智能救援機器人的設計解析

　　自從1920年捷克斯洛伐克作家卡雷爾，恰佩克的《羅薩姆的機器人萬(wàn)能公司》問(wèn)世，人們便對機器人充滿(mǎn)了幻想與期待。隨著(zhù)社會(huì )的不斷發(fā)展，各行各業(yè)的分工越來(lái)越明細，機器人也能在其中扮演重要的角色來(lái)替代人們的勞動(dòng)。與此同時(shí)，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，探險、救災、排爆等危險場(chǎng)合工作的機器人，以及自動(dòng)化生產(chǎn)中機器人的應用也日益廣泛。因此，智能救援機器人的研制已成為急需和必要，文章就智能救援機器人的設計進(jìn)行了探討。

　　1 智能救援機器人的硬件設計

　　該智能救援機器人主要由電源模塊、檢測感應模塊（實(shí)現巡線(xiàn)、避障、撿放硬幣、測距功能）、聲光報警模塊、控制器模塊、電機驅動(dòng)模塊、顯示模塊六部分組成，其結構框圖如圖1所示。

　　智能救援機器人全部能量來(lái)源于位于機器人底部的六節五號電池，經(jīng)過(guò)傳統的7805穩壓電路給其單片機及外圍傳感器供電，其電路如圖2所示。部分傳感器采用5V低電壓供電可以避免機器人過(guò)早檢測障礙物而停止前進(jìn)。

　　1.2 檢測感應模塊

　　1.2.1 巡線(xiàn)電路

　　巡線(xiàn)模塊我們采用紅外對管。紅外對管由LED和光電三極管組成，光電三極管根據從地面反射回來(lái)的LED的光的強度而改變積極基極電流。在光電三極管基極接一上拉電阻，則可根據基極電壓的測量判斷反射光的強弱，強光說(shuō)明探測器下方是白色，弱光說(shuō)明下方光較弱，大部分光被黑線(xiàn)吸收。對于輸出的模擬信號，我們將其引入五個(gè)電壓比較器LM339進(jìn)行處理。電壓比較器LM339的一輸入端接紅外對管，另一端接滑動(dòng)變阻器，通過(guò)對滑動(dòng)變阻器的調節可以實(shí)現對紅外對管對黑線(xiàn)的靈敏度。比較器LM339的另一端接上拉電阻后進(jìn)入單片機進(jìn)行探測。

　　1.2.2 避障電路

　　避障部分采用光電開(kāi)關(guān)，將其安放在機器人需要測量的各個(gè)方向。為減少它的測量距離保證機器人的正常運行，我們采用的是低電壓5V供電，供電電壓雖略顯不足，但能保證它的正常短距離探測。光電開(kāi)關(guān)的信號線(xiàn)的高低電平可反映前方障礙物的有無(wú)，障礙物檢測電路如圖3所示。

　　1.2.3 超聲波測距電路

　　由于超聲波執行性強、能量消耗慢、在介質(zhì)中傳播距離較遠的特點(diǎn)。我們采用DIP-ME007超聲波測距模塊完成高度的測量功能，其電路板如圖4所示。DIP-ME007超聲波測距模塊能比較迅速、方便地測出橋底部距測距模塊之間的距離，此模塊共有五個(gè)引腳VCC、tring、echo、out、 GND。DIP-ME007超聲波測距模塊輸出為pwm方式，VCC、GND接好后向tring發(fā)一個(gè)10 s以上的高電平，就可以在接收口echo等待高電平輸出。單片機采用跳變沿觸發(fā)，觸發(fā)后即開(kāi)始計時(shí)。當電平變低后即開(kāi)始讀定時(shí)器，此時(shí)的值即為此次測距所用的時(shí)間。根據S=Ct/2即可得出所測得的距離。如此周期性測量即可實(shí)現移動(dòng)測距。單片機內部自動(dòng)將測得數據保存并與上一次測距結果比較，保留最大值，當連續五次未測得大于前一次的數據時(shí)停止檢測并記錄最大值。當再次檢測到黑線(xiàn)即已成功過(guò)橋，是時(shí)單片機控制顯示模塊將測得的最大值在液晶屏上顯示出來(lái)。

