基于單片機(jī)智能機(jī)器人控制系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)

1、精品資料推薦基于單片機(jī)智能機(jī)器人控制系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)引言單片機(jī)技術(shù)作為自動(dòng)控制技術(shù)的核心之一，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能儀器、機(jī)電產(chǎn)品、家用電器等領(lǐng)域。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)功能也越來越強(qiáng)大，本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)、紅外技術(shù)完成智能機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。智能機(jī)器人研究在當(dāng)前機(jī)器人研究領(lǐng)域具有十分突出的地位，其顯著的特點(diǎn)是具有環(huán)境感知、判斷決策、人機(jī)交互等功能 1。本智能機(jī)器人系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了步行、跟蹤、避障、步伐調(diào)整、語音、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(jī)器人將采取不同的措施對待，較好地表現(xiàn)出該機(jī)器人的思考能力。1智能機(jī)器人簡介1.1系統(tǒng)框圖該智能機(jī)器人控制系統(tǒng)

2、采用兩片AT89C512控制，一片單片機(jī) MCU用于整個(gè)系統(tǒng)的控制，另一片單片機(jī) MCU用于驅(qū)動(dòng)液晶屏 LCM160工作，它們之間通過I/O 口通訊，以實(shí)現(xiàn)兩 片單片機(jī)共同工作的相互協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)框圖3如圖1所示。圖1機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)中，MCU的P1.0、P1.3分別接觸覺傳感器，P1.6-P1.7接視覺紅外傳感器，P2.0-P2.4 口控制繼電器驅(qū)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語音芯片。1.2實(shí)現(xiàn)功能機(jī)器人在移動(dòng)過程中， 會(huì)發(fā)出語音提示："目標(biāo)搜索中”，同時(shí)液晶顯示：“Target is in

3、 searchi ng ”；前進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，語音提示："發(fā)現(xiàn)目標(biāo)”；液晶顯示：" Find object ”，機(jī)器人自動(dòng)向該目標(biāo)轉(zhuǎn)向；對準(zhǔn)目標(biāo)后，語音提示："鎖定目標(biāo)”，液晶顯示：“Lock it ”，同時(shí)機(jī)器人向目標(biāo)繼續(xù)前進(jìn)；如機(jī)器人撞上目標(biāo)，語音提示：“前方有障礙 物”，液晶顯示："Obstacles impending ”，機(jī)器人根據(jù)觸角碰撞的先后順序，向該相反 的方向轉(zhuǎn)角約100度，繼續(xù)前進(jìn)；當(dāng)前方地面出現(xiàn)斷層，語音提示：“危險(xiǎn)，前方地面有斷 層”，液晶顯示：“Warning, fault ahead”，同時(shí)機(jī)器人會(huì)向后退幾步，轉(zhuǎn)向后繼續(xù)前進(jìn)

4、；如果機(jī)器人在轉(zhuǎn)向過程中，步伐錯(cuò)亂，便會(huì)自動(dòng)執(zhí)行步伐調(diào)整程序，以校正步伐。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1驅(qū)動(dòng)電路要想讓機(jī)器人有穩(wěn)定行走能力， 需要選擇穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)利用三極管放 大作用對單片機(jī)I/O 口電流進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)繼電器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)提供大電流，保證電路工作穩(wěn)定。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用兩個(gè)NPN管對單片機(jī)AT89C51的I/O 口輸出電流信號放大，禾U用電阻R19 R20乍為三極管基極進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)單片機(jī)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(dǎo)通，導(dǎo)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(dá)到繼

5、電器驅(qū)動(dòng)電流。 根據(jù)計(jì)算，送入繼電器的電流是經(jīng)過兩極放大電路放 大了約3 2倍，9014在此做開關(guān)作用。經(jīng)過兩級放大后驅(qū)動(dòng)繼電器。如圖2所示。圖2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖每個(gè)繼電器相當(dāng)于一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，由此，兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)， 組成電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)、后退動(dòng)作。2.2視覺電路在此設(shè)計(jì)中，我們僅要求機(jī)器人發(fā)現(xiàn)并跟蹤目標(biāo)，不需要識別目標(biāo)。 因此采用最常用的紅外線反射傳感器來作為機(jī)器人的視覺功能，檢測機(jī)器人前方是否有目標(biāo)。該功能的實(shí)現(xiàn)采用的是兩個(gè)型號為 TX05D的紅外線反射傳感器4 。TX05D常用的紅外反射式接近開關(guān)，它 內(nèi)部有一紅外線發(fā)射管和一紅外線接收管。發(fā)射管發(fā)出紅外線，如果

