基于单片机智能机器人控制系统研究设计

1、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 智能机器人人简介1.1 系统框框图该智能机器人控控制系统

2、采用用两片AT889C512控制，一一片单片机MMCU1用于于整个系统的的控制，另一一片单片机MMCU2用于于驱动液晶屏屏LCM16602工作，它它们之间通过过I/O口通通讯，以实现现两片单片机机共同工作的的相互协调控控制。系统框框图3如如图1所示。图1 机器人控控制系统结构构图设计中，MCUU1的P1.0、P1.3分别接触触觉传感器，PP1.6-PP1.7接视视觉红外传感感器，P2.0-P2.4口控制继继电器驱动电电路，P2.5口接地面面探测传感器器，P2.66-P2.77接步伐校正正光耦器，PP3.0-PP3.5接IISD251120语音芯芯片。1.2 实现功功能机器人在移动过过程中，会发

3、发出语音提示示：“目标搜搜索中”，同同时液晶显示示：“Tarrget iis in searcching”；前进过程中中发现目标，语语音提示：“发发现目标”；液晶显示：“Findd objeect”，机机器人自动向向该目标转向向；对准目标标后，语音提提示：“锁定定目标”，液液晶显示：“LLock iit”，同时时机器人向目目标继续前进进；如机器人人撞上目标，语语音提示：“前前方有障碍物物”，液晶显显示：“Obbstaclles immpendiing”，机机器人根据触触角碰撞的先先后顺序，向向该相反的方方向转角约1100度，继继续前进；当当前方地面出出现断层，语语音提示：“危危险，前方地地面有

4、断层”，液液晶显示：“WWarninng，fauult ahhead”，同同时机器人会会向后退几步步，转向后继继续前进；如如果机器人在在转向过程中中，步伐错乱乱，便会自动动执行步伐调调整程序，以以校正步伐。2 系统设计2.1 驱动电电路要想让机器人有有稳定行走能能力，需要选选择稳定的电电动机驱动系系统。本设计计利用三极管管放大作用对对单片机I/O口电流进进行放大，驱驱动继电器控控制电动机转转动。且不会会对输入电流流有任何影响响，完全可以以给电动机提提供大电流，保保证电路工作作稳定。电动机驱动电路路采用两个NNPN管对单单片机AT889C51的的I/O口输输出电流信号号放大，利用用电阻R199、

5、R20作作为三极管基基极进行保护护。当单片机机I/O口有有信号输出时时，该电流经经电阻后送入入第一级三极极管基极，使使第一级三极极管导通，导导通电流经电电阻送入第二二个三极管基基极，进一步步放大电流，以以达到继电器器驱动电流。根根据计算，送送入继电器的的电流是经过过两极放大电电路放大了约约2倍，99014在此此做开关作用用。经过两级级放大后驱动动继电器。如如图2所示。图2 电机驱动动电路原理图图 每个继电器相当当于一个单刀刀双掷开关，由由此，两个单单刀双掷开关关，组成电动动机正反转控控制电路，实实现机器人前前进、后退动动作。2.2 视觉电电路在此设计中，我我们仅要求机机器人发现并并跟踪目标，不

6、不需要识别目目标。因此采采用最常用的的红外线反射射传感器来作作为机器人的的视觉功能，检检测机器人前前方是否有目目标。该功能能的实现采用用的是两个型型号为TX005D的红外外线反射传感感器4。TTX05D常常用的红外反反射式接近开开关，它内部部有一红外线线发射管和一一红外线接收收管。发射管管发出红外线线，如果其正正前方没有物物体，那么接接收管接收不不到红外线反反馈信号。当当前方出现物物体时，红外外线信号经过过物体被反射射了回来，这这时接收管接接收到信号，向向单片机发出出高电平信号号，以告知单单片机其前方方出现障碍物物。两个红外线传感感器安装在机机器人前方的的两侧，在机机器人工作时时，两个传感感器

7、始终向外外发射红外线线探测信号，当当其中一个传传感器接收到到反馈信号时时，便向单片片机发出高电电平信号，告告知单片机该该方向发现目目标，单片机机经过判断后后，控制电动动机向该方向向转向，以实实现跟踪功能能。当两个传传感器都感应应到目标时，机机器人便向着着目标直着前前进，直到撞撞上目标。2.3 步伐调调整电路当机器人在前进进过程中，如如果电机转速速不一致或者者在转向过程程中打乱了步步伐，这时便便会启动步伐伐调整功能，该该功能是利用用两个光耦来来完成的。在在机器人腿部部，装有两片片通过光耦的的挡片，当机机器人正常行行走时，挡片片会交替的打打开和关闭光光耦。如果两两个光耦的状状态始终不相相同。那么就

8、就说明该机器器人步伐正常常。当光耦状状态出现相同同时，说明机机器人步伐错错乱，需要校校正步伐。这这时便会随机机停下一条“腿腿”，等另一一条“腿”走走在合适位置置，即光耦状状态相反时，再再作出同步前前进。电路如如图3所示。2.4显示电路路本功能主要实现现了人机交互互的视觉平台台。本设计采采用LCM11602液晶晶显示模块，该该模块是最常常用的英文显显示模块，它它内部含有英英文字库，使使用方便，价价格便宜。液液晶显示功能能是配合语音音功能共同使使用的附加功功能，它的作作用就是可以以显示当前的的状态，以实实现机器人的的人机交互显显示功能。LCM16022是一种166字2行的的字符型液晶晶模块5，主要

9、有总总线连接方式式和模拟口连连接方式。本本设计采用的的是模拟口连连接方式，它它和前者相比比，电路更加加简洁。在该该电路中，PP1口给显示示屏输送数据据，P3.00到P3.22则控制向该该显示屏读写写数据的状态态。VL管脚脚过1K电阻阻接地，作用用是限制液晶晶显示的色度度深浅。BLLA和BLKK则是背光灯灯电源接口。电电路如图4所所示。图4 显示电路路原理图设计中，P2口口则是用于与与MCU1通通讯，它始终终监控着MCCU1的状态态，以保持显显示内容和语语音同步。2.5 语言电电路为了确保操作的的无误性，运运用声音进行行第二重提示示，本系统用用到的ISDD251200语音芯片是是美国ISDD公司

10、生产的的高保真录放放一体化的单单片固态语音音集成电路，录录放时间为1120秒，可可运行多段信信息处理，可可反复录音十十万次6，并且ISSD251220使用时不不需要考虑如如何驱动语音音芯片，只需需要直接用551控制该语语音电路的触触发时间，播播放出事先录录好的声音文文件，以实现现机器人说话话这个功能。电电路如图5所所示。图5 语音电路路原理图 2.6 亚超声声接收电路机器人上面装有有一个亚超声声接收模块，当当接收到外部部的亚超声，机机器人会做出出停止和运行行动作，以实实现机器人的的听觉功能。该该部分的实现现采用了成品品的亚超声接接收板，在设设计中，将其其输出的信号号经过光电开开关转换成可可以触发单片片机I/O口口的低电平开开关信号，以以告知单片机机目前亚超声声开关的状态态。电路如下下图6所示。图6 亚超声接接收电路原理理图3 总结本机器人