基于单片机设计的简易智能机器人Word文档格式.docx

1、 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

2、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。 21 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

3、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，P10一P15操纵2个电机，P16、P17为独立式键盘接口，P2接传感器，P32接计里程的光电码盘，P37接声光报警单元，P34、P35、P36接用于显示断点数目的发光二极管。 22 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P

4、WM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。23 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。nbsp; 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40 kHz的方波信号，经超声波发射

5、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

6、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26 cm的塑料小轮自制光电码盘，通过打磨使其周长为8 cm，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1 cm，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50 cm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

7、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。 24 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。 25 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。 26 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。 27 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。