基于单片机设计的简易智能机器人

1、.：.；基于单片机设计的简易智能机器人 引言 随着微电子技术的不断开展，微处置器芯片的集成程度越来越高， HYPERLINK ednchina/word/228385.aspx o 单片机 单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器、AD转换器、DA转换器等多种电路，这就很容易将计算机技术与丈量控制技术结合，组成智能化丈量控制系统。这种技术促使 HYPERLINK ednchina/word/228387.aspx o 机器人 机器人技术也有了突飞猛进的开展，目前人们曾经完全可以设计并制造出具有某些特殊功能的简易智能机器人。 1 设计思想与

2、总体方案 1.1 简易智能机器人的设计思想 本机器人能在恣意区域内沿引导线行走，自动绕障，在有光源引导的条件下能沿光源行走。同时，能检测埋在地下的金属片，发出声光指示信息，并能实时存储、显示检测到的断点数目以及各断点至起跑线间的间隔 ，最后能停在指定地点，显示出整个运转过程的时间。 本设计以AT89C5l单片机作为检测和控制中心。采用红外光电 HYPERLINK ednchina/word/228388.aspx o 传感器 传感器检测路面黑线及妨碍物，运用金属传感器检测路面下金属铁片，运用光电码盘测距，用光敏电阻检测、判别车库位置，利用PWM(脉宽调制)技术动态控制电动机的转动方向和转速。经

3、过软件编程实现机器人行进、绕障、停顿的准确控制以及检测数据的存储、显示。经过对电路的优化组合，可以最大限制地利用51单片机的全部资源。 P0口用于数码管显示，P1口用于电动机的PWM驱动控制，P2，P3口用于传感器的数据采集与中断控制。这样做的优点是：充分利用了单片机的内部资源，降低了总体设计的本钱。该方案总体方案见图1。系统的硬件组成及设计原理 此系统的硬件部分由单片机 HYPERLINK ednchina/word/228389.aspx o 单元 单元、传感器单元、电源单元、声光报警单元、键盘输入单元、电机控制单元和显示单元组成，如图2所示。 21 单片机单元 本系统采用AT89C51单

4、片机作为中央处置器。其主要义务是扫描键盘输入的信号启动机器人，在机器人行走过程中不断读取传感器采集到的数据，将得到的数据进展处置后，根据不同的情况产生占空比不同的PWM脉冲来控制电机，同时将相关数据送显示单元动态显示，产生声光报警信号。其中，P0用于数码管动态显示，P10一P15控制2个电机，P16、P17为独立式键盘接口，P2接传感器，P32接计里程的光电码盘，P37接声光报警单元，P34、P35、P36接用于显示断点数目的发光二极管。 22 电机控制单元 本机器人采用了双电机双轮驱动的小车作为其底座。2个电机分别独立控制其左右两边的车轮，靠两边电机的转速的不同来实现转弯功能，还可让其原地转

5、弯，便于控制。而传统的小车是靠动力电机和转向电机驱动，转弯角度难以控制，不便于运用。电机控制电路采用大功率对管BDl39、BDl40组成的H型驱动电路，经过单片机产生占空比不同的PWM脉冲，准确调整电机的转速。这种电路由于任务在晶体管饱和或截止形状，防止了在线性放大区任务时晶体管的管耗，可以最大限制地提高效率；H型电路保证了可以简单地实现电机转速和方向的控制；电子开关的速度和稳定性也完全可满足需求，整套驱动电路是一种被广泛采用的电机驱动技术。电路见图3。 23 传感器单元 整个机器人共采用了9个传感器，分布在整个机器人的不同部位，相互配合起不同的作用，见图4。图4中各传感器阐明如下： 传感器1

6、置于机器人正前方朝下的金属探测传感器，用于探测金属。nbsp; HYPERLINK ednchina/word/228388.aspx o 传感器 传感器2置于 HYPERLINK ednchina/word/228387.aspx o 机器人 机器人正前方朝前的超声波传感器，用于检测妨碍物。超声波来源于555产生40 kHz的方波信号，经超声波发射头发出。发射头不断发出信号，当遇到妨碍物时，信号会被反射回来，从而接纳头会接遭到信号，将信号送入 HYPERLINK ednchina/word/228385.aspx o 单片机 单片机进展相应的判别和处置。传感器3置于机器人正前方朝下的红外光电

7、传感器，用于检测停顿线。红外发射管发出信号，经不同的反射介质反射，根据红外接纳管能否接纳到信号做出相应的判别。 传感器4、5置于机器人底座下方朝下的红外光电传感器，用于检测地面的引导线，原理同传感器3。 传感器6、7置于机器人正前方朝前的光敏电阻传感器，用于寻觅光源。当机器人前方有光源照射时，光敏电阻的大小将会改动，将2个传感器的改动量进展比较处置后送入单片机，单片机将会产生相应的调整信号，使机器人朝光强的方向行走。 传感器8置于机器人后方两侧朝外的超声波传感器，用于在机器人遇到妨碍物时的转弯处置，判别机器人能否完全绕开妨碍物，原理同传感器2。 传感器9置于机器人正后方的光电码盘，用于计里程，

8、借助于鼠标原理，选用直径为26 cm的塑料小轮自制光电码盘，经过打磨使其周长为8 cm，再在该小轮上打等间隔 的8个孔，如图5所示。最小测距精度可到达1 cm，足以满足要求，两侧装上光电传感器，将其安装在车尾，使之与车的行驶同步。就实践情况自制出来的各个孔之间的间隔 无法准确相等，但经过详细丈量该光电码盘，能保证行驶50 cm产生50个脉冲，于是采用其作为计算间隔 的基准单位。在直道区，可由该电路产生的脉冲数，计算出铁片中心线至起跑线间的间隔 。此外，为了清楚直观地察看到各传感器的任务形状，电路中还专门为每个传感器设计了任务指示灯，实时显示每个传感器的任务形状。 24 键盘输入 HYPERLI

9、NK ednchina/word/228389.aspx o 单元 单元 键盘输入单元采用独立式键盘，由2个按键组成，其中一个为启动键，另一个为显示切换键，当机器人行走完全程后，按下该键，将显示整个行走过程的时间。 25 显示单元 显示单元由2个7段数码管组成，为了减少整个系统的功耗，采用了由单片机软件译码，动态显示，实时显示每个断点到起点的间隔 以及整个运转过程的时间。 26 声光报警单元 用555作为振荡源，用单片机触发振荡源驱动电磁讯响器作为声音指示器和1只发光二极管作为光指示安装，从而组成声光报警单元。 27 电源单元 本系统采用2套电源分别对电机和控制电路进展单独供电。系统控制电路采用经7805稳压后的输出供电(5V)，电机那么采用4节AA电池来供电。 3 系统的软件设计 该系统配套的软件程序采用模块构造，由C言语编写完成。主要由初始化程序、偏道调整程序、偏离光源调整程序、声光指示子程序、读传感器形状、显示程序