【導讀】傳感器等相關技術(shù)。要求設計機器人的行走機構(gòu)，控制系統(tǒng)、傳感器類型的選擇及排列布局。上），知道饑餓。基本部分必須完成，發(fā)揮部分可任選；符合設計要求的報告一份，其中包括總體設計框圖、電路原理圖各一份；需全班統(tǒng)一存盤上交。參照畢業(yè)設計論文規(guī)范打印，包括附錄中的圖紙。項目齊全、不許涂改，圖紙為A4，所有插圖不允許復印。完備，書寫工整規(guī)范。的物體，最終人們發(fā)明了機器人這種擬人化的機器?？煽啃詠砜?，它在一定程度上已經(jīng)超過了人。分別是主控制器、驅(qū)動部分、傳感器部。行動進行控制的?？傊以O計的機器龜?shù)恼w結(jié)構(gòu)包括兩個驅(qū)動輪，兩個轉(zhuǎn)動輪，四個紅外傳感器，紅外傳感器分別位于殼體的前、后、左、右，兩個光敏電阻分別。位于殼體前部的左右兩側(cè)。四個紅外傳感器用于檢測障礙物，光敏電阻用于檢測光強，單片機通過根據(jù)紅外傳感器，光敏電阻輸入的信號來控制電機，進而控制驅(qū)動足。

　　

【正文】 （輸入端 IN1 為 PWM 信號，輸入端 IN2 為低電平，電動機正傳；輸入端 IN2 為 PWM 信號，輸入端 IN1 為低電平，電動機反轉(zhuǎn) ）；當它為低電平時，驅(qū)動電橋上的 4 個晶體管全部截止，使正在運行的電動機電樞電流反向，電動機自由停止。 該驅(qū)動電路的工作過程是， 單片機的兩個 PWM 輸出口 和 分別用于控制左右兩 個 直流 電機， 分別連到 LM298 的 IN1 和 IN3 兩個輸入端，主要用來 控制電機的轉(zhuǎn)速 。 和 是控制電機的正反轉(zhuǎn)的，分別連在 LM298 的 IN2 和 IN4 兩個輸入端。這樣，就可以實現(xiàn) L298 輸 出端 對電機的控制 了 。 I S E N A1O U T 12O U T 23VS4I N 15E N A6I N 27G N D8V S S9I N 310E N B11I N 412O U T 313O U T 414I S E N B15J2 L M 298 D9D I O D ED7D I O D ED5D I O D ED3D I O D ED4D I O D ED6D I O D ED8D I O D ED 1 0D I O D EP 1. 0P 1. 2P 1. 1P 1. 3C 13 u C 14 uF+ C 12100 uF+C 11100 uF+ 5v+ 5vM2M1 圖 46 直流電機 驅(qū)動電路 沈陽工程學院課程設計（論文） 14 5 系統(tǒng)軟件 軟件流程圖 開始 定義頭文件 開中斷 左側(cè)光比較強？ Y 左邊有障礙？ Y 右 轉(zhuǎn) 右邊有障礙？ 左轉(zhuǎn) N 直線前進 N Y 左右光 強一樣？ N Y N 前進 電機控制程序 仿生機器龜設計 15 圖 51 仿真機器龜制作的軟件流程圖 6 工作過程分析 仿真機器龜?shù)墓ぷ鬟^程如下， 在設計中使用了一些 集成元器件 以及單片機 ，根據(jù)它們的技術(shù)要求，正常工作時均為 5V 供電，且電路工作穩(wěn)態(tài)電流較小，因此在本次設計中 選用 LM7805 集成穩(wěn)壓電路，它的輸出電壓為 5V，輸出電流可達 。由 LM7805 集成穩(wěn)壓器組成的 5V 電壓源主要由變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。 本次設計的機器龜就是一個機器生命， 機器生命就是一個能自主生存的機器，一個自動為生存下去而奮斗的機器。對于機器生命來 說，生存的含義就是不斷電，繼續(xù)運行。機器生命具有完全自主決策、自主行動、活動于未知世界、不需人類參與就能持續(xù)運行并且自我維護等特征。 這次設計的機器龜就有 自主決策、自主行動、活動于未知世界 的功能。它能自主尋光、覓食和避障等功能。 機器龜由四大模塊組成，分別是 機械部分、傳感器部分、單片機部分以及驅(qū)動電機這四部分組成。