基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易智能機(jī)器人

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(lái)越高，單片機(jī)已可以在一塊芯片上同時(shí)集成cpu、存儲(chǔ)器、定時(shí)器／計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合，組成智能化測(cè)量控制系統(tǒng)。這種技術(shù)促使機(jī)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(jì)并制造出具有某些特殊功能的簡(jiǎn)易智能機(jī)器人。

1 設(shè)計(jì)思想與總體方案

1.1 簡(jiǎn)易智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)思想

本機(jī)器人能在任意區(qū)域內(nèi)沿引導(dǎo)線行走，自動(dòng)繞障，在有光源引導(dǎo)的條件下能沿光源行走。同時(shí)，能檢測(cè)埋在地下的金屬片，發(fā)出聲光指示信息，并能實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、顯示檢測(cè)到的斷點(diǎn)數(shù)目以及各斷點(diǎn)至起跑線間的距離，最后能停在指定地點(diǎn)，顯示出整個(gè)運(yùn)行過(guò)程的時(shí)間。

1.2 總體設(shè)計(jì)方案和框圖

本設(shè)計(jì)以at89c5l單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心。采用紅外光電傳感器檢測(cè)路面黑線及障礙物，使用金屬傳感器檢測(cè)路面下金屬鐵片，應(yīng)用光電碼盤測(cè)距，用光敏電阻檢測(cè)、判斷車庫(kù)位置，利用pwm(脈寬調(diào)制)技術(shù)動(dòng)態(tài)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速。通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行進(jìn)、繞障、停止的精確控制以及檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示。通過(guò)對(duì)電路的優(yōu)化組合，可以最大限度地利用51單片機(jī)的全部資源。

p0口用于數(shù)碼管顯示，p1口用于電動(dòng)機(jī)的pwm驅(qū)動(dòng)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(diǎn)是：充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，降低了總體設(shè)計(jì)的成本。該方案總體方案見(jiàn)圖1。

2 系統(tǒng)的硬件組成及設(shè)計(jì)原理

此系統(tǒng)的硬件部分由單片機(jī)單元、傳感器單元、電源單元、聲光報(bào)警單元、鍵盤輸入單元、電機(jī)控制單元和顯示單元組成，如圖2所示。

2．1 單片機(jī)單元

本系統(tǒng)采用at89c51單片機(jī)作為中央處理器。其主要任務(wù)是掃描鍵盤輸入的信號(hào)啟動(dòng)機(jī)器人，在機(jī)器人行走過(guò)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(lái)控制電機(jī)，同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)送顯示單元?jiǎng)討B(tài)顯示，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)。其中，p0用于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，p1．0一p1．5控制2個(gè)電機(jī)，p1．6、p1．7為獨(dú)立式鍵盤接口，p2接傳感器，p3．2接計(jì)里程的光電碼盤，p3．7接聲光報(bào)警單元，p3．4、p3．5、p3．6接用于顯示斷點(diǎn)數(shù)目的發(fā)光二極管。

2．2 電機(jī)控制單元

本機(jī)器人采用了雙電機(jī)雙輪驅(qū)動(dòng)的小車作為其底座。2個(gè)電機(jī)分別獨(dú)立控制其左右兩邊的車輪，靠?jī)蛇呺姍C(jī)的轉(zhuǎn)速的不同來(lái)實(shí)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(dòng)力電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)彎角度難以控制，不便于使用。

電機(jī)控制電路采用大功率對(duì)管bdl39、bdl40組成的h型驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)單片機(jī)產(chǎn)生占空比不同的pwm脈沖，精確調(diào)整電機(jī)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(shí)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(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(dòng)電路是一種被廣泛采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。電路見(jiàn)圖3。

2．3 傳感器單元

整個(gè)機(jī)器人共采用了9個(gè)傳感器，分布在整個(gè)機(jī)器人的不同部位，相互配合起不同的作用，見(jiàn)圖4。