【正文】 移動機器人具有一般機器人所不具備的移動能力，從而使之更具備“代替人”作業(yè)的實力。移動機器人在移動過程中不可避免會遇到各式各樣的障礙物，靈活、實時的躲開這些障礙物是衡量其性能的關鍵指標。具有避障功能移動機器人擁有相當高的社會價值，不僅可以代替人們在有輻射、有粉塵、有毒等環(huán)境智能化作業(yè)，還可以廣泛用于科學考察、地質勘探、災難營救等多個領域，對人類了解地球、征服自然、探索宇宙具有重要意義此外在軍事領域與航空航天需要這種技術，用于軍事偵察、排雷除險和無人作戰(zhàn)等，以次提高我軍的綜合作戰(zhàn)能力。在外太空進行星球表面的探測，使用這種自主移動機器人，可以增加探測的可靠性，降低風險。21世紀，機器人將用于提高人民健康水平與生活水準、豐富人民文化生活。例如服務機器人將進入家庭，從事清潔衛(wèi)生、園藝、炊事、垃圾處理、家庭護理與服務等作業(yè)在醫(yī)院，機器人可以從事手術、化驗、助殘、導盲、運輸、康復及病人護理等作業(yè):在商業(yè)和旅游業(yè)中導購機器人、導游機器人和表演機器人都將得到發(fā)展，智能機器人玩具和智能機器人寵物的種類將不斷增加，從而使人類生活更加豐富多彩 本設計任務和主要內容本設計是對以單片機STC89C52為核心的系統(tǒng)根據感測模塊傳輸的前方路面信息控制機器人行駛走向的軟、硬件設計開發(fā)。系統(tǒng)要能夠做到準確及時監(jiān)測前方路面信息并傳輸給主控模塊，做到根據前方路面信息及時調整機器人的走向，做到顯示機器人的走向和機器人已經行駛過的路程。主要內容是：① 感測模塊實時監(jiān)測路面情況并及時傳輸給單片機；② 單片機核心模塊根據感測模塊給予的信息控制機器人兩電機轉動；③ 電機驅動模塊驅動兩電機轉動，實現(xiàn)轉向與行走；④ 液晶顯示模塊顯示走向和已行駛過的路程。13第2章 系統(tǒng)主要硬件電路設計第二章 系統(tǒng)主要硬件電路設計 系統(tǒng)原理組成框圖 圖2－1 系統(tǒng)原理組成框圖 STC89C52單片機性能優(yōu)點課堂上我們學習的是AT89C51單片機，但實際應用中現(xiàn)在我們是不會再用AT89C51單片機了。學習AT89C51單片機是學習一種方法，學習單片機的基本結構，指令?，F(xiàn)在單片機種類繁多，各有各的優(yōu)點，結合具體情況恰當選擇單片機型號也是非常重要的，在此系統(tǒng)中采用STC89C52為主控模塊芯片，選此芯片的理由是：(1) 與MCS51單片機完全兼容：指令兼容，引腳兼容高保密性：無法讀出，因此無法解密；(2) 超強抗干擾能力：電源、I/O接口、時鐘均有抗干擾措施；(3) 高可靠性：① 寬電壓范圍，～6V；② 寬溫度范圍：－400C～850C；(4) 低電磁輻射：① 可禁止ALE輸出，降低輻射；② 可選6時鐘/機器周期，降低晶振頻率，降低輻射；③ 單片機時鐘振蕩器增益可設為1/2；(5) 超低功耗：① 掉電模式典型功耗：≦1uA，可由外中斷喚醒；② 空閑模式典型功耗：2mA；③ 正常工作典型功耗：4 mA～7 mA；④ 可在線編程，節(jié)約投資；⑤ 強驅動能力，無論灌電流還是拉電流，均優(yōu)于MCS51單片機；⑥ 高速度，最高晶振達到90MHZ；(6) 內部資源更豐富，與MCS51單片機相比增加了：① T2定時/計數器；② 內部數據存儲器RAM增加了1～8倍；③ 自帶A/D和PWM；④ 有P4口；圖2－2 系統(tǒng)核心STC89C52連接電路圖 電機控制本機器人采用了雙電機雙輪驅動的小車作為其底座。2個電機分別獨立控制其左右兩邊的車輪，靠兩邊電機的轉速的不同來實現(xiàn)轉彎功能，還可讓其原地轉彎，便于控制。而傳統(tǒng)的小車是靠動力電機和轉向電機驅動，轉彎角度難以控制，不便于使用。電機控制電路采用大功率對管BDl3BDl40組成的H型驅動電路，通過單片機產生占空比不同的PWM脈沖，精確調整電機的轉速。這種電路由于工作在晶體管飽和或截止狀態(tài)，避免了在線性放大區(qū)工作時晶體管的管耗，可以最大限度地提高效率；H型電路保證了可以簡單地實現(xiàn)電機轉速和方向的控制；電子開關的速度和穩(wěn)定性也完全可滿足需要，整套驅動電路是一種被廣泛采用的電機驅動技術。電路見圖23。 圖23 電機控制電路圖：采用交流電經直流穩(wěn)壓處理后供電采用交流電提供直流穩(wěn)壓電源，電流驅動能力及電壓穩(wěn)定性最好，且負載對電源影響也最小。但由于需要電線對機器人供電，極大影響了避障機器人行動的靈活性及地形的適應能力。而且避障機器人極易把拖在地上的電線識別為障礙55淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)論文設計物，人為增加了不必要的障礙。故放棄了這一方案。：采用干電池組進行供電采用四節(jié)干電池降壓至5V后給單片機及其他邏輯單元供電，另取六節(jié)干電池為電機及光電開關供電。這樣電機啟動及制動時的短暫電壓干擾不會影響到邏輯單元和單片機的工作。但由于電機驅動需要比較大的電流，所以采用干電池供電使用的周期不能很長，實用性不太好。故放棄了這一方案。：采用可充電蓄電池供電采用可充電蓄電池給驅動和感測模塊供電，其它采用蓄電池經LM2575穩(wěn)壓后供電。雖然蓄電池的重量比較大，但是蓄電池能夠供電的時間長而穩(wěn)定，況且買來的機器人負重能力好，所以采用此方案完全可行。故采用了此方案。其原理圖如下圖所示： 圖24供電電源及穩(wěn)壓模塊 16第二章 系統(tǒng)主要硬件電路設計整個機器人共采用了9個傳感器，分布在整個機器人的不同部位，相互配合起不同的作用，見圖25。機器人圖25 傳感器分布示意圖457326189圖25中各傳感器說明如下：傳感器1置于機器人正前方朝下的金屬探測傳感器，用于探測金屬。傳感器2置于機器人正前方朝前的超聲波傳感器，用于檢測障礙物。超聲波來源于555產生40 kHz的方波信號，經超聲波發(fā)射頭發(fā)出。發(fā)射頭不斷發(fā)出信號，當遇到障礙物時，信號會被反射回來，從而接收頭會接受到信號，將信號送入單片機進行相應的判斷和處理。傳感器3置于機器人正前方朝下的紅外光電傳感器，用于檢測停止線。紅外發(fā)射管發(fā)出信號，經不同的反射介質反射，根據紅外接收管是否接收到信號做出相應的判斷。傳感器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線，原理同傳感器3。傳感器7置于機器人正前方朝前的光敏電