
成员也可以又是一个结构，即构成了嵌套的结构。例如，图9-2 给出了另一个数据结构。
图9-2 嵌套式数据结构
结构变量成员的表示方法
在程序中使用结构变量时，往往不把它作为一个整体来使用。一般对结构变量的使用，
包括赋值、输入、输出、运算等都是通过结构变量的成员来实现的。
表示结构变量成员引用的一般形式是：
结构变量名.成员名 例如：
boy1.num 即第一个人的学号 boy2.sex 即第二个人的性别
如果成员本身又是一个结构，则必须逐级找到最低级的成员才能使用。
例如：
boy1.birthday.month 即第一个人出生的月份成员
结构变量的成员可以在程序中单独使用，与普通变量完全相同。
结构变量的赋值
结构变量的赋值就是给各成员赋值。可用输入语句来完成。如：
boy1.num=102;
boy2.sex=’M’;
结构变量的初始化
和其他类型变量一样，对结构变量可以在定义时进行初始化赋值。如：
struct stu
{
int num;
char *name;
char sex;
float score;
}boy2,boy1={102,"Zhang ping",'M',78.5};
掌握结构的基本知识之后，下面的例程你将不难理解。
例程：IRRoamingWithStructLCDDisplay.c
#include <AT89X52.h>
#include <BoeBot.h>
#include <IR.h>
#include <Move.h>
#include <LCD.h>
int main(void) {
Display_List_Char(0,0,"Both IR Detected");
Display_List_Char(1,0,"Turn Left Twice ");
delay_nms(500);
}
else if(irDetectLeft==0)//只有左边接收到红外线 {
Right_Turn();
Display_List_Char(0,0,"L IR Detected ");
Display_List_Char(1,0,"Turn Right Once ");
delay_nms(500);
}
else if(irDetectRight==0)//只有右边接收到红外线 {
Left_Turn();
Display_List_Char(0,0,"R IR Detected ");
Display_List_Char(1,0,"Turn Left Once ");
delay_nms(500);
} else
{
For_Ward();
Display_List_Char(0,0,"No IR Detected ");
Display_List_Char(1,0,"Forward Directly");
delay_nms(500);
} } }
IRRoamingWithWithStructLCDDisplay.c 是如何工作的?
与第五章例程RoamingWithIr.c 相比，该例程将添加了多个头文件。其中头文件 LCD.h 与第八章所用一样，用来在LCD 上显示机器人相关信息，具体内容见上章。
头文件IR.h 整合了红外发射的相关函数，具体内容如下：
#include <intrins.h>
#define LeftIR P1_2 //左边红外接收连接到 P1_2
#define RightIR P3_5 //右边红外接收连接到 P3_5
#define LeftLaunch P1_3 //左边红外发射连接到 P1_3
#define RightLaunch P3_6 //右边红外发射连接到 P3_6 int irDetectLeft,irDetectRight;
int IRLaunch(unsigned char IR) {
int counter;
if(IR=='L')
for(counter=0;counter<1000;counter++)//左边发射 {
for(counter=0;counter<1000;counter++)//右边发射 {
void Launch(void) {
IRLaunch('R');
irDetectRight = RightIR;//右边接收 IRLaunch('L');
irDetectLeft = LeftIR;//左边接收 }
头文件 Move.h，顾名思义，保存机器人行走子函数，与以往例程不同的是，该头文件 保存时用到了结构体变量：
struct {
int pulseLeft;
int pulseRight;
char counter;
}Forward={1700,1300}, LeftTurn={1300,1300,26}, RightTurn={1700,1700,26},
Backward={1300,1700,26};
void For_Ward(void) {
void Left_Turn(void) {
void Right_Turn(void)
{
int i;
for(i=1;i<=RightTurn.counter;i++) {
P1_1=1;
delay_nus(RightTurn.pulseLeft);
P1_1=0;
P1_0=1;
delay_nus(RightTurn.pulseRight);
P1_0=0;
delay_nms(20);
} }
void Back_Ward(void) {
int i;
for(i=1;i<= Backward.counter;i++) {
P1_1=1;
delay_nus(Backward.pulseLeft);
