基于AT89C51单片机的机器人设计方案.doc

机 电 科 协基于AT89C51单片机的机器人设计方案目录前言3第一章循迹小车的组成及工作原理41.循迹小车的组成42.循迹小车工作的流程简述4第二章循迹模块6第三章单片机模块8第四章电机驱动芯片L2989第五章电源模块10第六章机器人扩展10第七章附件11第八章参考文献11前言随着时间流逝，机电科协中原有的广茂达机器人日益老化，为了让科协的培训和会员的学习不受到器材的影响。我们机电科协制作部开始向价格低廉而性能优良的51单片机方向发展。经过几届的部长、副部长的努力，至今单片机控制的简易机器人技术已经达到培训要求。考虑到科协的会员都是大一学生，理论基础比较薄弱。为了降低他们的制作难度，提高制作效率，我萌生了写一个指导的想法，并且为了进一步降低难度所有电路图都使用CAD绘制，形象易于理解。希望对会员们有所帮助，因为时间较紧，文章中的不妥之处，请大家多多指正。为了让会员更容易的接受51单片机控制的机器人，文章中我将以制作一个循迹小车的完整过程带领让会员学习机器人的制作。在我学习制作小车过程中，机电科协秘书处副秘书长徐晨毓、06级肖志光学长、06级王森林学长和07级邵晓峰学长给予了很大的帮助，在这里我向他们表示最衷心的感谢！同时也向帮助过我的学长、同学以及同事表示衷心感谢！第一章 循迹小车的组成及工作原理1. 循迹小车的组成循迹小车由四大部分组成，他们分别是循迹模块、单片机模块、电机驱动模块、电源模块。电机驱动模块。他们之间互相协作，最终完成比赛。2. 循迹小车工作的流程简述首先，循迹模块中的红外接收管接收到光强信号并将信号传给LM339芯片（将信号放大）。然后LM339将放大信号传递给单片机。单片机跟据各个引脚的高低电平以及程序控制其他引脚的高低电平。例如 if(P2_1= =1)P2_2=1;这条语句执行后，当P2_1为高电平时，单片机就会将P2_2输出高电平。大家可以想如果P2_1引脚连接是传感器，而P2_2连接电机，那么电机就会转动。这就是控制。当然单片机引脚输出的电压是不可能直接驱动的了功率较大电机的。所以就有了另一个放大功能的芯片L2998。L298的功能和一般的放大芯片功能一样，不过他是专门用来驱动电机，继电器等功率较大的器件的。具体的芯片参数我会在附件中给出。这样我们的循迹小车就有了眼睛、大脑、和手脚。现在我们还缺一样那就是能量。大家都知道电池用久了后，电压就会下降。并且有时候电池接上功率大的器件，电压也会明显的波动。这对信号处理的单片机来说是无法接受的。所以我们就必须想办法让电池的电压保持恒定，这就出现了电源模块。电源模块是由芯片LM2904-50构成，该芯片可以保持电压的恒定。从电路图中，大家可以看到有两路由LM2904-50构成的稳压电路，其中一路为单片机供电，另一路为较大功率器件供电。这样，到此，我们的小车硬件就完成了！循迹模块电源模块电机驱动模块单片机模块第二章 循迹模块循迹模块是小车的眼睛，它可以探测到地面的黑线和白线。他为什么可以探测到黑白线呢？首先，先向大家介绍一下红外接收管，红外接收管很想大家熟悉的光敏电阻，当受到光照射时阻值减小，电路电流加大，分压电阻（下图中的60K）上的电压就会加大，这样有无光照就会产生高低电平。大家可以看到左边是一个红外发射管，他和LED一样，只不过发的是红外光我们开不到而已（摄像头可以看到）。这样红外发射管在不停的照射地面，当照到白色地面因为反射光强，红外接收管导通，这样下图中的橘黄色线输出高电压。如果照到黑线无反射光自然无电压输出。尽管以上的检测电路有高电压和低电压（举例假如高电压2V低电压1V），但他们之差还比较小，单片机还无法区别，所以出现了下面的比较放大电路。