基于AT89C51單片機設(shè)計的簡易智能機器人

1、基于AT89C51單片機設(shè)計的簡易智能機器人引言 隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成程度越來越高，單片機已可以在一塊芯片上同時集成CPU、 HYPERLINK / 存儲器、定時器計數(shù)器、并行和串行接口、看門狗、前置放大器、AD轉(zhuǎn)換器、DA轉(zhuǎn)換器等多種電路，這就很容易將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合，組成智能化測量控制系統(tǒng)。這種技術(shù)促使機器人技術(shù)也有了突飛猛進的發(fā)展，目前人們已經(jīng)完全可以設(shè)計并制造出具有某些特殊功能的簡易智能機器人。1 設(shè)計思想與與總體方案1.1 簡易智智能機器人的的設(shè)計思想本機器人能在任任意區(qū)域內(nèi)沿沿引導(dǎo)線行走走，自動繞障障，在有光源源引導(dǎo)的條件件下能沿光源源行走。同時

2、時，能檢測埋埋在地下的金金屬片，發(fā)出出聲光指示信信息，并能實實時 HYPERLINK / 存儲、顯示檢檢測到的斷點點數(shù)目以及各各斷點至起跑跑線間的距離離，最后能停停在指定地點點，顯示出整整個運行過程程的時間。1.2 總體設(shè)設(shè)計方案和框框圖本設(shè)計以AT889C5l單單片機作為檢檢測和控制核核心。采用紅紅外光電傳感感器檢測路面面黑線及障礙礙物，使用金金屬傳感器檢檢測路面下金金屬鐵片，應(yīng)應(yīng)用光電碼盤盤測距，用光光敏電阻檢測測、判斷車庫庫位置，利用用PWM(脈脈寬調(diào)制)技技術(shù)動態(tài)控制制電動機的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。通過軟軟件編程實現(xiàn)現(xiàn)機器人行進進、繞障、停停止的精確控控制以及檢測測數(shù)據(jù)的存儲儲、顯示。通

3、通過對電路的的優(yōu)化組合，可可以最大限度度地利用511單片機的全全部資源。P0口用于數(shù)碼碼管顯示，PP1口用于電電動機的PWWM驅(qū)動控制制，P2，PP3口用于傳傳感器的數(shù)據(jù)據(jù)采集與中斷斷控制。這樣樣做的優(yōu)點是是：充分利用用了單片機的的內(nèi)部資源，降降低了總體設(shè)設(shè)計的成本。該該方案總體方方案見圖1。2 系統(tǒng)的硬件件組成及設(shè)計計原理此系統(tǒng)的硬件部部分由單片機機單元、傳感感器單元、電電源單元、聲聲光報警單元元、鍵盤輸入入單元、電機機控制單元和和顯示單元組組成，如圖22所示。 21 單片機機單元本系統(tǒng)采用ATT89C511單片機作為為中央處理器器。其主要任任務(wù)是掃描鍵鍵盤輸入的信信號啟動機器器人，在機器器

4、人行走過程程中不斷讀取取傳感器采集集到的數(shù)據(jù)，將將得到的數(shù)據(jù)據(jù)進行處理后后，根據(jù)不同同的情況產(chǎn)生生占空比不同同的PWM脈脈沖來控制電電機，同時將將相關(guān)數(shù)據(jù)送送顯示單元動動態(tài)顯示，產(chǎn)產(chǎn)生聲光報警警信號。其中中，P0用于于數(shù)碼管動態(tài)態(tài)顯示，P110一P115控制22個電機，PP16、PP17為獨獨立式鍵盤接接口，P2接接傳感器，PP32接計計里程的光電電碼盤，P337接聲光光報警單元，PP34、PP35、PP36接用用于顯示斷點點數(shù)目的發(fā)光光二極管。 22 電機控控制單元NextPaage本機器人采用了了雙電機雙輪輪驅(qū)動的小車車作為其底座座。2個電機機分別獨立控控制其左右兩兩邊的車輪，靠靠兩邊電機

5、的的轉(zhuǎn)速的不同同來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎彎功能，還可可讓其原地轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎，便于控控制。而傳統(tǒng)統(tǒng)的小車是靠靠動力電機和和轉(zhuǎn)向電機驅(qū)驅(qū)動，轉(zhuǎn)彎角角度難以控制制，不便于使使用。電機控控制電路采用用大功率對管管BDl399、BDl440組成的HH型驅(qū)動電路路，通過單片片機產(chǎn)生占空空比不同的PPWM脈沖，精精確調(diào)整電機機的轉(zhuǎn)速。這這種電 HYPERLINK /List_6.html 路由于工作在在晶體管飽和和或截止?fàn)顟B(tài)態(tài)，避免了在在線性放大區(qū)區(qū)工作時晶體體管的管耗，可可以最大限度度地提高效率率；H型電路路保證了可以以簡單地實現(xiàn)現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速和和方向的控制制；電子開關(guān)關(guān)的速度和穩(wěn)穩(wěn)定性也完全全可滿足需要要，整套驅(qū)動動電路是一種

