基于单片机设计的简易智能机器人Word文档格式.docx
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1.1简易智能机器人的设计思想
本机器人能在任意区域内沿引导线行走,自动绕障,在有光源引导的条件下能沿光源行走。
同时,能检测埋在地下的金属片,发出声光指示信息,并能实时储备、显示检测到的断点数目以及各断点至起跑线间的距离,最后能停在指定地点,显示出整个运行过程的时刻。
本设计以AT89C5l单片机作为检测和操纵核心。
采纳红外光电传感器检测路面黑线及障碍物,使用金属传感器检测路面下金属铁片,应用光电码盘测距,用光敏电阻检测、判定车库位置,利用PWM(脉宽调制)技术动态操纵电动机的转动方向和转速。
通过软件编程实现机器人行进、绕障、停止的精确操纵以及检测数据的储备、显示。
通过对电路的优化组合,能够最大限度地利用51单片机的全部资源。
P0口用于数码管显示,P1口用于电动机的PWM驱动操纵,P2,P3口用于传感器的数据采集与中断操纵。
如此做的优点是:
充分利用了单片机的内部资源,降低了总体设计的成本。
该方案总体方案见图1。
系统的硬件组成及设计原理
此系统的硬件部分由单片机单元、传感器单元、电源单元、声光报警单元、键盘输入单元、电机操纵单元和显示单元组成,如图2所示。
2.1单片机单元
本系统采纳AT89C51单片机作为中央处理器。
其要紧任务是扫描键盘输入的信号启动机器人,在机器人行走过程中不断读取传感器采集到的数据,将得到的数据进行处理后,依照不同的情形产生占空比不同的PWM脉冲来操纵电机,同时将相关数据送显示单元动态显示,产生声光报警信号。
其中,P0用于数码管动态显示,P1.0一P1.5操纵2个电机,P1.6、P1.7为独立式键盘接口,P2接传感器,P3.2接计里程的光电码盘,P3.7接声光报警单元,P3.4、P3.5、P3.6接用于显示断点数目的发光二极管。
2.2电机操纵单元
本机器人采纳了双电机双轮驱动的小车作为其底座。
2个电机分别独立操纵其左右两边的车轮,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,便于操纵。
而传统的小车是靠动力电机和转向电机驱动,转弯角度难以操纵,不便于使用。
电机操纵电路采纳大功率对管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,幸免了在线性放大区工作时晶体管的管耗,能够最大限度地提高效率;
H型电路保证了能够简单地实现电机转速和方向的操纵;
电子开关的速度和稳固性也完全可满足需要,整套驱动电路是一种被广泛采纳的电机驱动技术。
电路见图3。
2.3传感器单元
整个机器人共采纳了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4。
图4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。
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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,从而接收头会同意到信号,将信号送入单片机进行相应的判定和处理。
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,依照红外接收管是否接收到信号做出相应的判定。
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置于机器人正前方朝前的光敏电阻传感器,用于查找光源。
当机器人前方有光源照耀时,光敏电阻的大小将会改变,将2个传感器的改变量进行比较处理后送入单片机,单片机将会产生相应的调整信号,使机器人朝光强的方向行走。
传感器8置于机器人后方两侧朝外的超声波传感器,用于在机器人遇到障碍物时的转弯处理,判定机器人是否完全绕开障碍物,原理同传感器2。
传感器9置于机器人正后方的光电码盘,用于计里程,借助于鼠标原理,选用直径为2.6cm的塑料小轮自制光电码盘,通过打磨使其周长为8cm,再在该小轮上打等距离的8个孔,如图5所示。
最小测距精度可达到1cm,足以满足要求,两侧装上光电传感器,将其安装在车尾,使之与车的行驶同步。
就实际情形自制出来的各个孔之间的距离无法精确相等,但通过具体测量该光电码盘,能保证行驶50cm产生50个脉冲,因此采纳其作为运算距离的基准单位。
在直道区,可由该电路产生的脉冲数,运算出铁片中心线至起跑线间的距离。
此外,为了清晰直观地观看到各传感器的工作状态,电路中还专门为每个传感器设计了工作指示灯,实时显示每个传感器的工作状态。
2.4键盘输入单元
键盘输入单元采纳独立式键盘,由2个按键组成,其中一个为启动键,另一个为显示切换键,当机器人行走完全程后,按下该键,将显示整个行走过程的时刻。
2.5显示单元
显示单元由2个7段数码管组成,为了减少整个系统的功耗,采纳了由单片机软件译码,动态显示,实时显示每个断点到起点的距离以及整个运行过程的时刻。
2.6声光报警单元
用555作为振荡源,用单片机触发振荡源驱动电磁讯响器作为声音指示器和1只发光二极管作为光指示装置,从而组成声光报警单元。
2.7电源单元
本系统采纳2套电源分别对电机和操纵电路进行单独供电。
系统操纵电路采纳经7805稳压后的输出供电(5V),电机则采纳4节AA电池来供电。
3系统的软件设计
该系统配套的软件程序采纳模块结构,由C语言编写完成。
要紧由初始化程序、偏道调整程序、偏离光源调整程序、声光指示子程序、读传感器状态、显示程序、定时器0的中断服务程序、定时器1的中断服务程序、外部中断0的服务程序、停车处理等模块组成。
系统的主体流程如图6所示。
4终止语
该机器人在认为设定的跑道上通过多次实验,达到了预期的成效,然而其智能化程度还远远不够。
随着人工智能和神经网络技术的不断研究和深入,智能机器人的进展前景将会越来越宽敞。