基于PIC單片機及傳感器的機器人設(shè)計與實現(xiàn)

1前言

機器人技術(shù)是融合了機械、電子、傳感器、計算機、人工智能等許多學(xué)科的知識，涉及到當今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)。一些發(fā)達國家已把機器人制作比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段。如日本每年都要舉行諸如“NHK杯大學(xué)生機器人大賽”、“全日本機器人相撲大會”、“機器人足球賽”等各種類型的機器人制作比賽，參加者多為學(xué)生，旨在通過大賽全面培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)造能力、合作能力和進取精神，同時也普及智能機器人的知識.^[1]

開展機器人的制作活動，是培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力的最佳實踐活動之一，特別是機電專業(yè)學(xué)生開展綜合知識訓(xùn)練的最佳平臺。本文針對具有引導(dǎo)線環(huán)境下的路徑跟蹤這一熱點問題，基于單片機控制及傳感器原理，通過硬件電路制作和軟件編程，制作了一個機器人，實現(xiàn)了機器人的路徑跟蹤和自動糾偏的功能，并能探測金屬，實時顯示距離。

2機器人要完成的功能

選取一塊光滑地板或木板，上面鋪設(shè)白紙，白紙上畫任意黑色線條（線條不要交叉），作為機器人行走的軌跡，引導(dǎo)機器人自主行走。紙下沿黑線軌跡隨機埋藏幾片薄鐵片，鐵片厚度為0.5～1.0mm。機器人沿軌跡行走一周，探測出埋藏在紙下鐵片，發(fā)出聲光報警，并顯示鐵片距離起點的位置。

3 硬件設(shè)計方案

機器人總體構(gòu)成

如圖4所示，金屬探測器使用一接近開關(guān)，探測有效距離約為4mm，將它固定在機器人上，當探測到金屬片時，探測器輸出端輸出低電平，經(jīng)反向器后接一發(fā)光二極管和一蜂鳴器，發(fā)出聲光指示信號。同時輸出反向后接單片機，對探測到的金屬片個數(shù)進行計數(shù)。

霍爾元件測距設(shè)計

霍爾集成片內(nèi)部由三片霍爾金屬板組成，當磁鐵正對金屬板時，根據(jù)霍爾效應(yīng)，金屬板發(fā)生橫向?qū)?SUP>[4]，因此可以在車輪上安裝磁片，而將霍爾集成片安裝在固定軸上，通過對脈沖計數(shù)進行距離測量。小車后輪每轉(zhuǎn)一圈，霍爾元件產(chǎn)生的脈沖送入單片機的T0口進行計數(shù)，單片機完成脈沖數(shù)到距離的轉(zhuǎn)換。在后輪安裝一個磁極，測量誤差是一個車輪的周長，可在軟件中給予補償。

LCD顯示

液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。這里采用2行16個字的DM-162液晶模塊，通過與單片機連接，編程，完成顯示功能。

4 系統(tǒng)軟件流程

系統(tǒng)軟件流程如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

5 結(jié)論

本文基于單片機及傳感器原理，以單片機為控制器的核心，小型直流電機作為驅(qū)動元件，配置不同類型的傳感器，通過軟件編程，制作出了一個價格低廉、模塊化結(jié)構(gòu)的小型機器人。大量的行走實驗證明，該機器人能夠順利路徑跟蹤和自動糾偏自主行走，并完成探測、顯示等功能。

本文作者創(chuàng)新點：本文針對具有引導(dǎo)線環(huán)境下的路徑跟蹤這一熱點問題，采用多傳感器信息融合技術(shù)，通過單片機控制，實現(xiàn)了機器人的路徑跟蹤和自動糾偏的功能，方法簡單，易于實現(xiàn)，造價低廉，效果較好。

參考文獻

[1]韓建海，趙書尚，張國躍等?；?PIC 單片機的六足機器人制作。機器人技術(shù)與應(yīng)用，2003,06
[2] 姜長漲，于萬元，王冬蕾?；贏VR單片機的直流電動機的PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計。儀器儀表用戶，2006,02
[3] 薛艷茹，鄭冰， 郝興貞，等?；谀：刂菩畔⑷诤戏椒ǖ臋C器人導(dǎo)航系統(tǒng)。微計算機信息，2005年第11-2期
[4] 張壽安?；魻栃?yīng)在位置控制中的應(yīng)用。長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版)，2005,02