基于单片机自动壁障机器人的研究Word文档下载推荐.docx

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指导教师

龚希宾

顾问教师

揭志远

摘要

随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器／计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器、A／D转换器、D／A转换器等多种电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。

这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展，目前人们已经完全可以设计并制造出具有某些特殊功能的简易智能机器人。

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关键字:

单片机,传感器,转换器,机器人.

Abstract

Abstract:

withthedevelopmentofmicroelectronictechnology,microprocessorchipintegrationdegreemoreandmorehigh,SCMhasinonechipandintegratedCPU,memory,timer/counter,parallelandserialinterface,watchdog,preamplifier,A/Dconverter,D/Aconverterandothercircuits,itiseasytothecombinationofcomputertechnologyandmeasurementandcontroltechnology,intelligentmeasurementandcontrolsystem.Thistechnologytorobottechnologyhasmakeaspurtofprogressofdevelopment,atpresenthasbeenentirelysimpleintelligentrobotisdesignedandmanufacturedwithcertainspecialfunctions.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

Keywords:

Microcontroller,sensor,transducer,robot残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。

第一章绪论

1.1机器人的定义

机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，集合了多学科的发展。

新机型、新功能不断涌现且机器人涉及到人的概念，各国关于机器人都有自己的定义。

我国科学家对机器人的定义为机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协调能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”日本工业机器人协会把工业机器人定义为“一种装备有记忆装置和末端执行器的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。

联合国标准化组织定义为：

机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。

随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，我国也面临讨论和制定关于机器人技术的各项标准问题。

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1.2国内外移动机器人研究现状及发展趋势

斯坦福研究院（SKI）在1966年至年中研制出了第一台自主移动机器人，其目的是研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制。

与此同时，最早的操作式步行机器人也研究成功，以解决机器人不平整地域内的运动问题，设计并研制出了多足步行机器人。

70年代末期，随着计算机的应用和传感技术的发展，移动机器人研究又出现了新的高潮，80年代中期世界著名的公司开始研制移动机器人平台，这些移动机器人主要作为大学实验室及研究机构的移动机器人实验平台，从而促进了移动机器人学多种研究方向的出现。

1996年。

美国航空航天局NASA研制的活性探测移动机器．Ksojourner首次登上活性执行科学考察任务，利用移动机器人技术进行空间探测和开发成为21世纪全球各主要国家开展科技和空间资源竞的主要目标。

为了在火星上进行长距离探险，又开始了新一代样的研制，命名为Rocky7，并在Lavic湖的岩溶流上和干涸的湖床上进行了成功的实验。

2002年丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。

2003年7月7曰美国的“机遇”号火星探测机器人成功升空，开始踏上去火星找寻水和生命存在踪迹的慢慢旅途。

在欧美、日本等发达国家，移动式服务机器人已广泛应用于医疗福利服务、商场超市服务、餐厅旅馆服务、维修清洗服务和家庭服务。

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1.3课题研究的意义

移动避障机器人是新生的计算机控制领域中的最年轻一代，并在1985年后成为此领域中的主角，被广泛应用于社会生活的各方各而。

由于移动机器人具有一般机器人所不具备的移动能力，从而使之更具备“代替人”作业的实力。

移动机器人在移动过程中不可避免会遇到各式各样的障碍物，灵活、实时的躲开这些障碍物是衡量其性能的关键指标。

具有避障功能移动机器人拥有相当高的社会价值，不仅可以代替人们在有辐射、有粉尘、有毒等环境智能化作业，还可以广泛用于科学考察、地质勘探、灾难营救等多个领域，对人类了解地球、征服自然、探索宇宙具有重要意义此外在军事领域与航空航天需要这种技术，用于军事侦察、排雷除险和无人作战等，以次提高我军的综合作战能力。

在外太空进行星球表面的探测，使用这种自主移动机器人，可以增加探测的可靠性，降低风险。

21世纪，机器人将用于提高人民健康水平与生活水准、丰富人民文化生活。

例如服务机器人将进入家庭，从事清洁卫生、园艺、炊事、垃圾处理、家庭护理与服务等作业在医院，机器人可以从事手术、化验、助残、导盲、运输、康复及病人护理等作业:

在商业和旅游业中导购机器人、导游机器人和表演机器人都将得到发展，智能机器人玩具和智能机器人宠物的种类将不断增加，从而使人类生活更加丰富多彩赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。

