基于單片機設(shè)計的簡易智能機器人
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隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成程度越來越高，單片機已可以在一塊芯片上同時集成CPU、存儲器、定時器／計數(shù)器、并行和串行接口、看門狗、前置放大器、A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器等多種電路，這就很容易將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合，組成智能化測量控制系統(tǒng)。這種技術(shù)促使機器人技術(shù)也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，目前人們已經(jīng)完全可以設(shè)計并制造出具有某些特殊功能的簡易智能機器人。
1 設(shè)計思想與總體方案
1.1 簡易智能機器人的設(shè)計思想
本機器人能在任意區(qū)域內(nèi)沿引導(dǎo)線行走，自動繞障，在有光源引導(dǎo)的條件下能沿光源行走。同時，能檢測埋在地下的金屬片，發(fā)出聲光指示信息，并能實時存儲、顯示檢測到的斷點數(shù)目以及各斷點至起跑線間的距離，
最后能停在指定地點，顯示出整個運行過程的時間。
1.2 總體設(shè)計方案和框圖
本設(shè)計以AT89C51單片機作為檢測和控制核心。采用紅外光電傳感器檢測路面黑線及障礙物，使用金屬傳感器檢測路面下金屬鐵片，應(yīng)用光電碼盤測距，用光敏電阻檢測、判斷車庫位置，利用PWM(脈寬調(diào)制)技術(shù)動態(tài)控制電動機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。通過軟件編程實現(xiàn)機器人行進(jìn)、繞障、停止的精確控制以及檢測數(shù)據(jù)的存儲、顯示。通過對電路的優(yōu)化組合，可以最大限度地利用51單片機的全部資源。
P0口用于數(shù)碼管顯示，P1口用于電動機的PWM驅(qū)動控制，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)點是：充分利用了單片機的內(nèi)部資源，降低了總體設(shè)計的成本。該方案總體方案見圖1。
此系統(tǒng)的硬件部分由單片機單元、傳感器單元、電源單元、聲光報警單元、鍵盤輸入單元、電機控制單元和顯示單元組成，如圖2所示。
本系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為中央處理器。其主要任務(wù)是掃描鍵盤輸入的信號啟動機器人，在機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)行處理后，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，同時將相關(guān)數(shù)據(jù)送顯示單元動態(tài)顯示，產(chǎn)生聲光報警信號。其中，P0用于數(shù)碼管動態(tài)顯示，P1．0一P1．5控制2個電機，P1．6、P1．7為獨立式鍵盤接口，P2接傳感器，P3．2接計里程的光電碼盤，P3．7接聲光報警單元，P3．4、P3．5、P3．6接用于顯示斷點數(shù)目的發(fā)光二極管。
2．2 電機控制單元
本機器人采用了雙電機雙輪驅(qū)動的小車作為其底座。2個電機分別獨立控制其左右兩邊的車輪，靠兩邊電機的轉(zhuǎn)速的不同來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能，還可讓其原地轉(zhuǎn)彎，便于控制。而傳統(tǒng)的小車是靠動力電機和轉(zhuǎn)向電機驅(qū)動，轉(zhuǎn)彎角度難以控制，不便于使用。電機控制電路采用大功率對管BDl39、BDl40組成的H型驅(qū)動電路，通過單片機產(chǎn)生占空比不同的PWM脈沖，精確調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在晶體管飽和或截止?fàn)顟B(tài)，避免了在線性放大區(qū)工作時晶體管的管耗，可以最大限度地提高效率；H型電路保證了可以簡單地實現(xiàn)電機轉(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要，整套驅(qū)動電路是一種被廣泛采用的電機驅(qū)動技術(shù)。電路見圖3。
整個機器人共采用了9個傳感器，分布在整個機器人的不同部位，相互配合起不同的作用，見圖4。
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