基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的簡易智能機(jī)器人

1、.：.；基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的簡易智能機(jī)器人 引言 隨著微電子技術(shù)的不斷開展，微處置器芯片的集成程度越來越高， HYPERLINK ednchina/word/228385.aspx o 單片機(jī) 單片機(jī)已可以在一塊芯片上同時(shí)集成CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、并行和串行接口、看門狗、前置放大器、AD轉(zhuǎn)換器、DA轉(zhuǎn)換器等多種電路，這就很容易將計(jì)算機(jī)技術(shù)與丈量控制技術(shù)結(jié)合，組成智能化丈量控制系統(tǒng)。這種技術(shù)促使 HYPERLINK ednchina/word/228387.aspx o 機(jī)器人 機(jī)器人技術(shù)也有了突飛猛進(jìn)的開展，目前人們?cè)?jīng)完全可以設(shè)計(jì)并制造出具有某些特殊功能的簡易智能機(jī)器人。 1 設(shè)計(jì)思想與

2、總體方案 1.1 簡易智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)思想 本機(jī)器人能在恣意區(qū)域內(nèi)沿引導(dǎo)線行走，自動(dòng)繞障，在有光源引導(dǎo)的條件下能沿光源行走。同時(shí)，能檢測埋在地下的金屬片，發(fā)出聲光指示信息，并能實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、顯示檢測到的斷點(diǎn)數(shù)目以及各斷點(diǎn)至起跑線間的間隔 ，最后能停在指定地點(diǎn)，顯示出整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程的時(shí)間。 本設(shè)計(jì)以AT89C5l單片機(jī)作為檢測和控制中心。采用紅外光電 HYPERLINK ednchina/word/228388.aspx o 傳感器 傳感器檢測路面黑線及妨礙物，運(yùn)用金屬傳感器檢測路面下金屬鐵片，運(yùn)用光電碼盤測距，用光敏電阻檢測、判別車庫位置，利用PWM(脈寬調(diào)制)技術(shù)動(dòng)態(tài)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速。經(jīng)

3、過軟件編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行進(jìn)、繞障、停頓的準(zhǔn)確控制以及檢測數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示。經(jīng)過對(duì)電路的優(yōu)化組合，可以最大限制地利用51單片機(jī)的全部資源。 P0口用于數(shù)碼管顯示，P1口用于電動(dòng)機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)控制，P2，P3口用于傳感器的數(shù)據(jù)采集與中斷控制。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，降低了總體設(shè)計(jì)的本錢。該方案總體方案見圖1。系統(tǒng)的硬件組成及設(shè)計(jì)原理 此系統(tǒng)的硬件部分由單片機(jī) HYPERLINK ednchina/word/228389.aspx o 單元 單元、傳感器單元、電源單元、聲光報(bào)警單元、鍵盤輸入單元、電機(jī)控制單元和顯示單元組成，如圖2所示。 21 單片機(jī)單元 本系統(tǒng)采用AT89C51單

4、片機(jī)作為中央處置器。其主要義務(wù)是掃描鍵盤輸入的信號(hào)啟動(dòng)機(jī)器人，在機(jī)器人行走過程中不斷讀取傳感器采集到的數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)展處置后，根據(jù)不同的情況產(chǎn)生占空比不同的PWM脈沖來控制電機(jī)，同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)送顯示單元?jiǎng)討B(tài)顯示，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)。其中，P0用于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，P10一P15控制2個(gè)電機(jī)，P16、P17為獨(dú)立式鍵盤接口，P2接傳感器，P32接計(jì)里程的光電碼盤，P37接聲光報(bào)警單元，P34、P35、P36接用于顯示斷點(diǎn)數(shù)目的發(fā)光二極管。 22 電機(jī)控制單元 本機(jī)器人采用了雙電機(jī)雙輪驅(qū)動(dòng)的小車作為其底座。2個(gè)電機(jī)分別獨(dú)立控制其左右兩邊的車輪，靠兩邊電機(jī)的轉(zhuǎn)速的不同來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能，還可讓其原地轉(zhuǎn)

5、彎，便于控制。而傳統(tǒng)的小車是靠動(dòng)力電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)彎角度難以控制，不便于運(yùn)用。電機(jī)控制電路采用大功率對(duì)管BDl39、BDl40組成的H型驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)過單片機(jī)產(chǎn)生占空比不同的PWM脈沖，準(zhǔn)確調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種電路由于任務(wù)在晶體管飽和或截止形狀，防止了在線性放大區(qū)任務(wù)時(shí)晶體管的管耗，可以最大限制地提高效率；H型電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度和穩(wěn)定性也完全可滿足需求，整套驅(qū)動(dòng)電路是一種被廣泛采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。電路見圖3。 23 傳感器單元 整個(gè)機(jī)器人共采用了9個(gè)傳感器，分布在整個(gè)機(jī)器人的不同部位，相互配合起不同的作用，見圖4。圖4中各傳感器闡明如下： 傳感器1