　　1.3 控制器電路

　　由于主控制器的任務(wù)較多，電路要求引腳較多，且顯示器的控制程序較為復雜，我們單獨配備了一個(gè)同樣的單片機作為主控制器的輔助部分，通過(guò)它來(lái)分擔主控制器的工作，來(lái)完成顯示部分的工作。其中主控制器與其它模塊的連接如圖5所示。

　　1.4 聲光報警電路

　　聲光報警模塊主要應用于搜救報警電路中，同時(shí)為進(jìn)一步擴展應用，我們在控制其開(kāi)關(guān)的同時(shí)引入另一條信號線(xiàn)實(shí)現了對聲音的控制。在搜救過(guò)程和平安到達安置區時(shí)經(jīng)采用不同頻率和音色的聲音給出表示。尋找硬幣我們采用金屬探測傳感器，當發(fā)現金屬時(shí)，其信號線(xiàn)上電平從低電平變?yōu)楦唠娖?，觸發(fā)單片機中斷，在單片機的控制下機器人停止運動(dòng)，啟動(dòng)音樂(lè )發(fā)生模塊并點(diǎn)亮LED進(jìn)行聲光報警，具體實(shí)現電路如圖6所示。

　　1.5 電機驅動(dòng)電路

　　單片機通過(guò)傳感器的反饋信號控制電機正轉、反轉或者停止，來(lái)實(shí)現控制機器人完成各種動(dòng)作。L298N是專(zhuān)用電機驅動(dòng)芯片，他可以實(shí)現電機的正反轉、剎車(chē)、pwm調速等多種功能，是對機器人電機進(jìn)行控制的比較理想的芯片，因此我們采用L298N芯片對兩個(gè)普通電機進(jìn)行控制。通過(guò)編程完全可以控制實(shí)現題目的基本要求和發(fā)揮部分，也可增加各種創(chuàng )新功能。L298N芯片信號電源與驅動(dòng)電源的分開(kāi)，可以根據需要對電機的電壓進(jìn)行調節，其驅動(dòng)電路如圖7所示。

　　1.6 顯示電路

　　采用MSl602C-1型LCD顯示相應的信息。此顯示器模塊的工作電壓為5V左右，支持顯示2行字符，每行可顯示16個(gè)字符，每個(gè)字符由5&TImes;7點(diǎn)陣顯示?？梢酝ㄟ^(guò)編程實(shí)現多種顯示，顯示信息比數碼管更多，顯示效果更好。

　　由于主控制器的單片機任務(wù)較多，電路接線(xiàn)較復雜，我們采用單獨的單片機控制顯示模塊。

　　2 智能救援機器人的軟件設計

　　本智能救援機器人的軟件控制部分采用C語(yǔ)言編程，借助C語(yǔ)言的強大功能來(lái)實(shí)現單片機AT89S52的控制功能。主程序流程圖如圖8所示。

　　3 結論

　　以AT89S52單片機為核心部件，利用紅外傳感檢測、電機控制等技術(shù)，通過(guò)各種方案的討論及嘗試，再經(jīng)過(guò)多次的整體軟硬件結合調試，不斷地對系統進(jìn)行優(yōu)化，最后智能救援機器人可以實(shí)現;避開(kāi)障礙物，并尋找到合適的路徑;順利通過(guò)受損的橋梁，并能較準確地測出橋梁的高度;自動(dòng)識別路線(xiàn)狀況，并根據實(shí)時(shí)狀況快速做出判斷，準確控制機器人的轉向;自動(dòng)顯示所要求的信息;自動(dòng)尋線(xiàn)前進(jìn)，能智能檢測、撿起、放下硬幣;聲光報警，并有彩燈閃爍;行駛到規定的地點(diǎn)自動(dòng)停止并顯示救援結束。

　　在設計過(guò)程中，力求硬件電路簡(jiǎn)單，外形美觀(guān)，充分發(fā)揮軟件設計的優(yōu)勢來(lái)滿(mǎn)足系統的要求。