P1_1=0;
P1_0=1;
delay_nus(Backward.pulseRight);
P1_0=0;
delay_nms(20);
} }
该头文件定义一个结构体的同时定义了四变量 Forward、LeftTurn、RightTurn 和 Backward，分别存储了机器人行走的相关信息：左轮脉冲数——int pulseLeft；右轮脉冲数—
—int pulseRight 和循环次数——char counter。
对结构变量成员的引用按照规则结构变量名.成员名，如：delay_nus(Backward.pulseLeft);
说明
头文件虽然定义了后退子函数，但由例程的行为控制策略可以看出，当机器人两边红外 传感器均检测到障碍物时，机器人左拐两次避开后再前进，并没有使用后退子函数。当然，
你可以改变行为控制策略。
下图9-3 显示机器人在前进及左拐时截图。
图9-3 机器人前进及左拐图 该你了
z 用结构体及头文件的方式更改第四章例程 RoamingWithWhiskers.c z 使用后退子函数，更改机器人行为控制
任务二 智能机器人的行为控制策略和编程
本章的学习目的是基于多传感器信息的机器人导航。其实，通过前面几章的学习，你已 经分别掌握了基于单一传感器信息的机器人导航，本任务的目的是将触觉和红外传感器信息 进行综合判断处理，最后将传感器及导航信息在LCD 上显示。
z 按图 9-4 所示搭建机器人。触觉及红外电路分别参考图 4-3 和图 5-3
z 搭建 IR LED 时，可适当将红外 LED 向两边偏移，减少两只红外 LED 检测区域的重 叠
图9-4 多传感器智能机器人
“优先级”这个概念你一定不会陌生。人们在工作和生活中往往要处理各种事务，这些 事务有轻重急缓之分，时间紧、迫在眉睫的事情要先处理，它们的优先级要高，等这些事情 处理完之后再处理其他事情，其他事情当中也是先处理优先级高的。如果一样重要，就按时 间的先后顺序完成。
在智能机器人里，引入了两个传感器——胡须及红外。那么它们的优先级谁高谁低呢？
你不妨想象一下：你是先处理手头上，近在眼前的事情，还是处理等会要做的事情？
同理，胡须和红外同时检测到了障碍物，机器人应该怎样做？胡须检测到的障碍物近在 眼前，红外检测到的障碍物还有一定的距离，理所当然先处理胡须事件，所以胡须的优先级 要比红外的优先级要高。两个传感器检测区域示意如图9-5。
图9-5 传感器检测区域示意图
胡须传感器检测区域为A 和 B，检测距离虽然短，但优先级比红外传感器高。
红外传感器检测区域为C 和 D，呈喇叭形发散，检测距离远，范围广；区域 E 为两者 共同检测区；F 和 G 分别为两者的盲区。
根据传感器的优先级，可以方便地制作机器人行为控制策略。左右胡须状态分别由P2_3 和P1_4 获得；左右红外检测器状态由 P1_2 和 P3_5 获得。假如这四个状态值分别是某一变 量的高低四位，则根据这一变量的值就可判断机器人的状态，并做出相应行为策略，见下表：
表9-1 传感器状态组合及行为控制 左胡须
P2_3
右胡须 P1_4
左红外 P1_2
右红外 P3_5
状态值
state 行为策略
1 1 1 1 15 前进
0 0 x x 0~3 后退左拐两次
0 1 x x 4~7 后退再右拐
1 0 x x 8~11 后退再左拐
1 1 0 0 12 右拐两次
1 1 0 1 13 右拐
1 1 1 0 14 左拐
注：x 表示 0 或 1 判断state 的大小就可以知道是哪个传感器检测到信息。
例程：NavigationWithSensors.c
#include <AT89X52.h>
#include <BoeBot.h>
#include <IR.h>
#include <Whisker.h>
#include <Move.h>
#include <LCD.h>
int main(void) {
case 15: Display_List_Char(0, 0, "No Sensor Detect");
Display_List_Char(1, 0, "Forward ");
case 7: Display_List_Char(0, 0, "L Whisker Detect");
Display_List_Char(1, 0, "Back and Right ");
case 10:
case 11: Display_List_Char(0, 0, "R Whisker Detect");
Display_List_Char(1, 0, "Back and Left ");
Back_Ward(); //右胡须检测到,后退再左拐 Left_Turn();
break;
case 12: Display_List_Char(0, 0, "Both IRs Detect ");
Display_List_Char(1, 0, "Turn Right Twice");
Right_Turn(); //两边红外均检测到,右拐两次 Right_Turn();
break;
case 13: Display_List_Char(0, 0, "L IR Detect ");
Display_List_Char(1, 0, "Turn Right ");
Right_Turn(); //左边红外检测到,右拐 break;
NavigationWithSensors.c 是如何工作的？
例程又多加了一个头文件Whisker.h 用于保存胡须状态，内容如下：
例程又多加了一个头文件Whisker.h 用于保存胡须状态，内容如下：