基于單片機智能機器人控制系統研究設計

引 言

單片機技術(shù)作為自動(dòng)控制技術(shù)的核心之一，被廣泛應用于工業(yè)控制、智能儀器、機電產(chǎn)品、家用電器等領(lǐng)域。隨著(zhù)微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機功能也越來(lái)越強大，本設計基于單片機技術(shù)、紅外技術(shù)完成智能機器人控制系統設計。智能機器人研究在當前機器人研究領(lǐng)域具有十分突出的地位, 其顯著(zhù)的特點(diǎn)是具有環(huán)境感知、判斷決策、人機交互等功能[1]。本智能機器人系統主要實(shí)現了步行、跟蹤、避障、步伐調整、語(yǔ)音、聲控、液晶顯示，地面探測等功能。在遇到外界條件發(fā)生變化時(shí)，該機器人將采取不同的措施對待，較好地表現出該機器人的思考能力。

1 智能機器人簡(jiǎn)介

1.1 系統框圖

該智能機器人控制系統采用兩片AT89C51[2]控制，一片單片機MCU1用于整個(gè)系統的控制，另一片單片機MCU2用于驅動(dòng)液晶屏LCM1602工作，它們之間通過(guò)I/O口通訊，以實(shí)現兩片單片機共同工作的相互協(xié)調控制。系統框圖[3]如圖1所示。

圖1 機器人控制系統結構圖

設計中，MCU1的P1.0、P1.3分別接觸覺(jué)傳感器，P1.6-P1.7接視覺(jué)紅外傳感器，P2.0-P2.4口控制繼電器驅動(dòng)電路，P2.5口接地面探測傳感器，P2.6-P2.7接步伐校正光耦器，P3.0-P3.5接ISD25120語(yǔ)音芯片。

1.2 實(shí)現功能

機器人在移動(dòng)過(guò)程中，會(huì )發(fā)出語(yǔ)音提示：“目標搜索中”，同時(shí)液晶顯示：“Target is in searching”；前進(jìn)過(guò)程中發(fā)現目標，語(yǔ)音提示：“發(fā)現目標”；液晶顯示：“Find object”，機器人自動(dòng)向該目標轉向；對準目標后，語(yǔ)音提示：“鎖定目標”，液晶顯示：“Lock it”，同時(shí)機器人向目標繼續前進(jìn)；如機器人撞上目標，語(yǔ)音提示：“前方有障礙物”，液晶顯示：“Obstacles impending”，機器人根據觸角碰撞的先后順序，向該相反的方向轉角約100度，繼續前進(jìn)；當前方地面出現斷層，語(yǔ)音提示：“危險，前方地面有斷層”，液晶顯示：“Warning，fault ahead”，同時(shí)機器人會(huì )向后退幾步，轉向后繼續前進(jìn)；如果機器人在轉向過(guò)程中，步伐錯亂，便會(huì )自動(dòng)執行步伐調整程序，以校正步伐。

2 系統設計

2.1 驅動(dòng)電路

要想讓機器人有穩定行走能力，需要選擇穩定的電動(dòng)機驅動(dòng)系統。本設計利用三極管放大作用對單片機I/O口電流進(jìn)行放大，驅動(dòng)繼電器控制電動(dòng)機轉動(dòng)。且不會(huì )對輸入電流有任何影響，完全可以給電動(dòng)機提供大電流，保證電路工作穩定。

電動(dòng)機驅動(dòng)電路采用兩個(gè)NPN管對單片機AT89C51的I/O口輸出電流信號放大，利用電阻R19、R20作為三極管基極進(jìn)行保護。當單片機I/O口有信號輸出時(shí)，該電流經(jīng)電阻后送入第一級三極管基極，使第一級三極管導通，導通電流經(jīng)電阻送入第二個(gè)三極管基極，進(jìn)一步放大電流，以達到繼電器驅動(dòng)電流。根據計算，送入繼電器的電流是經(jīng)過(guò)兩極放大電路放大了約β2倍，9014在此做開(kāi)關(guān)作用。經(jīng)過(guò)兩級放大后驅動(dòng)繼電器。如圖2所示。

圖2 電機驅動(dòng)電路原理圖