基于单片机智能机器人控制系统研究设计

1、精品资料推荐基于单片机智能机器人控制系统研究设计引言单片机技术作为自动控制技术的核心之一，被广泛应用于工业控制、智能仪器、机电产品、家用电器等领域。随着微电子技术的迅速发展，单片机功能也越来越强大，本设计基于单片机技术、红外技术完成智能机器人控制系统设计。智能机器人研究在当前机器人研究领域具有十分突出的地位，其显著的特点是具有环境感知、判断决策、人机交互等功能 1。本智能机器人系统主要实现了步行、跟踪、避障、步伐调整、语音、声控、液晶显示， 地面探测等功能。在遇到外界条件发生变化时，该机器人将采取不同的措施对待，较好地表现出该机器人的思考能力。1智能机器人简介1.1系统框图该智能机器人控制系统

2、采用两片AT89C512控制，一片单片机 MCU用于整个系统的控制，另一片单片机 MCU用于驱动液晶屏 LCM160工作，它们之间通过I/O 口通讯，以实现两 片单片机共同工作的相互协调控制。系统框图3如图1所示。图1机器人控制系统结构图设计中，MCU的P1.0、P1.3分别接触觉传感器，P1.6-P1.7接视觉红外传感器，P2.0-P2.4 口控制继电器驱动电路，P2.5 口接地面探测传感器，P2.6-P2.7接步伐校正光耦器，P3.0-P3.5 接ISD25120语音芯片。1.2实现功能机器人在移动过程中， 会发出语音提示："目标搜索中”，同时液晶显示：“Target is in

3、 searchi ng ”；前进过程中发现目标，语音提示："发现目标”；液晶显示：" Find object ”，机器人自动向该目标转向；对准目标后，语音提示："锁定目标”，液晶显示：“Lock it ”，同时机器人向目标继续前进；如机器人撞上目标，语音提示：“前方有障碍 物”，液晶显示："Obstacles impending ”，机器人根据触角碰撞的先后顺序，向该相反 的方向转角约100度，继续前进；当前方地面出现断层，语音提示：“危险，前方地面有断 层”，液晶显示：“Warning, fault ahead”，同时机器人会向后退几步，转向后继续前进

4、；如果机器人在转向过程中，步伐错乱，便会自动执行步伐调整程序，以校正步伐。2系统设计2.1驱动电路要想让机器人有稳定行走能力， 需要选择稳定的电动机驱动系统。 本设计利用三极管放 大作用对单片机I/O 口电流进行放大，驱动继电器控制电动机转动。 且不会对输入电流有任 何影响，完全可以给电动机提供大电流，保证电路工作稳定。电动机驱动电路采用两个NPN管对单片机AT89C51的I/O 口输出电流信号放大，禾U用电阻R19 R20乍为三极管基极进行保护。当单片机I/O 口有信号输出时，该电流经电阻后送入第一级三极管基极，使第一级三极管导通，导通电流经电阻送入第二个三极管基极，进一步放大电流，以达到继

5、电器驱动电流。 根据计算，送入继电器的电流是经过两极放大电路放 大了约3 2倍，9014在此做开关作用。经过两级放大后驱动继电器。如图2所示。图2电机驱动电路原理图每个继电器相当于一个单刀双掷开关，由此，两个单刀双掷开关， 组成电动机正反转控制电路，实现机器人前进、后退动作。2.2视觉电路在此设计中，我们仅要求机器人发现并跟踪目标，不需要识别目标。 因此采用最常用的红外线反射传感器来作为机器人的视觉功能，检测机器人前方是否有目标。该功能的实现采用的是两个型号为 TX05D的红外线反射传感器4 。TX05D常用的红外反射式接近开关，它 内部有一红外线发射管和一红外线接收管。发射管发出红外线，如果

6、其正前方没有物体，那么接收管接收不到红外线反馈信号。当前方出现物体时，红外线信号经过物体被反射了回来， 这时接收管接收到信号，向单片机发出高电平信号，以告知单片机其前方出现障碍物。两个红外线传感器安装在机器人前方的两侧，在机器人工作时，两个传感器始终向外发射红外线探测信号，当其中一个传感器接收到反馈信号时，便向单片机发出高电平信号，告知单片机该方向发现目标， 单片机经过判断后，控制电动机向该方向转向， 以实现跟踪功能。 当两个传感器都感应到目标时，机器人便向着目标直着前进，直到撞上目标。2.3步伐调整电路当机器人在前进过程中， 如果电机转速不一致或者在转向过程中打乱了步伐，这时便会启动步伐调整

7、功能，该功能是利用两个光耦来完成的。在机器人腿部，装有两片通过光耦的挡片，当机器人正常行走时，挡片会交替的打开和关闭光耦。如果两个光耦的状态始终不相 同。那么就说明该机器人步伐正常。当光耦状态出现相同时，说明机器人步伐错乱，需要校正步伐。这时便会随机停下一条“腿”，等另一条“腿”走在合适位置，即光耦状态相反时，再作出同步前进。电路如图 3所示。P2 6www. SlkM fa. tin”1vcc-1 9VCC9P2.7RZ4*IU63步伐校正电路原理图2.4显示电路本功能主要实现了人机交互的视觉平台。本设计采用LCM1602夜晶显示模块，该模块是最常用的英文显示模块， 它内部含有英文字库，使用

8、方便，价格便宜。 液晶显示功能是配合 语音功能共同使用的附加功能， 它的作用就是可以显示当前的状态， 以实现机器人的人机交 互显示功能。LCM160是一种16字X 2行的字符型液晶模块5，主要有总线连接方式和模拟口连接方式。本设计采用的是模拟口连接方式，它和前者相比，电路更加简洁。在该电路中，P1 口给显示屏输送数据，P3.0到P3.2则控制向该显示屏读写数据的状态。VL管脚过1K电阻接地，作用是限制液晶显示的色度深浅。BLA和BLK则是背光灯电源接口。电路如图4所示。SE Syrr-无忧除蟹二|www. 51oP30 JOP3l P33 12F3 ? 13 耐 M商亍一疗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册P2.3P2.2P2iF2.0吨 PO.O mi raj M.9Ms Puts ?07EA ALE*iV 4Q ?图4显示电路原理图设计中，P2 口则是用于与MCU通讯，它始终监控着 MCU的状态，以保持显示内容和语 音同步。2.5语言电路为了确保操作的无误性，运用声音进行第二重提示，本系统用到的ISD25120语音芯片是美国ISD公司生产的高保真录放一体化的单片固态语

10、音集成电路，录放时间为120秒，可运行多段信息处理，可反复录音十万次6，并且ISD25120使用时不需要考虑如何驱动语音芯片，只需要直接用51控制该语音电路的触发时间，播放出事先录好的声音文件，以实现机器人说话这个功能。电路如图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图5语音电路原理图2.6亚超声接收电路机器人上面装有一个亚超声接收模块，当接收到外部的亚超声，机器人会做出停止和运行动作，以实现机器人的听觉功能。该部分的实现采用了成品的亚超声接收板，在设计中， 将其输出的信号经过光电开关转换成可以触发单片机I/O 口的低电平开关信号，以告知单片机目前亚超声开关的状态。电路如下图6 所示。无忧马子开炭.刃