基于AT89C51單片機(jī)的機(jī)器人設(shè)計(jì)方案

1、 機(jī)電科協(xié)制作部簡易機(jī)器人設(shè)計(jì)指導(dǎo)基于AT89C51單片機(jī)的機(jī)器人設(shè)計(jì)方案目錄前言2第一章循跡小車的組成及工作原理3.1.循跡小車的組成3TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 2.循跡小車工作的流程簡述4 HYPERLINK l bookmark16 第二章循跡模塊5. HYPERLINK l bookmark20 第三章單片機(jī)模塊9.第四章電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L2981.1第五章電源模塊1.2第六章機(jī)器人擴(kuò)展1.3第七章附件1.4. HYPERLINK l bookmark26 第八章參考文獻(xiàn)1.4前言隨著時(shí)間流逝，機(jī)電科協(xié)中原有的廣茂達(dá)機(jī)器人日益老化，為了讓科協(xié)

2、的培訓(xùn)和會(huì)員的學(xué)習(xí)不受到器材的影響。我們機(jī)電科協(xié)制作部開始向價(jià)格低廉而性能優(yōu)良的51單片機(jī)方向發(fā)展。經(jīng)過幾屆的部長、副部長的努力，至今單片機(jī)控制的簡易機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)達(dá)到培訓(xùn)要求?？紤]到科協(xié)的會(huì)員都是大一學(xué)生，理論基礎(chǔ)比較薄弱。為了降低他們的制作難度，提高制作效率，我萌生了寫一個(gè)指導(dǎo)的想法，并且為了進(jìn)一步降低難度所有電路圖都使用CAD繪制，形象易于理解。希望對(duì)會(huì)員們有所幫助，因?yàn)闀r(shí)間較緊，文章中的不妥之處，請(qǐng)大家多多指正。為了讓會(huì)員更容易的接受51單片機(jī)控制的機(jī)器人，文章中我將以制作一個(gè)循跡小車的完整過程帶領(lǐng)讓會(huì)員學(xué)習(xí)機(jī)器人的制作。在我學(xué)習(xí)制作小車過程中，機(jī)電科協(xié)秘書處副秘書長徐晨毓、06級(jí)肖志

3、光學(xué)長、06級(jí)王森林學(xué)長和07級(jí)邵曉峰學(xué)長給予了很大的幫助，在這里我向他們表示最衷心的感謝！同時(shí)也向幫助過我的學(xué)長、同學(xué)以及同事表示衷心感謝！第一章循跡小車的組成及工作原理1.循跡小車的組成循跡小車由四大部分組成，他們分別是循跡模塊、單片機(jī)模塊機(jī)電科協(xié)機(jī)電科協(xié) 機(jī)電科協(xié)制作部簡易機(jī)器人設(shè)計(jì)指導(dǎo) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。他們之間互相協(xié)作，最終完成比賽。2.循跡小車工作的流程簡述首先，循跡模塊中的紅外接收管接收到光強(qiáng)信號(hào)并將信號(hào)傳給LM339芯片(將信號(hào)放大)。然后LM339將放大信號(hào)傳遞給單片機(jī)。單片機(jī)跟據(jù)各個(gè)引腳的高低電平以及程序控制其他引腳的高低電平。例如if(P2_l=1)P

4、2_2=1這條語句執(zhí)行后，當(dāng)P2_l為高電平時(shí)，單片機(jī)就會(huì)將P2_2輸出高電平。大家可以想如果P2_1引腳連接是傳感器，而P2_2連接電機(jī)，那么電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是控制。當(dāng)然單片機(jī)引腳輸出的電壓是不可能直接驅(qū)動(dòng)的了功率較大電機(jī)的。所以就有了另一個(gè)放大功能的芯片L2998。L298的功能和一般的放大芯片功能一樣，不過他是專門用來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，繼電器等功率較大的器件的。具體的芯片參數(shù)我會(huì)在附件中給出。這樣我們的循跡小車就有了眼睛、大腦、和手腳。現(xiàn)在我們還缺一樣那就是能量。大家都知道電池用久了后，電壓就會(huì)下降。并且有時(shí)候電池接上功率大的器件，電壓也會(huì)明顯的波動(dòng)。這對(duì)信號(hào)處理的單片機(jī)來說是無法接受的。所以

5、我們就必須想辦法讓電池的電壓保持恒定，這就出現(xiàn)了電源模塊。電源模塊是由芯片LM2904-50構(gòu)成，該芯片可以保持電壓的恒定。從電路圖中，大家可以看到有兩路由LM2904-50構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，其中一路為單片機(jī)供電，另一路為較大功率器件供電。這樣，到此，我們的小車硬件就完成了！wYlTrxrerirIf-Ercr1.-.-1.vrvrt.單片機(jī)模塊-；1DKgjnjn54-t：i5l(.MW7/SKF3TPlC-.TiKDPiV7：i：DPi2.-irnt-R&aJlKTiP.SjTIF5.6.-VRF3,?.-HDXT.LIEL1刖D*VCC冋戶;MP1.：PD.3PDAPD.5Pi.tiPD.

