基于單片機(jī)智能機(jī)器人控制系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)

引 言

單片機(jī)技術(shù)作為自動(dòng)控制技術(shù)的核心之一，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能儀器、機(jī)電產(chǎn)品、家用電器等領(lǐng)域。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)功能也越來越強(qiáng)大，本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)、紅外技術(shù)完成智能機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。智能機(jī)器人研究在當(dāng)前機(jī)器人研究領(lǐng)域具有十分突出的地位, 其顯著的特點(diǎn)是具有環(huán)境感知、判斷決策、人機(jī)交互等功能[1]。本智能機(jī)器人系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了步行、跟蹤、避障、步伐調(diào)整、語音、聲控、液晶顯示，地面探測等功能。在遇到外界條件發(fā)生變化時(shí)，該機(jī)器人將采取不同的措施對待，較好地表現(xiàn)出該機(jī)器人的思考能力。

1 智能機(jī)器人簡介

1.1 系統(tǒng)框圖

該智能機(jī)器人控制系統(tǒng)采用兩片AT89C51[2]控制，一片單片機(jī)MCU1用于整個(gè)系統(tǒng)的控制，另一片單片機(jī)MCU2用于驅(qū)動(dòng)液晶屏LCM1602工作，它們之間通過I/O口通訊，以實(shí)現(xiàn)兩片單片機(jī)共同工作的相互協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)框圖[3]如圖1所示。

圖1 機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

設(shè)計(jì)中，MCU1的P1.0、P1.3分別接觸覺傳感器，P1.6-P1.7接視覺紅外傳感器，P2.0-P2.4口控制繼電器驅(qū)動(dòng)電路，P2.5口接地面探測傳感器，P2.6-P2.7接步伐校正光耦器，P3.0-P3.5接ISD25120語音芯片。

1.2 實(shí)現(xiàn)功能

機(jī)器人在移動(dòng)過程中，會(huì)發(fā)出語音提示：“目標(biāo)搜索中”，同時(shí)液晶顯示：“Target is in searching”；前進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，語音提示：“發(fā)現(xiàn)目標(biāo)”；液晶顯示：“Find object”，機(jī)器人自動(dòng)向該目標(biāo)轉(zhuǎn)向；對準(zhǔn)目標(biāo)后，語音提示：“鎖定目標(biāo)”，液晶顯示：“Lock it”，同時(shí)機(jī)器人向目標(biāo)繼續(xù)前進(jìn)；如機(jī)器人撞上目標(biāo)，語音提示：“前方有障礙物”，液晶顯示：“Obstacles impending”，機(jī)器人根據(jù)觸角碰撞的先后順序，向該相反的方向轉(zhuǎn)角約100度，繼續(xù)前進(jìn)；當(dāng)前方地面出現(xiàn)斷層，語音提示：“危險(xiǎn)，前方地面有斷層”，液晶顯示：“Warning，fault ahead”，同時(shí)機(jī)器人會(huì)向后退幾步，轉(zhuǎn)向后繼續(xù)前進(jìn)；如果機(jī)器人在轉(zhuǎn)向過程中，步伐錯(cuò)亂，便會(huì)自動(dòng)執(zhí)行步伐調(diào)整程序，以校正步伐。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 驅(qū)動(dòng)電路

要想讓機(jī)器人有穩(wěn)定行走能力，需要選擇穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)利用三極管放大作用對單片機(jī)I/O口電流進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)繼電器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。且不會(huì)對輸入電流有任何影響，完全可以給電動(dòng)機(jī)提供大電流，保證電路工作穩(wěn)定。

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用兩個(gè)NPN管對單片機(jī)AT89C51的I/O口輸出電流信號(hào)放大，利用電阻R19、R20作為三極管基極進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)單片機(jī)I/O口有信號(hào)輸出時(shí)，該電流經(jīng)電阻后送入第一級(jí)三極管基極，使第一級(jí)三極管導(dǎo)通，導(dǎo)通電流經(jīng)電阻送入第二個(gè)三極管基極，進(jìn)一步放大電流，以達(dá)到繼電器驅(qū)動(dòng)電流。根據(jù)計(jì)算，送入繼電器的電流是經(jīng)過兩極放大電路放大了約β2倍，9014在此做開關(guān)作用。經(jīng)過兩級(jí)放大后驅(qū)動(dòng)繼電器。如圖2所示。

圖2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