1.4本设计任务和主要内容

本设计是对以单片机STC89C52为核心的系统根据感测模块传输的前方路面信息控制机器人行驶走向的软、硬件设计开发。

系统要能够做到准确及时监测前方路面信息并传输给主控模块，做到根据前方路面信息及时调整机器人的走向，做到显示机器人的走向和机器人已经行驶过的路程。

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主要内容是：

①感测模块实时监测路面情况并及时传输给单片机；

2单片机核心模块根据感测模块给予的信息控制机器人两电机转动；

③电机驱动模块驱动两电机转动，实现转向与行走；

④液晶显示模块显示走向和已行驶过的路程。

第二章系统主要硬件电路设计

二.1系统原理组成框图

图2－1系统原理组成框图

2.2系统主控模块电路

2.2.1STC89C52单片机性能优点

课堂上我们学习的是AT89C51单片机，但实际应用中现在我们是不会再用AT89C51单片机了。

学习AT89C51单片机是学习一种方法，学习单片机的基本结构，指令。

现在单片机种类繁多，各有各的优点，结合具体情况恰当选择单片机型号也是非常重要的，在此系统中采用STC89C52为主控模块芯片，选此芯片的理由是：

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（1）与MCS-51单片机完全兼容：

指令兼容，引脚兼容高保密性：

无法读出，因此无法解密；

（2）超强抗干扰能力：

电源、I/O接口、时钟均有抗干扰措施；

（3）高可靠性：

1宽电压范围，不怕电源波动5V产品3.4V～6V；

2宽温度范围：

－400C～850C；

（4）低电磁辐射：

1可禁止ALE输出，降低辐射；

2可选6时钟/机器周期，降低晶振频率，降低辐射；

3单片机时钟振荡器增益可设为1/2；

（5）超低功耗：

1掉电模式典型功耗：

≦1uA，可由外中断唤醒；

2空闲模式典型功耗：

2mA；

3正常工作典型功耗：

4mA～7mA；

4可在线编程，节约投资；

5强驱动能力，无论灌电流还是拉电流，均优于MCS-51单片机；

6高速度，最高晶振达到90MHZ；

（6）内部资源更丰富，与MCS-51单片机相比增加了：

1T2定时/计数器；

2内部数据存储器RAM增加了1～8倍；

3自带A/D和PWM；

4有P4口；

2.2.2主控模块电路

图2－2系统核心STC89C52连接电路图

2.3电机控制

本机器人采用了双电机双轮驱动的小车作为其底座。

2个电机分别独立控制其左右两边的车轮，靠两边电机的转速的不同来实现转弯功能，还可让其原地转弯，便于控制。

而传统的小车是靠动力电机和转向电机驱动，转弯角度难以控制，不便于使用。

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电机控制电路采用大功率对管BDl39、BDl40组成的H型驱动电路，通过单片机产生占空比不同的PWM脉冲，精确调整电机的转速。

这种电路由于工作在晶体管饱和或截止状态，避免了在线性放大区工作时晶体管的管耗，可以最大限度地提高效率；

H型电路保证了可以简单地实现电机转速和方向的控制；

电子开关的速度和稳定性也完全可满足需要，整套驱动电路是一种被广泛采用的电机驱动技术。

电路见图2-3。

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图2-3电机控制电路图

2.4电源及稳压模块

2.4.1方案1：

采用交流电经直流稳压处理后供电

采用交流电提供直流稳压电源，电流驱动能力及电压稳定性最好，且负载对电源影响也最小。

但由于需要电线对机器人供电，极大影响了避障机器人行动的灵活性及地形的适应能力。

而且避障机器人极易把拖在地上的电线识别为障碍骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。

物，人为增加了不必要的障碍。

故放弃了这一方案。

2.4.2方案2：

采用干电池组进行供电

采用四节干电池降压至5V后给单片机及其他逻辑单元供电，另取六节干电池为电机及光电开关供电。

这样电机启动及制动时的短暂电压干扰不会影响到逻辑单元和单片机的工作。

但由于电机驱动需要比较大的电流，所以采用干电池供电使用的周期不能很长，实用性不太好。

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2.4.3方案3：

采用可充电蓄电池供电

采用可充电蓄电池给驱动和感测模块供电，其它采用蓄电池经LM2575稳压后供电。

虽然蓄电池的重量比较大，但是蓄电池能够供电的时间长而稳定，况且买来的机器人负重能力好，所以采用此方案完全可行。

故采用了此方案。

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其原理图如下图所示：

图2-4供电电源及稳压模块

2.5传感器模块

整个机器人共采用了9个传感器，分布在整个机器人的不同部位，相互配合

起不同的作用，见图2-5。

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图2-5中各传感器说明如下：

传感器1置于机器人正前方朝下的金属探测传感器，用于探测金属。

传感器2置于机器人正前方朝前的超声波传感器，用于检测障碍物。

超声波来源于555产生40kHz的方波信号，经超声波发射头发出。

发射头不断发出信号，当遇到障碍物时，信号会被反射回来，从而接收头会接受到信号，将信号送入单片机进行相应的判断和处理。

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传感器3置于机器人正前方朝下的红外光电传感器，用于检测停止线。

红外发射管发出信号，经不同的反射介质反射，根据红外接收管是否接收到信号做出相应的判断。

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传感器4、5置于机器人底座下方朝下的红外光电传感器，用于检测地面的引导线，原理同传感器3。

传感器6、7置于机器人正