【正文】 器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用智能機(jī)器人簡(jiǎn)介該智能機(jī)器人控制系統(tǒng)采用兩片AT89C51[2]控制, 一片單片機(jī)MCU1 用于整個(gè)系統(tǒng)的控制, 另一片單片機(jī)MCU2 用于驅(qū)動(dòng)液晶屏LCM1602 工作, 它們之間通過(guò)I/O 口通訊, 以實(shí)現(xiàn)兩片單片機(jī)共同工作的相互協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)框圖如圖3 所示。圖3機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)中, MCU1 、 分別接觸覺(jué)傳感器, , 口控制繼電器驅(qū)動(dòng)電路, 口接地面探測(cè)傳感器, 接步伐校正光耦器, 接ISD25120 語(yǔ)音芯片。 實(shí)現(xiàn)功能：機(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中, 會(huì)發(fā)出語(yǔ)音提示: “目標(biāo)搜索中”, 同時(shí)液晶顯示: “Target is in searching”。 前進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)目標(biāo), 語(yǔ)音提示: “發(fā)現(xiàn)目標(biāo)”。 液晶顯示: “Find object”, 機(jī)器人自動(dòng)向該目標(biāo)轉(zhuǎn)向。 對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)后, 語(yǔ)音提示: “鎖定目標(biāo)”, 液晶顯示:“Lock it”, 同時(shí)機(jī)器人向目標(biāo)繼續(xù)前進(jìn)。 如機(jī)器人撞上目標(biāo), 語(yǔ)音提示: “前方有障礙物”, 液晶顯示: “Obstacles impending”, 機(jī)器人根據(jù)觸角碰撞的先后順序, 向該相反的方向轉(zhuǎn)角約100度, 繼續(xù)前進(jìn)。 當(dāng)前方地面出現(xiàn)斷層, 語(yǔ)音提示: “危險(xiǎn), 前方地面有斷層”, 液晶顯示: “Warning, fault ahead”, 同時(shí)機(jī)器人會(huì)向后退幾步, 轉(zhuǎn)向后繼續(xù)前進(jìn)。 如果機(jī)器人在轉(zhuǎn)向過(guò)程中, 步伐錯(cuò)亂, 便會(huì)自動(dòng)執(zhí)行步伐調(diào)整程序, 以校正步伐。系統(tǒng)設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路：要想讓機(jī)器人有穩(wěn)定行走能力, 需要選擇穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)利用三極管放大作用對(duì)單片機(jī)I/O 口電流進(jìn)行放大, 驅(qū)動(dòng)繼電器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。且不會(huì)對(duì)輸入電流有任何影響, 完全可以給電動(dòng)機(jī)提供大電流, 保證電路工作穩(wěn)定。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用兩個(gè)NPN 管對(duì)單片機(jī)AT89C51 的I/O 口輸出電流信號(hào)放大, 利用電阻R1R20 作為三極管基極進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)單片機(jī)I/陳宇: 講師碩士O口有信號(hào)輸出時(shí), 該電流經(jīng)電阻后送入第一級(jí)三極管基極, 使第一級(jí)三極管導(dǎo)通, 導(dǎo)通電流經(jīng)電阻送入第二個(gè)三極管基極, 進(jìn)一步放大電流, 以達(dá)到繼電器驅(qū)動(dòng)電流。根據(jù)計(jì)算, 送入繼電器的電流是經(jīng)過(guò)兩極放大電路放大了約β2 倍, 9014 在此做開(kāi)關(guān)作用。經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大后驅(qū)動(dòng)繼電器。如圖4所示。圖4電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖每個(gè)繼電器相當(dāng)于一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān), 由此, 兩個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān), 組成電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路, 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)、后退動(dòng)作。 視覺(jué)電路：在此設(shè)計(jì)中, 我們僅要求機(jī)器人發(fā)現(xiàn)并跟蹤目標(biāo), 不需要識(shí)別目標(biāo)。因此采用最常用的紅外線反射傳感器來(lái)作為機(jī)器人的視覺(jué)功能, 檢測(cè)機(jī)器人前方是否有目標(biāo)。該功能的實(shí)現(xiàn)采用的是兩個(gè)型號(hào)為T(mén)X05D 的紅外線反射傳感器。TX05D 常用的紅外反射式接近開(kāi)關(guān), 它內(nèi)部有一紅外線發(fā)射管和一紅外線接收管。發(fā)射管發(fā)出紅外線, 如果其正前方?jīng)]有物體, 那么接收管接收不到紅外線反饋信號(hào)。當(dāng)前方出現(xiàn)物體時(shí), 紅外線信號(hào)經(jīng)過(guò)物體被反射了回來(lái), 這時(shí)接收管接收到信號(hào), 向單片機(jī)發(fā)出高電平信號(hào), 以告知單片機(jī)其前方出現(xiàn)障礙物。兩個(gè)紅外線傳感器安裝在機(jī)器人前方的兩側(cè), 在機(jī)器人工作時(shí), 兩個(gè)傳感器始終向外發(fā)射紅外線探測(cè)信號(hào), 當(dāng)其中一個(gè)傳感器接收到反饋信號(hào)時(shí), 便向單片機(jī)發(fā)出高電平信號(hào), 告知單片機(jī)該方向發(fā)現(xiàn)目標(biāo), 單片機(jī)經(jīng)過(guò)判斷后, 控制電動(dòng)機(jī)向該方向轉(zhuǎn)向, 以實(shí)現(xiàn)跟蹤功能。當(dāng)兩個(gè)傳感器都感應(yīng)到目標(biāo)時(shí), 機(jī)器人便向著目標(biāo)直著前進(jìn), 直到撞上目標(biāo)。 