它的工作過程是， 合上 電源開關， 使 機器龜進入工作狀態(tài)，此時機器龜?shù)?后面兩個 左、右輪 在直流電機作用，由單片機控制這兩個輪的轉(zhuǎn)速相同，使機器龜沿著直線向前走。由于從單片機出來的信號比較小，不能直接作用于電 動機，所以要用驅(qū)動電路作為單片機和電動機之間的橋梁。 在我的設計中我選擇直流電動機，直流電機最常用的驅(qū)動電路是 H橋電路，但是考慮如果用硬件來完成 H橋電路的搭建非常麻煩，而且所占的空間也大，所以在我的設計中選擇了集成的驅(qū)動芯片 LM298，這款芯片內(nèi)部集成了 H橋電路，就不用再自己搭配了。電動機的轉(zhuǎn)速是通過單片機的 PWM輸出端口輸出來控制的。只要調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比就可以實現(xiàn)機器龜?shù)男凶咚俣取? 機器龜 在 行進過程中，左、右兩側(cè)的光敏 電阻開始感知機器龜前方的光強，分別以數(shù)字信號值的形式傳給單片機，然后單片機通過接受到的 信號“ 0”或“ 1”來決定機器龜是向右轉(zhuǎn)還是向左轉(zhuǎn)。 只要兩個輪子的速度不同就能轉(zhuǎn)向了，轉(zhuǎn)向是利用單片機編程來實現(xiàn)的。 如果左側(cè)光強值大于右側(cè)光強值，左輪正轉(zhuǎn)，右輪反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向輪向右轉(zhuǎn)動，驅(qū)使機器龜向右側(cè)前進；反之，左輪反轉(zhuǎn)，右輪正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向輪向左轉(zhuǎn)動，驅(qū)使機器龜向左側(cè)前進，以實現(xiàn)機器龜?shù)内吂庑浴C器龜在行進過程中，四個紅外傳感器同時感知四周的障礙物信息，當機器龜前部的紅外傳感器感知到障礙物時，準備轉(zhuǎn)彎，此時光敏電阻首先比較左、右兩側(cè)的光強，以使機器龜向著光線較弱的一側(cè)轉(zhuǎn)彎，如果兩側(cè)光強一樣，則左、右兩側(cè)的紅外傳感器 比較兩側(cè)障礙物的距離信息，并向著與障礙物距離遠的一側(cè)轉(zhuǎn)彎。 這樣，一個具有初級智能行為的機器龜就設計出來了。 沈陽工程學院課程設計（論文） 16 7 元器件清單 名稱 型號 數(shù)量 備注 普通 電阻器 10 光敏電阻 2 紅外傳感器 4 電解電容 2 整流二極管 1N4004 12 發(fā)光二極管 1 LED LM298 1 直流電機 2 電源 1 5V 集成穩(wěn)壓器 LM7805 單片機 C8051f020 1 變壓 器 1 仿生機器龜設計 17 8 主要元器件介紹 光敏電阻 CdS 的介紹 以硫化鎘（ CdS）為主要成分的光敏電阻是應用廣泛的一種光敏，它是利用半導體的光電效應，即當光照射在硫化鎘 半導體表面上時 ，半導體內(nèi)的載流子增加，使其電導率增加。 CdS 通常都是制成薄膜結(jié)構(gòu)的，以便收集和吸收更多的光線。 光敏電阻與其他半導體光電器件相比，有以下特點，光譜響應范圍相當寬，工作電流大，所測得光電強度范圍寬，既可測強光也可測弱光，靈敏度高，無選擇極性之分。 紅外傳感器 的介紹 把紅外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置，稱為紅外傳感器。紅外傳感器主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫 度，可進行遙控。它可以不從被測物體上吸收熱量，不會干擾被測對象的溫度場，連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗，反應快等優(yōu)點。 紅外傳感器主要分為光電型和熱敏型。光電型是利用紅外輻射的光電效應制成的，其核心是光電元件，這類傳感器主要有紅外二極管、三極管等。 