基于單片機智能機器人控制系統研究設計來源：微計算機信息 時間：2008-07-21 評論 0 條(訪問論壇)RobotSky恭候您的投稿引 言 單片機技術作為自動控制技術的核心之一，被廣泛應用于工業控制、智能儀器、機電產品、家用電器等領域。隨著微電子技術的迅速發展，單片機功能也越來越強大，本設計基于單片機技術、紅外技術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域具有十分突出的地位, 其顯著的特點是具有環境感知、判斷決策、人機交互等功能1。本智能機器人系統主要實現了步行、跟蹤、避障、步伐調整、語音、聲控、液晶顯示，地面探測等功能。在遇到外界條件發生變化時，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 智能機器人簡介1.1 系統框圖該智能機器人控制系統采用兩片AT89C512控制，一片單片機MCU1用于整個系統的控制，另一片單片機MCU2用于驅動液晶屏LCM1602工作，它們之間通過I/O口通訊，以實現兩片單片機共同工作的相互協調控制。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口控制繼電器驅動電路，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 實現功能機器人在移動過程中，會發出語音提示：“目標搜索中”，同時液晶顯示：“Target is in searching”；前進過程中發現目標，語音提示：“發現目標”；液晶顯示：“Find object”，機器人自動向該目標轉向；對準目標后，語音提示：“鎖定目標”，液晶顯示：“Lock it”，同時機器人向目標繼續前進；如機器人撞上目標，語音提示：“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；當前方地面出現斷層，語音提示：“危險，前方地面有斷層”，液晶顯示：“Warning，fault ahead”，同時機器人會向后退幾步，轉向后繼續前進；如果機器人在轉向過程中，步伐錯亂，便會自動執行步伐調整程序，以校正步伐。2 系統設計2.1 驅動電路要想讓機器人有穩定行走能力，需要選擇穩定的電動機驅動系統。本設計利用三極管放大作用對單片機I/O口電流進行放大，驅動繼電器控制電動機轉動。且不會對輸入電流有任何影響，完全可以給電動機提供大電流，保證電路工作穩定。電動機驅動電路采用兩個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作為三極管基極進行保護。當單片機I/O口有信號輸出時，該電流經電阻后送入第一級三極管基極，使第一級三極管導通，導通電流經電阻送入第二個三極管基極，進一步放大電流，以達到繼電器驅動電流。根據計算，送入繼電器的電流是經過兩極放大電路放大了約2倍，9014在此做開關作用。經過兩級放大后驅動繼電器。如圖2所示。圖2電機驅動電路原理圖每個繼電器相當于一個單刀雙擲開關，由此，兩個單刀雙擲開關，組成電動機正反轉控制電路，實現機器人前進、后退動作。2.2 視覺電路在此設計中，我們僅要求機器人發現并跟蹤目標，不需要識別目標。因此采用最常用的紅外線反射傳感器來作為機器人的視覺功能，檢測機器人前方是否有目標。該功能的實現采用的是兩個型號為TX05D的紅外線反射傳感器4。TX05D常用的紅外反射式接近開關，它內部有一紅外線發射管和一紅外線接收管。發射管發出紅外線，如果其正前方沒有物體，那么接收管接收不到紅外線反饋信號。當前方出現物體時，紅外線信號經過物體被反射了回來，這時接收管接收到信號，向單片機發出高電平信號，以告知單片機其前方出現障礙物。兩個紅外線傳感器安裝在機器人前方的兩側，在機器人工作時，兩個傳感器始終向外發射紅外線探測信號，當其中一個傳感器接收到反饋信號時，便向單片機發出高電平信號，告知單片機該方向發現目標，單片機經過判斷后，控制電動機向該方向轉向，以實現跟蹤功能。當兩個傳感器都感應到目標時，機器人便向著目標直著前進，直到撞上目標。2.3 步伐調整電路當機器人在前進過程中，如果電機轉速不一致或者在轉向過程中打亂了步伐，這時便會啟動步伐調整功能，該功能是利用兩個光耦來完成的。在機器人腿部，裝有兩片通過光耦的擋片，當機器人正常行走時，擋片會交替的打開和關閉光耦。如果兩個光耦的狀態始終不相同。那么就說明該機器人步伐正常。當光耦狀態出現相同時，說明機器人步伐錯亂，需要校正步伐。這時便會隨機停下一條“腿”，等另一條“腿”走在合適位置，即光耦狀態相反時，再作出同步前進。電路如圖3所示。2.4顯示電路本功能主要實現了人機交互的視覺平臺。本設計采用LCM1602液晶顯示模塊，該模塊是最常用的英文顯示模塊，它內部含有英文字庫，使用方便，價格便宜。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前的狀態，以實現機器人的人機交互顯示功能。LCM1602是一種16字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。本設計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口給顯示屏輸送數據，P3.0到P3.2則控制向該顯示屏讀寫數據的狀態。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。圖4 顯示電路原理圖設計中，P2口則是用于與MCU1通訊，它始終監控著MCU1的狀態，以保持顯示內容和語音同步。2.5 語言電路為了確保操作的無誤性，運用聲音進行第二重提示，本系統用到的ISD25120語音芯片是美國ISD公司生產的高保真錄放一體化的單片固態語音集成電路，錄放時間為120秒，可運行多段信息處理，可反復錄音十萬次6，并且ISD25120使用時不需要考慮如何驅動語音芯片，只需要直接用51控制該語音電路的觸發時間，播放出事先錄好的聲音文件，以實現機器人說話這個功能。電路如圖5所示。圖5 語音電路原理圖2.6 亞超聲接收電路機器人上面裝有一個亞超聲接收模塊，當接收到外部的亞超聲，機器人會做出停止和運行動作，以實現機器人的聽覺功能。該部分的實現采用了成品的亞超聲接收板，在設計中，將其輸出的信號經過光電開關轉換成可以觸發單片機I/O口的低電平開關信號，以告知單片機目前亞超聲開關的狀態。電路如下圖6所示。圖6 亞超聲接收電路原理圖3 總結本