步伐調(diào)整電路：當(dāng)機(jī)器人在前進(jìn)過(guò)程中, 如果電機(jī)轉(zhuǎn)速不一致或者在轉(zhuǎn)向過(guò)程中打亂了步伐, 這時(shí)便會(huì)啟動(dòng)步伐調(diào)整功能, 該功能是利用兩個(gè)光耦來(lái)完成的。在機(jī)器人腿部, 裝有兩片通過(guò)光耦的擋片, 當(dāng)機(jī)器人正常行走時(shí), 擋片會(huì)交替的打開(kāi)和關(guān)閉光耦。如果兩個(gè)光耦的狀態(tài)始終不相同。那么就說(shuō)明該機(jī)器人步伐正常。當(dāng)光耦狀態(tài)出現(xiàn)相同時(shí), 說(shuō)明機(jī)器人步伐錯(cuò)亂, 需要校正步伐。這時(shí)便會(huì)隨機(jī)停下一條“腿”, 等另一條“腿”走在合適位置, 即光耦狀態(tài)相反時(shí), 再作出同步前進(jìn)。電路如圖5 所示。圖5步伐校正電路原理圖 顯示電路：本功能主要實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互的視覺(jué)平臺(tái)。本設(shè)計(jì)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(nèi)部含有英文字庫(kù), 使用方便, 價(jià)格便宜。液晶顯示功能是配合語(yǔ)音功能共同使用的附加功能, 它的作用就是可以顯示當(dāng)前的狀態(tài), 以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的人機(jī)交互顯示功能。LCM1602 是一種16 字2 行的字符型液晶模塊, 主要有總線連接方式和模擬口連接方式。本設(shè)計(jì)采用的是模擬口連接方式, 它和前者相比, 電路更加簡(jiǎn)潔。在該電路中, P1 口給顯示屏輸送數(shù)據(jù), 則控制向該顯示屏讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的狀態(tài)。VL管腳過(guò)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6 所示。 圖6顯示電路原理圖設(shè)計(jì)中, P2 口則是用于與MCU1 通訊, 它始終監(jiān)控著MCU1的狀態(tài), 以保持顯示內(nèi)容和語(yǔ)音同步。 語(yǔ)言電路：為了確保操作的無(wú)誤性, 運(yùn)用聲音進(jìn)行第二重提示, 本系統(tǒng)用到的ISD25120 語(yǔ)音芯片是美國(guó)ISD 公司生產(chǎn)的高保真錄放一體化的單片固態(tài)語(yǔ)音集成電路, 錄放時(shí)間為120 秒, 可運(yùn)行多段信息處理, 可反復(fù)錄音十萬(wàn)次[6], 并且ISD25120 使用時(shí)不需要考慮如何驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音芯片, 只需要直接用51 控制該語(yǔ)音電路的觸發(fā)時(shí)間, 播放出事先錄好的聲音文件, 以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人說(shuō)話這個(gè)功能。電路如圖7 所示。圖7語(yǔ)音電路原理圖 亞超聲接收電路：機(jī)器人上面裝有一個(gè)亞超聲接收模塊，當(dāng)接收到外部的亞超聲，機(jī)器人會(huì)做出停止和運(yùn)行動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的聽(tīng)覺(jué)功能。該部分的實(shí)現(xiàn)采用了成品的亞超聲接收板，在設(shè)計(jì)中，將其輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)光電開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換成可以觸發(fā)單片機(jī)I/O口的低電平開(kāi)關(guān)信號(hào),以告知單片機(jī)目前亞超聲開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。 圖8亞超聲接收電路原理圖本機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)在一定程度上模擬了人類的視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、語(yǔ)音及簡(jiǎn)單的思考能力，又在一定程度上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)機(jī)器人最基本的人機(jī)交互顯示功能，但新的需求和任務(wù)也對(duì)機(jī)器人的性能提出了更高的要求。本系統(tǒng)利用雙單片機(jī)通訊較好地處理了各傳感器之間的協(xié)調(diào)問(wèn)題，以及傳感器之間的優(yōu)先響應(yīng)問(wèn)題。五、結(jié)論本文基于單片機(jī)機(jī)器人技術(shù)探討，研究機(jī)器人對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步的巨大推動(dòng)作用, 在新的2l世紀(jì)必將得到越來(lái)越大的發(fā)展,特別是將成熟的單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人技術(shù)以提高機(jī)器人智能性方面的研究一直是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。單片機(jī)在未來(lái)的機(jī)器人智能化的研究中，會(huì)變的越來(lái)越重要。參考文獻(xiàn)[1]:晁陽(yáng),2007年10月[2] 余永權(quán) :余永權(quán) 黃英,2004年7月[3] :康師友,2007年5月[4] 蔡自興 : 蔡自興 徐光祐,2003年10月[5] 陳秀珍 , 2007年11月5日[6] , 2006年4月2日.[7]王志明 李磊 朱敬德 , 2005年04月03日[8] [J] .現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008年05月第15卷第5期：65, [9] 魏俊博 栗桂鳳 amp。 Applications[J] .設(shè)計(jì)應(yīng)用，2008年04月第12卷第3期：25,致謝 感謝*老師在我做畢業(yè)論文的過(guò)程中，提供給我的學(xué)習(xí)資料即在做論文的過(guò)程中的指導(dǎo)。通過(guò)這次做論文的過(guò)程中，學(xué)到了很多關(guān)于單片機(jī)的知識(shí)和機(jī)器人的工作原理。通過(guò)這次做論文使我所學(xué)的知識(shí)從理論到實(shí)際，鞏固了所學(xué)的知識(shí)，提高處理實(shí)際問(wèn)題的能力，提高專業(yè)技能。