6、7WPPALEFEHPi?PZ6PZ5F24.P23P22P2.1P2U1234I7T1Z3FIX.電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電源模塊第二章循跡模塊循跡模塊是小車的眼睛，它可以探測到地面的黑線和白線。他為什么可以探測到黑白線呢？首先，先向大家介紹一下紅外接收管，紅外接收管很想大家熟悉的光敏電阻，當(dāng)受到光照射時(shí)阻值減小，電路電流加大，分壓電阻（下圖中的60K）上的電壓就會(huì)加大，這樣有無光照就會(huì)產(chǎn)生高低電平。大家可以看到左邊是一個(gè)紅外發(fā)射管，他和LED一樣，只不過發(fā)的是紅外光我們開不到而已（攝像頭可以看到）。這樣紅外發(fā)射管在不停的照射地面，當(dāng)照到白色地面因?yàn)榉瓷涔鈴?qiáng)，紅外接收管導(dǎo)通，這樣下圖中的橘黃色線輸出高電

7、壓。如果照到黑線無反射光自然無電壓輸出。T*U1R115010KR3GNDVCCR42K2丁OUTGNDVCC|GNDVCCVCCVCCLM339ANR220K盡管以上的檢測電路有高電壓和低電壓（舉例假如高電壓2V低電壓IV）,但他們之差還比較小，單片機(jī)還無法區(qū)別，所以出現(xiàn)了下面的比較放大電路。比較器圖大家可以看到在上面有一個(gè)藍(lán)色的三角形這就是LM339中的一個(gè)比較器，LM339有四個(gè)這樣的東西。我們可以看到有兩個(gè)角一個(gè)為+，一個(gè)為-。我想大家已經(jīng)猜到了吧！當(dāng)+角的電壓大于-角的電壓時(shí)，輸出角輸出高電壓，否則輸出低電壓。這有什么用呢！例如我們可以將紅外接收管的信號(hào)線（橘黃色的線）接到-級(jí)，+級(jí)

8、我們輸入一個(gè)1.5V的電壓。當(dāng)紅外接收管收到反射光時(shí)（照到白線,）橘黃色線輸入2V電壓，因?yàn)?V1.5V這時(shí)上面的三角形輸出5V電壓。否者輸出-5V電壓。大家可以看到紅外接收管的1V和2V高低電壓變成了-5V和+5V高低電壓。這樣單片機(jī)就可以輕易的識(shí)別了。輸入腳輸岀腳第三章單片機(jī)模塊單片機(jī)模塊的電路比較固定，而且在培訓(xùn)上也介紹了，這里就不再講解了。下面就一種比較好的方案。大家可以參考。GND-=-30GNDP3.0PL1PI.2Pl.3Pl.4PL5/MOSIPL6/MJSOP1.7/SCKRST,0/RxDI?3,l/TxDP3.2/1NTOP33/INTIP3.4/T0P3.5/T1P3.

9、6/WP3.7/RDXTAL2XTAL1GNDVCCPO.OP0.1P0.2P0.3卩0.4P0.5卩M_P0.7ES/vppALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2VCCATB9S51.-52r-juJTT-GNQ/cc限排陣靠在-起！L23r6Lr9101112u一技陛理垃垃旦P1.0P1.1P1.2-P1.3P1.P1.5/M0SIP1.6/MIS0P1.7/SCKRSTP3.A/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL16NDVCCPO.OP0.1P0.2P0.

