一種簡(jiǎn)易智能機器人的設計及應用

1、設計思想與總體方案

1．1　簡(jiǎn)易智能機器人的設計思想

本機器人能在任意區域內沿引導線(xiàn)行走，自動(dòng)繞障，在有光源引導的條件下能沿光源行走。同時(shí)，能檢測埋在地下的金屬片，發(fā)出聲光指示信息，并能實(shí)時(shí)存儲、顯示檢測到的金屬片數目以及各金屬片至起跑線(xiàn)間的距離，最后能停在指定地點(diǎn)，顯示出整個(gè)運行過(guò)程的時(shí)間。

1．2　總體設計方案和框圖

本設計以AT89C51單片機作為檢測和控制核心。采用紅外光電傳感器檢測路面黑線(xiàn)及障礙物，使用金屬傳感器檢測路面下金屬鐵片，應用光電碼盤(pán)測距，用光敏電阻檢測、判斷車(chē)庫位置，利用PWM技術(shù)動(dòng)態(tài)控制電動(dòng)機的轉動(dòng)方向和轉速。通過(guò)軟件編程實(shí)現機器人行進(jìn)、繞障、停止的精確控制以及檢測數據的存儲、顯示。我們通過(guò)對電路的優(yōu)化組合，最大限度的利用51單片機的全部資源。P0口用于數碼管顯示，P1口用于電動(dòng)機的PWM驅動(dòng)控制，P2，P3口用于傳感器的數據采集與中斷控制。這樣做的優(yōu)點(diǎn)很明顯：充分地利用了單片機的內部資源，降低了總體設計的成本。該方案的系統圖如圖1所示。

2、系統的硬件組成及原理

此系統的硬件部分由單片機單元、傳感器單元、傳感器單元、電源單元、聲光報警單元、鍵盤(pán)輸入單元、電機控制單元和顯示單元組成，如圖2所示。

2．1　單片機單元

本系統采用AT89C51單片機作為中央處理器。他的主要任務(wù)是掃描鍵盤(pán)輸入的信號啟動(dòng)機器人，在機器人行走過(guò)程中不斷讀取傳感器采集到的數據，將得到的數據進(jìn)行處理后，根據不同的情況產(chǎn)生占空比不同的PWM脈沖來(lái)控制電機，同時(shí)將相關(guān)數據送顯示單元動(dòng)態(tài)顯示，產(chǎn)生聲光報警信號。其中，P0口用于數碼管動(dòng)態(tài)顯示，P1．0～P1．5控制2個(gè)電機，P1．6，P1．7為獨立式鍵盤(pán)接口，P2口接傳感器，P3．2接計里程的光電碼盤(pán)，P3．7接聲光報警單元，P3．4，P3．5，P3．6接用于顯示金屬片數目的發(fā)光二極管。

2．2　電機控制單元

本機器人采用了雙電機雙輪驅動(dòng)的小車(chē)作為其底座。他的2個(gè)電機分別獨立控制其左右兩邊的車(chē)輪，靠?jì)蛇呺姍C的轉速的不同來(lái)實(shí)現轉彎功能，還可讓其原地轉彎，便于控制。而傳統的小車(chē)是靠動(dòng)力電機和轉向電機驅動(dòng)，轉彎角度難以控制，不便于使用。

電機控制電路采用大功率對管BD139，BD140組成的H型驅動(dòng)電路，通過(guò)單片機產(chǎn)生占空比不同的PWM脈沖，精確調整電機的轉速。這種電路由于工作在晶體管的飽和或截止狀態(tài)下，避免了在線(xiàn)性放大區工作時(shí)晶體管的管耗，可以最大限度地提高效率；H型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現電機轉速和方向的控制；電子開(kāi)關(guān)的速度和穩定性也完全可以滿(mǎn)足需要，整套驅動(dòng)電路是一種被廣泛采用的電機驅動(dòng)技術(shù)。電路如圖3所示。