比较器图大家可以看到在上面有一个蓝色的三角形这就是LM339中的一个比较器，LM339有四个这样的东西。我们可以看到有两个角一个为+，一个为-。我想大家已经猜到了吧！当+角的电压大于-角的电压时，输出角输出高电压，否则输出低电压。这有什么用呢！例如 我们可以将红外接收管的信号线（橘黄色的线）接到-级，+级我们输入一个1.5V的电压。当红外接收管收到反射光时（照到白线），橘黄色线输入2V电压，因为2V1.5V这时上面的三角形输出5V电压。否者输出 - 5V电压。大家可以看到红外接收管的1V和2V高低电压变成了-5V和+5V高低电压。这样单片机就可以轻易的识别了。第三章 单片机模块单片机模块的电路比较固定，而且在培训上也介绍了，这里就不再讲解了。下面就一种比较好的方案。大家可以参考。第四章 电机驱动芯片L298上图是L298的电路图，他共有15只角，这些角都已经被生产厂家定义好了，我们只需结对线就可以了，如果还有疑问，可以参见附件上的“L298N的说明及应用.pdf”。第五章 电源模块第六章 机器人扩展到现在，我想大家对机器人应该有一定的了解了。所有的机器人的工作流程都是相似的。机器人首先收集信号，然后处理信号，最后执行相应的动作。大家现在就会想，如果用不同的传感器和不同的执行器件那么就可以得到不同功能的机器人了。确实，例如我们可以给现有的小车加上光敏电阻传感器，那么现在的机器人就可以识别可见光了，不同的光敏的信号放大电路不同而已。据我所知，现在我们可以为机器人加的较为简单的传感器有：微动开关（机器人的触觉）、红外接收管（视觉循迹、也可以感触障碍物）、光电管（感测可见光，照到时导通否者断开）、光敏电阻（感测可见光，不过是连续的模拟信号，加上相应的电路还可以感知光的连续变化）、干簧管（检测磁场）、超声波（测距，避障但电路有点复杂）、热敏电阻（感测温度）我们可以为机器人加的执行器件有：LED、继电器、电机、舵机（对角度精确控制例如飞思卡尔上的车模）、LED显示屏我想大家现在肯定会问，这么多的执行器件，传感器到底怎么用呢？确实，每一种传感器和执行器件的控制信号处理的电路是不同的。我们可以上网找到生产此传感器或执行器件的中文信息，一般厂家也会提供非常专业的资料。我们只需按照所找到的资料使用器件，我想大家一定会解决绝大部分的问题的。其实，我们每一位会员都要有自学、钻研的能力，这样才可以在未来激烈的竞争中占有一席之地。好了，下面大家可以发挥你的想象，制作自己设计的机器人吧！呵呵_第七章 附件1. L298N的说明及应用.pdf2. 四电压比较器lm339中文资料.doc第八章 参考文献1. L298N的说明及应用2. 基于at89c51单片机智能电动小车设计 郭巧惠3. 基于PIC单片机的简易智能小车的设计 王鹏 孙加存4. 一种基于AT89S52的简易智能小车设计 江晋剑 钱盟5. 一种机器人的寻迹算法6. 基于c8051单片机的足球机器人小车系统设计 夏川，曹洋，薛定宇徐心和（东北大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110004)7. 自制基于89C51单片机试验板8. 基于AT89C2051单片机的多路舵机控制器设计 - 机电之家(jdzj_com)9. 基于光数字传感器的LCD显示自动控制系统10. 智能小车设计指导11. 智能小车设计指导_第一版12. 舵机简介及其单片机控制方法(转) - 逍遥散人的日志 - 网易博客13. 舵机的控制 - 无人机 - 5iMX_com 14. USBASP安装使用说明书15. 第13课，用外中断方