一種嵌入式智能尋跡機(jī)器人設(shè)計(jì)

1 引言

　　在信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)，通訊、消費(fèi)電子三種技術(shù)合一的后PC的時(shí)代，雖然計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面滲透到日常生活的每一個(gè)角落，但各種各樣的新型嵌入式接入設(shè)備已經(jīng)成為當(dāng)前的主流產(chǎn)品。任何一個(gè)普通人都可能擁有幾十種嵌入式技術(shù)的電子產(chǎn)品，小到手表、手機(jī)、mp3播放器、PDA等微型數(shù)字化產(chǎn)品，大到智能家電、網(wǎng)絡(luò)家電、車載電子設(shè)備等都離不開嵌入式技術(shù)。作為嵌入式技術(shù)的一個(gè)重要的研究分支――機(jī)器人技術(shù)，目前在國內(nèi)外研究的如火如荼，各種各樣的工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)開始應(yīng)用到人們的生產(chǎn)和生活當(dāng)中，使用機(jī)器人的優(yōu)勢已經(jīng)被人們廣泛認(rèn)可，并正在成為我們?nèi)粘９ぷ骱蜕畹囊徊糠?。本文利用AT89S52設(shè)計(jì)了一種嵌入式智能尋跡機(jī)器人，在傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和軟件的控制下，能夠智能地完成迷宮行走路線探測的任務(wù)，與傳統(tǒng)的遙控玩具車相比，具有一定的獨(dú)立性和智能性，是未來智能玩具車的一種雛形。

　　2 系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和工作原理

　　嵌入式智能尋跡機(jī)器人的硬件架構(gòu)如圖1。以單片機(jī)AT89S52為核心，外圍由電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)電源模塊、主板電源模塊、通訊模塊、回避障礙模塊以及在線編程模塊等組成。紅外光電傳感器通過主板的P8、P9、P10接口連接到AT89S52的P0.5、P0.6和P0.7端口，其中P0.5 = 0，表示前方有障礙；P0.6 = 0 ，表示左方有障礙； P0.7=0，表示右方有障礙。左右電機(jī)通過主板的P5接口，連接到主板電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

　　上電后，通過傳感器采集迷宮擋板的信號(hào)來控制端口P0的低五位，實(shí)現(xiàn)左右電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)，從而使機(jī)器人做左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、直線前進(jìn)等動(dòng)作，完成在迷宮中從入口到出口的行進(jìn)過程。

　　3　系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)

　　3.1 微控制器模塊

　　AT89S52是一個(gè)低功耗、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)有8KB ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。

　　AT89S52有40個(gè)引腳，片內(nèi)有8KB Flash程序存儲(chǔ)器，256B的RAM，32個(gè)外部雙向輸入/輸出口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2層中斷嵌套，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等。

　　在開發(fā)過程中使用開發(fā)板，以方便程序的調(diào)試和整機(jī)的測試，待系統(tǒng)調(diào)試完成后，將單片機(jī)從開發(fā)板上取下，安裝在機(jī)器人系統(tǒng)板的單片機(jī)座中，由于設(shè)計(jì)中的機(jī)器人需要完成的任務(wù)比較簡單，因此只在機(jī)器人系統(tǒng)板的單片機(jī)系統(tǒng)中保留了晶振和復(fù)位電路，取消了JTAG編程口等冗余電路。

　　3.2 傳感器模塊

　　光電傳感器的工作原理是傳感器紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外光，接收管根據(jù)反射回來的紅外光強(qiáng)度大小來計(jì)數(shù)的，故被檢測的部件或物體表面必須有黑白相間的部位用于吸收和反射紅外光，這樣接收管才能處于有效的截止和飽和區(qū)以達(dá)到計(jì)數(shù)的目的。傳感器的檢測與調(diào)節(jié)電路如圖2所示。圖中的R3用于調(diào)節(jié)比較器的門限電壓，經(jīng)示波器觀察，輸出波形相當(dāng)規(guī)則，可以直接供單片機(jī)查詢使用，而且經(jīng)驗(yàn)證給此電路供電的電池壓降較小。紅外光電傳感器通過主板P8、P9、P10接口連接到AT89S52的P0.5、P0.6和P0.7端口。其中P0.5 = 0，表示前方有障礙；P0.6 = 0 ，表示左方有障礙； P0.7=0，表示右方有障礙。