6、種被廣泛采用用的電機驅(qū)動動技術(shù)。電路路見圖3。 23 傳感器器單元整個機器人共采采用了9個傳傳感器，分布布在整個機器器人的不同部部位，相互配配合起不同的的作用，見圖圖4。 圖4中各傳感器器說明如下：傳感器1置于機機器人正前方方朝下的金屬屬探測傳感器器，用于探測測金屬。傳感感器2置于機機器人正前方方朝前的超聲聲波傳感器，用用于檢測障礙礙物。超聲波波來源于5555產(chǎn)生400 kHz的的方波信號，經(jīng)經(jīng)超聲波發(fā)射射頭發(fā)出。發(fā)發(fā)射頭不斷發(fā)發(fā)出信號，當(dāng)當(dāng)遇到障礙物物時，信號會會被反射回來來，從而接收收頭會接受到到信號，將信信號送入單片片機進行相應(yīng)應(yīng)的判斷和處處理。傳感器器3置于機器器人正前方朝朝下的紅外光

7、光電傳感器，用用于檢測停止止線。紅外發(fā)發(fā)射管發(fā)出信信號，經(jīng)不同同的反射介質(zhì)質(zhì)反射，根據(jù)據(jù)紅外接收管管是否接收到到信號做出相相應(yīng)的判斷。傳感器4、5置于機器人底座下方朝下的紅外光電傳感器，用于檢測地面的引導(dǎo)線，原理同傳感器3。傳感器6、7置于機器人正前方朝前的光敏電阻傳感器，用于尋找光源。當(dāng)機器人前方有光源照射時，光敏電阻的大小將會改變，將2個傳感器的改變量進行比較處理后送入單片機，單片機將會產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)整信號，使機器人朝光強的方向行走。傳感器8置于機器人后方兩側(cè)朝外的超聲波傳感器，用于在機器人遇到障礙物時的轉(zhuǎn)彎處理，判斷機器人是否完全繞開障礙物，原理同傳感器2。傳感器9置于機器人正后方的光電碼

8、盤，用于計里程，借助于鼠標(biāo)原理，選用直徑為26 cm的塑料小輪自制光電碼盤，經(jīng)過打磨使其周長為8 cm，再在該小輪上打等距離的8個孔，如圖5所示。最小測距精度可達到1 cm，足以滿足要求，兩側(cè)裝上光電傳感器，將其安裝在車尾，使之與車的行駛同步。就實際情況自制出來的各個孔之間的距離無法精確相等，但經(jīng)過具體測量該光電碼盤，能保證行駛50 cm產(chǎn)生50個脈沖，于是采用其作為計算距離的基準(zhǔn)單位。在直道區(qū)，可由該電路產(chǎn)生的脈沖數(shù)，計算出鐵片中心線至起跑線間的距離。 此外，為了清楚楚直觀地觀察察到各傳感器器的工作狀態(tài)態(tài)，電路中還還專門為每個個傳感器設(shè)計計了工作指示示燈，實時顯顯示每個傳感感器的工作狀狀態(tài)。

9、24 鍵盤輸輸入單元鍵盤輸入單元采采用獨立式鍵鍵盤，由2個個按鍵組成，其其中一個為啟啟動鍵，另一一個為顯示切切換鍵，當(dāng)機機器人行走完完全程后，按按下該鍵，將將顯示整個行行走過程的時時間。 25 顯示單單元顯示單元由2個個7段數(shù)碼管管組成，為了了減少整個系系統(tǒng)的功耗，采采用了由單片片機軟件譯碼碼，動態(tài)顯示示，實時顯示示每個斷點到到起點的距離離以及整個運運行過程的時時間。 26 聲光報報警單元用555作為振振蕩源，用單單片機觸發(fā)振振蕩源驅(qū)動電電磁訊響器作作為聲音指示示器和1只發(fā)發(fā)光二極管作作為光指示裝裝置，從而組組成聲光報警警單元。 27 電源單單元NextPaage本系統(tǒng)采用2套套電源分別對對電機和控制制電路進行單單獨供電。系系統(tǒng)控制電路路采用經(jīng)78805穩(wěn)壓后后的輸出供電電(5V)，電電機則采用44節(jié)AA電池池來供電。 3 系統(tǒng)的軟件件設(shè)計該系統(tǒng)配套的軟軟件程序采用用模塊結(jié)構(gòu)，由由C語言編寫寫完成。主要要由初始化程程序、偏道調(diào)調(diào)整程序、偏偏離光源調(diào)整整程序、聲光光指示子程序序、讀傳感器器狀態(tài)、顯示示程序、定時時器0的中斷斷服務(wù)程序、定定時器1的中中斷