10、3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4.P23P2.2P2.1P2.0-rLkJ匸kJrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrL雙排陣靠在起！!（T2）P1.0（T2EK）P1.1Pl.2Pl.3Pl.4Pl.5Pl.6Pl.7RESETKKD/P3.0TKD/P3.1IBT0/P3.2IBTI/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WP3.6ES/P3.7KTAL2KTAL1PDIPVeeP10phP1.2P13P1.4P15/M0SIP16/MIS0P1.7/5CKRSTP30/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P33/I

11、NT1P3.4/T0P35/T1P36/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1GND1O40Vcc239P0.0/AD0338P0.1/AD1437P0.2/AD2536P0.3/AD36353P0.4/AD4734P0.5/AD58333P0.6/AD6932P0.7/AD71031EA/Vpp1130ALE/PMC1223PSEN1328P2.7/AD151427P2.6/AD141526P2.5/AD131625P2.4/AD121724P2.3/AD111823P2.2/AD101922P2.1/AD92021P2.0/AD8 機(jī)電科協(xié)制作部簡易機(jī)器人設(shè)計(jì)指導(dǎo)L298N機(jī)電科協(xié)第四章電

12、機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298IIII00NNNNUU1234TT12vcc工L298NGNDoirnoirr2OUT3OUT4ISENAISENEvccSTgndGKDENAENBLL按旦機(jī)-I2V機(jī)電科協(xié) 機(jī)電科協(xié)制作部簡易機(jī)器人設(shè)計(jì)指導(dǎo)CU4RiNlSENDINGUOUT叫11UTFJ13IXFU2LMABLLEIXFUT3LOGICSUF-YVOLTfijGEVS3GNDIXFUT2LIABLEAIXFUTJSUPPLYVCLTAGLVsOUlUl2OUfUT1CUHiZNlSENDINGA上圖是L298的電路圖，他共有15只角，這些角都已經(jīng)被生產(chǎn)廠家定義好了，我們只需結(jié)對(duì)線就可以了，如果還有疑問

13、，可以參見附件上的“L298N的說明及應(yīng)用.pdf”第五章電源模塊第六章機(jī)器人擴(kuò)展亍3V1三Ufi到現(xiàn)在，我想大家對(duì)機(jī)器人應(yīng)該有一定的了解了。所有的機(jī)器人的工作流程都是相似的。機(jī)器人首先收集信號(hào)，然后處理信號(hào)，最后執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。大家現(xiàn)在就會(huì)想，如果用不同的傳感器和不同的執(zhí)行器件那么就可以得到不同功能的機(jī)器人了。確實(shí)，例如我們可以給現(xiàn)有的小車加上光敏電阻傳感器，那么現(xiàn)在的機(jī)器人就可以識(shí)別可見光了，不同的光敏的信號(hào)放大電路不同而已。據(jù)我所知，現(xiàn)在我們可以為機(jī)器人加的較為簡單的傳感器有：微動(dòng)開關(guān)（機(jī)器人的觸覺）、紅外接收管（視覺循跡、也可以感觸障礙物）、光電管（感測可見光，照到時(shí)導(dǎo)通否者斷開）、光

14、敏電阻（感測可見光，不過是連續(xù)的模擬信號(hào)，加上相應(yīng)的電路還可以感知光的連續(xù)變化）、干簧管（檢測磁場）、超聲波（測距，避障但電路有點(diǎn)復(fù)雜）、熱敏電阻（感測溫度）我們可以為機(jī)器人加的執(zhí)行器件有：LED、繼電器、電機(jī)、舵機(jī)（對(duì)角度精確控制例如飛思卡爾上的車模）LED顯示屏我想大家現(xiàn)在肯定會(huì)問，這么多的執(zhí)行器件，傳感器到底怎么用呢？確實(shí)，每一種傳感器和執(zhí)行器件的控制信號(hào)處理的電路是不同的。我們可以上網(wǎng)找到生產(chǎn)此傳感器或執(zhí)行器件的中文信息，一般廠家也會(huì)提供非常專業(yè)的資料。我們只需按照所找到的資料使用器件，我想大家一定會(huì)解決絕大部分的問題的。其實(shí)，我們每一位會(huì)員都要有自學(xué)鉆研的能力，這樣才可以在未來激烈的競爭中占有一席之地。好了下面大家可以發(fā)揮你的想象，制作自己設(shè)計(jì)的機(jī)器人吧！呵呵第七章附件L298N的說明及應(yīng)用.pdf四電壓比較器lm339中文資料.doc第八章參考文獻(xiàn)L298N的說明及應(yīng)用基于at89c51單片機(jī)智能電動(dòng)小車設(shè)計(jì)郭巧惠基于PIC單片機(jī)的簡易智能小車的設(shè)計(jì)王鵬孫加存一種基于AT89S52的簡易智能小車設(shè)計(jì)江晉劍錢盟一種機(jī)器人的尋跡算法基于C8051單片機(jī)的足球機(jī)器人小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)夏川，曹洋，薛定宇.徐心和（東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧沈陽110004）自制基于89C51單片機(jī)試驗(yàn)板基于AT89C2051單片機(jī)的多路