熱敏型主要制作紅外溫度傳感器，它是利用紅外輻射的熱效應制成的，其核心是熱敏元件。 LM7805 的介紹 LM7805 是美國半導體公司的固定輸出三端正穩(wěn)壓器集成電路，輸出電流在 1A 以上，輸出電壓是 +5V。內(nèi)其內(nèi)部包括過熱、過流和調(diào)整管保護等電路，誤差放大電路，基準電壓電 路和調(diào)整電路，使用比較方便且穩(wěn)定精度高。 C8051 單片機 C8051 系列單片機是集成的混合信號片上系統(tǒng)，具有與 MCS51 內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標準 8051 的數(shù)字外設部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設及功能部件。 C8051 系列單片機是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)（ SOC）。 CPU 有效地管理模擬和數(shù)字外設，可以關閉單個或全部外設以節(jié)省功耗。 沈陽工程學院課程設計（論文） 18 LM298 的簡介 L298 是雙通道直流電動機驅(qū)動芯片，它可以滿足機器龜正反轉(zhuǎn)控制的需要。 L298 是一塊 單片集成電路，有兩種封裝形式，它是雙 H 橋高電壓大電流功率集成電路，可以用來驅(qū)動 2 個直流電動機，也可以驅(qū)動感性負載，如繼電器、電動閥、步進電動機等。采用 L298作為電動機驅(qū)動電路，可靠性高，可以方便地控制電動機的正反轉(zhuǎn)。 它的 功率電源電壓范圍為 ～ 46V，邏輯工作電源電壓工作范圍： 5～ 7 V。最大靜態(tài)工作電流是 70mA。 L298 的主要參數(shù)： 允許驅(qū)動電壓 50V； 允許控制電壓 +50V；直流允許輸出電流 2A； 直流最大允許尖峰電 流 3A； 允許采樣電壓 1～ ； 允許功耗 25 W。 仿生機器龜設計 19 參考文獻 [1] 杜軍平，吳立成 .人工智能機器人學導論 .北京：電子工業(yè)出版社， 2020 [2] 方建軍，何廣平 .智能機器人 .北京：化學工業(yè)出版社， 2020 [3] 劉榮 .機器人探索工程實踐指南 .北京：電子工業(yè)出版社， 2020 [4] 陳懇，楊向東 ， 劉莉 .機器人技術(shù)與應用 .北京：清華大學出版社， 2020 [5] 山名宏治 .玩具機器人制作 .北京：科學出版社， 2020 沈陽工程學院課程設計（論文） 20 附錄 TR2G N D1CO5O U T3D7U c c8TH6T L C 555R231L M 7805C1100 uC2470 uDL E DR01K1234P 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 6P 0. 7R E S E TV c cP 1. 0P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7P 1. 1C 80 51D1D2R 16D3D4220 v10n F v2KR b= 15K1nFR a = K+ 5v322 5N P NG N DR?P O T 2 uF K KG N DV C CC dSC dSR6R5R?P O T 2+ 5vG N DI N 1I N 2I N 3I N 4E N AE N BG N DV s sVsO U T 1O U T 2O U T 3O U T 4I S E N AI S E N BL M 298571012611894231413115D8D I O D ED4D I O D ED3D I O D ED5D I O D ED7D I O D ED6D I O D ED9D I O D ED 1 0D I O D E uF uF+100 uF+10u FG N DG N DG N D+ 5v+ 5vG N DP 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3