6、置于機(jī)器人正前方朝下的金屬探測傳感器，用于探測金屬。nbsp; HYPERLINK ednchina/word/228388.aspx o 傳感器 傳感器2置于 HYPERLINK ednchina/word/228387.aspx o 機(jī)器人 機(jī)器人正前方朝前的超聲波傳感器，用于檢測妨礙物。超聲波來源于555產(chǎn)生40 kHz的方波信號(hào)，經(jīng)超聲波發(fā)射頭發(fā)出。發(fā)射頭不斷發(fā)出信號(hào)，當(dāng)遇到妨礙物時(shí)，信號(hào)會(huì)被反射回來，從而接納頭會(huì)接遭到信號(hào)，將信號(hào)送入 HYPERLINK ednchina/word/228385.aspx o 單片機(jī) 單片機(jī)進(jìn)展相應(yīng)的判別和處置。傳感器3置于機(jī)器人正前方朝下的紅外光電

7、傳感器，用于檢測停頓線。紅外發(fā)射管發(fā)出信號(hào)，經(jīng)不同的反射介質(zhì)反射，根據(jù)紅外接納管能否接納到信號(hào)做出相應(yīng)的判別。 傳感器4、5置于機(jī)器人底座下方朝下的紅外光電傳感器，用于檢測地面的引導(dǎo)線，原理同傳感器3。 傳感器6、7置于機(jī)器人正前方朝前的光敏電阻傳感器，用于尋覓光源。當(dāng)機(jī)器人前方有光源照射時(shí)，光敏電阻的大小將會(huì)改動(dòng)，將2個(gè)傳感器的改動(dòng)量進(jìn)展比較處置后送入單片機(jī)，單片機(jī)將會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)整信號(hào)，使機(jī)器人朝光強(qiáng)的方向行走。 傳感器8置于機(jī)器人后方兩側(cè)朝外的超聲波傳感器，用于在機(jī)器人遇到妨礙物時(shí)的轉(zhuǎn)彎處置，判別機(jī)器人能否完全繞開妨礙物，原理同傳感器2。 傳感器9置于機(jī)器人正后方的光電碼盤，用于計(jì)里程，

8、借助于鼠標(biāo)原理，選用直徑為26 cm的塑料小輪自制光電碼盤，經(jīng)過打磨使其周長為8 cm，再在該小輪上打等間隔 的8個(gè)孔，如圖5所示。最小測距精度可到達(dá)1 cm，足以滿足要求，兩側(cè)裝上光電傳感器，將其安裝在車尾，使之與車的行駛同步。就實(shí)踐情況自制出來的各個(gè)孔之間的間隔 無法準(zhǔn)確相等，但經(jīng)過詳細(xì)丈量該光電碼盤，能保證行駛50 cm產(chǎn)生50個(gè)脈沖，于是采用其作為計(jì)算間隔 的基準(zhǔn)單位。在直道區(qū)，可由該電路產(chǎn)生的脈沖數(shù)，計(jì)算出鐵片中心線至起跑線間的間隔 。此外，為了清楚直觀地察看到各傳感器的任務(wù)形狀，電路中還專門為每個(gè)傳感器設(shè)計(jì)了任務(wù)指示燈，實(shí)時(shí)顯示每個(gè)傳感器的任務(wù)形狀。 24 鍵盤輸入 HYPERLI

9、NK ednchina/word/228389.aspx o 單元 單元 鍵盤輸入單元采用獨(dú)立式鍵盤，由2個(gè)按鍵組成，其中一個(gè)為啟動(dòng)鍵，另一個(gè)為顯示切換鍵，當(dāng)機(jī)器人行走完全程后，按下該鍵，將顯示整個(gè)行走過程的時(shí)間。 25 顯示單元 顯示單元由2個(gè)7段數(shù)碼管組成，為了減少整個(gè)系統(tǒng)的功耗，采用了由單片機(jī)軟件譯碼，動(dòng)態(tài)顯示，實(shí)時(shí)顯示每個(gè)斷點(diǎn)到起點(diǎn)的間隔 以及整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程的時(shí)間。 26 聲光報(bào)警單元 用555作為振蕩源，用單片機(jī)觸發(fā)振蕩源驅(qū)動(dòng)電磁訊響器作為聲音指示器和1只發(fā)光二極管作為光指示安裝，從而組成聲光報(bào)警單元。 27 電源單元 本系統(tǒng)采用2套電源分別對(duì)電機(jī)和控制電路進(jìn)展單獨(dú)供電。系統(tǒng)控制電路采用經(jīng)7805穩(wěn)壓后的輸出供電(5V)，電機(jī)那么采用4節(jié)AA電池來供電。 3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)配套的軟件程序采用模塊構(gòu)造，由C言語編寫完成。主要由初始化程序、偏道調(diào)整程序、偏離光源調(diào)整程序、聲光指示子程序、讀傳感器形狀、顯示程序