基于单片机智能机器人控制系统研究设计.doc

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1、基于单片机智能机器人控制系统研究设计引言单片机技术作为自动控制技术的核心之一，被广泛应用于工业控制、智能仪器、机电产品、家用电器等领域。随着微电子技术的迅速发展，单片机功能也越来越强大，本设计基于单片机技术、红外技术完成智能机器人控制系统设计。智能机器人研究在当前机器人研究领域具有十分突出的地位,其显著的特点是具有环境感知、判断决策、人机交互等功能[1]。本智能机器人系统主要实现了步行、跟踪、避障、步伐调整、语音、声控、液晶显示，地面探测等功能。在遇到外界条件发生变化时，该机器人将采取不同的措施对待，较好地表现出该机器人的思考能力。1智能机器人简介1.1系统框图该智能机器人

2、控制系统采用两片AT89C51[2]控制，一片单片机MCU1用于整个系统的控制，另一片单片机MCU2用于驱动液晶屏LCM1602工作，它们之间通过I/O口通讯，以实现两片单片机共同工作的相互协调控制。系统框图[3]如图1所示。图1机器人控制系统结构图设计中，MCU1的P1.0、P1.3分别接触觉传感器，P1.6-P1.7接视觉红外传感器，P2.0-P2.4口控制继电器驱动电路，P2.5口接地面探测传感器，P2.6-P2.7接步伐校正光耦器，P3.0-P3.5接ISD25120语音芯片。1.2实现功能机器人在移动过程中，会发出语音提示：“目标搜索中”，同时液晶显示：“Targ

3、etisinsearching”；前进过程中发现目标，语音提示：“发现目标”；液晶显示：“Findobject”，机器人自动向该目标转向；对准目标后，语音提示：“锁定目标”，液晶显示：“Lockit”，同时机器人向目标继续前进；如机器人撞上目标，语音提示：“前方有障碍物”，液晶显示：“Obstaclesimpending”，机器人根据触角碰撞的先后顺序，向该相反的方向转角约100度，继续前进；当前方地面出现断层，语音提示：“危险，前方地面有断层”，液晶显示：“Warning，faultahead”，同时机器人会向后退几步，转向后继续前进；如果机器人在转向过程中，步伐错乱，便

4、会自动执行步伐调整程序，以校正步伐。2系统设计2.1驱动电路要想让机器人有稳定行走能力，需要选择稳定的电动机驱动系统。本设计利用三极管放大作用对单片机I/O口电流进行放大，驱动继电器控制电动机转动。且不会对输入电流有任何影响，完全可以给电动机提供大电流，保证电路工作稳定。电动机驱动电路采用两个NPN管对单片机AT89C51的I/O口输出电流信号放大，利用电阻R19、R20作为三极管基极进行保护。当单片机I/O口有信号输出时，该电流经电阻后送入第一级三极管基极，使第一级三极管导通，导通电流经电阻送入第二个三极管基极，进一步放大电流，以达到继电器驱动电流。根据计算，送入继电器的

5、电流是经过两极放大电路放大了约β2倍，9014在此做开关作用。经过两级放大后驱动继电器。如图2所示。图2电机驱动电路原理图每个继电器相当于一个单刀双掷开关，由此，两个单刀双掷开关，组成电动机正反转控制电路，实现机器人前进、后退动作。2.2视觉电路在此设计中，我们仅要求机器人发现并跟踪目标，不需要识别目标。因此采用最常用的红外线反射传感器来作为机器人的视觉功能，检测机器人前方是否有目标。该功能的实现采用的是两个型号为TX05D的红外线反射传感器[4]。TX05D常用的红外反射式接近开关，它内部有一红外线发射管和一红外线接收管。发射管发出红外线，如果其正前方没有物体，那么接收管

6、接收不到红外线反馈信号。当前方出现物体时，红外线信号经过物体被反射了回来，这时接收管接收到信号，向单片机发出高电平信号，以告知单片机其前方出现障碍物。两个红外线传感器安装在机器人前方的两侧，在机器人工作时，两个传感器始终向外发射红外线探测信号，当其中一个传感器接收到反馈信号时，便向单片机发出高电平信号，告知单片机该方向发现目标，单片机经过判断后，控制电动机向该方向转向，以实现跟踪功能。当两个传感器都感应到目标时，机器人便向着目标直着前进，直到撞上目标。2.3步伐调整电路当机器人在前进过程中，如果电机转速不一致或者在转向过程中打乱了步伐，这时便会启动步伐调整功能，该功能是利用

7、两个光耦来完成的。在机器人腿部，装有两片通过光耦的挡片，当机器人正常行走时，挡片会交替的打开和关闭光耦。如果两个光耦的状态始终不相同。那么就说明该机器人步伐正常。当光耦状态出现相同时，说明机器人步伐错乱，需要校正步伐。这时便会随机停下一条“腿”，等另一条“腿”走在合适位置，即光耦状态相反时，再作出同步前进。电路如图3所示。2.4显示电路本功能主要实现了人机交互的视觉平台。本设计采用LCM1602液晶显示模块，该模块是最常用的英文显示模块，它内部含有英文字库，使用方便，价格便宜。液晶显示功能是配合语音功能共同使用的附