1 设计思想与总体方案
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,并能实时存储、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间。
1.2 总体设计方案和框图
本设计以AT89C5l单片机作为检测和控制核心。采用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、判断车库位置,利用PWM(脉宽调制)技术动态控制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、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示。通过对电路的优化组合,可以最大限度地利用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驱动控制,P2,P3口用于传感
2 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、电机控制单元和显示单元组成控制工程网版权所有,如图2所示。
2.1 单片机单元
本系统采用AT89C51单片机作为中央处理器。其主要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CONTROL ENGINEERING China版权所有,根据不同的情况产生占空比不同的PWM脉冲来控制电机,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控制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CONTROL ENGINEERING China版权所有,P3.7接声光报警单元控制工程网版权所有,P3.4、P3.5、P3.6接用于显示断点数目的发光二极管。
2.2 电机控制单元
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,*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*动力电机和转向电机驱动,转弯角度难以控制,不便于使用。
电机控制电路采用大功率对管BDl39、BDl40组成的H型驱动电路CONTROL ENGINEERING China版权所有,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3。
2.3 传感器单元
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。
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。
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。
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,用于寻找光源。当机器人前方有光