6、其正前方?jīng)]有物體，那么接收管接收不到紅外線反饋信號。當(dāng)前方出現(xiàn)物體時(shí)，紅外線信號經(jīng)過物體被反射了回來， 這時(shí)接收管接收到信號，向單片機(jī)發(fā)出高電平信號，以告知單片機(jī)其前方出現(xiàn)障礙物。兩個(gè)紅外線傳感器安裝在機(jī)器人前方的兩側(cè)，在機(jī)器人工作時(shí)，兩個(gè)傳感器始終向外發(fā)射紅外線探測信號，當(dāng)其中一個(gè)傳感器接收到反饋信號時(shí)，便向單片機(jī)發(fā)出高電平信號，告知單片機(jī)該方向發(fā)現(xiàn)目標(biāo)， 單片機(jī)經(jīng)過判斷后，控制電動(dòng)機(jī)向該方向轉(zhuǎn)向， 以實(shí)現(xiàn)跟蹤功能。 當(dāng)兩個(gè)傳感器都感應(yīng)到目標(biāo)時(shí)，機(jī)器人便向著目標(biāo)直著前進(jìn)，直到撞上目標(biāo)。2.3步伐調(diào)整電路當(dāng)機(jī)器人在前進(jìn)過程中， 如果電機(jī)轉(zhuǎn)速不一致或者在轉(zhuǎn)向過程中打亂了步伐，這時(shí)便會(huì)啟動(dòng)步伐調(diào)整

7、功能，該功能是利用兩個(gè)光耦來完成的。在機(jī)器人腿部，裝有兩片通過光耦的擋片，當(dāng)機(jī)器人正常行走時(shí)，擋片會(huì)交替的打開和關(guān)閉光耦。如果兩個(gè)光耦的狀態(tài)始終不相 同。那么就說明該機(jī)器人步伐正常。當(dāng)光耦狀態(tài)出現(xiàn)相同時(shí)，說明機(jī)器人步伐錯(cuò)亂，需要校正步伐。這時(shí)便會(huì)隨機(jī)停下一條“腿”，等另一條“腿”走在合適位置，即光耦狀態(tài)相反時(shí)，再作出同步前進(jìn)。電路如圖 3所示。P2 6www. SlkM fa. tin”1vcc-1 9VCC9P2.7RZ4*IU63步伐校正電路原理圖2.4顯示電路本功能主要實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互的視覺平臺(tái)。本設(shè)計(jì)采用LCM1602夜晶顯示模塊，該模塊是最常用的英文顯示模塊， 它內(nèi)部含有英文字庫，使用

8、方便，價(jià)格便宜。 液晶顯示功能是配合 語音功能共同使用的附加功能， 它的作用就是可以顯示當(dāng)前的狀態(tài)， 以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的人機(jī)交 互顯示功能。LCM160是一種16字X 2行的字符型液晶模塊5，主要有總線連接方式和模擬口連接方式。本設(shè)計(jì)采用的是模擬口連接方式，它和前者相比，電路更加簡潔。在該電路中，P1 口給顯示屏輸送數(shù)據(jù)，P3.0到P3.2則控制向該顯示屏讀寫數(shù)據(jù)的狀態(tài)。VL管腳過1K電阻接地，作用是限制液晶顯示的色度深淺。BLA和BLK則是背光燈電源接口。電路如圖4所示。SE Syrr-無憂除蟹二|www. 51oP30 JOP3l P33 12F3 ? 13 耐 M商亍一療IffW30x-P1

9、DPl.lP12FL3 Pl 4P15P16Fl.7 VP MKT psnmtoP3 3/TXDP3 2/U1 TOKENP33WT1PJ. P3 5JT 陶紳RP3 7fflT XTAI*2XTAL1GHttP2.7P2.C冊P2.3P2.2P2iF2.0噸 PO.O mi raj M.9Ms Puts ?07EA ALE*iV 4Q ?圖4顯示電路原理圖設(shè)計(jì)中，P2 口則是用于與MCU通訊，它始終監(jiān)控著 MCU的狀態(tài)，以保持顯示內(nèi)容和語 音同步。2.5語言電路為了確保操作的無誤性，運(yùn)用聲音進(jìn)行第二重提示，本系統(tǒng)用到的ISD25120語音芯片是美國ISD公司生產(chǎn)的高保真錄放一體化的單片固態(tài)語

10、音集成電路，錄放時(shí)間為120秒，可運(yùn)行多段信息處理，可反復(fù)錄音十萬次6，并且ISD25120使用時(shí)不需要考慮如何驅(qū)動(dòng)語音芯片，只需要直接用51控制該語音電路的觸發(fā)時(shí)間，播放出事先錄好的聲音文件，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人說話這個(gè)功能。電路如圖5所示。PiJfl眈 C叭.1Ptt.OPl JF01PI 3FC.?PI 4F0.3Pl JFC iPIJFV.5fl 7VTDfflSTP0.7?3亦DEAPJ.1/T2DALEP3 2/THTCP5EMPJJWHT1F27P3 OTTOP2 B肥WDP2.5P3 6A1?RP24P3.7/RDP2.3P2 2xmtMlP2J0AT89C51t3V jo 9 7?5?"3S-3<35"291?fIT2fis pTFQi P2.0 '5圖5語音電路原理圖2.6亞超聲接收電路機(jī)器人上面裝有一個(gè)亞超聲接收模塊，當(dāng)接收到外部的亞超聲，機(jī)器人會(huì)做出停止和運(yùn)行動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的聽覺功能。該部分的實(shí)現(xiàn)采用了成品的亞超聲接收板，在設(shè)計(jì)中， 將其輸出的信號經(jīng)過光電開關(guān)轉(zhuǎn)換成可以觸發(fā)單片機(jī)I/O 口的低電平開關(guān)信號，以告知單片機(jī)目前亞超聲開關(guān)的狀態(tài)。電路如下圖6 所示。無憂馬子開炭.刃