宋世樂

摘要：基于STC89C52單片機(jī)對(duì)小型的智能移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使之能完成目標(biāo)跟蹤功能。硬件組成主要分為傳感器模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、液晶顯示模塊、單片機(jī)控制模塊以及電源模塊；軟件部分主要介紹了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法及流程圖。該機(jī)器人起停由按鍵控制，能在其傳感器可視范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)整速度及轉(zhuǎn)向，保持對(duì)環(huán)境目標(biāo)的恒距跟蹤，通過液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示其與目標(biāo)物的距離。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：恒距跟蹤；實(shí)時(shí)顯示；STC89C52單片機(jī)

引言

伴隨著人們的生產(chǎn)、生活對(duì)智能化的要求與日俱增，如今智能機(jī)器人發(fā)展迅速，各種機(jī)器人粉墨登場(chǎng)。人們對(duì)智能追蹤技術(shù)在不斷探索和創(chuàng)新，這項(xiàng)技術(shù)也日益變得成熟和向著更智能化邁進(jìn)，比如機(jī)器人能夠自主對(duì)周圍環(huán)境做出判斷，自己找到準(zhǔn)確的路線，能看懂地圖，也能記錄路線。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展將在軍事 、工業(yè)、生活、娛樂上大放光彩，作為智能運(yùn)輸車可以克服很多人難以克服的環(huán)境和條件，比如穿越沙漠或深海探險(xiǎn)等，在生產(chǎn)上可以作為很好的智能助手，生活?yuàn)蕵分幸矊⒆屓藗兊纳罡邮孢m[1]-[3]。

1.移動(dòng)機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用兩片STC89C52單片機(jī)作為控制核心，接收來(lái)自紅外對(duì)光傳感器和超聲波探頭的輸入信號(hào)，運(yùn)算處理后輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，一方面控制LCD1602進(jìn)行液晶顯示，另一方面輸出到L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片以控制車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

硬件組成主要分為傳感器模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、液晶顯示模塊、單片機(jī)控制模塊以及電源模塊。傳感器模塊中，紅外傳感器發(fā)出紅外線，如果遇到障礙物，紅外接收器接收到障礙物反射回來(lái)的紅外線，其輸出端電平就會(huì)發(fā)生變化。機(jī)器人根據(jù)該電平的變化，可以判斷是否有障礙物；超聲波傳感器測(cè)距時(shí)探頭首先發(fā)出一定頻率的超聲波，當(dāng)其遇到障礙物時(shí)會(huì)被反射回來(lái)被探頭接收。測(cè)量出超聲波從發(fā)射到接收所用的時(shí)間t，則可算出超聲波與目標(biāo)物之間的距離S。在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)中采用15腳封裝L298N模塊，它擁有4個(gè)控制端口，由外接電源供電，內(nèi)含兩個(gè)H橋式的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。液晶顯示模塊采用了LCD1602液晶顯示器進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的簡(jiǎn)單顯示?？刂破鬟x用STC89C52。它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有 8K 在線系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在芯片上，擁有靈巧的8位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。經(jīng)過多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在同一片控制器上同時(shí)使用四個(gè)紅外傳感器和超聲波傳感器，跟隨功能可以完整實(shí)現(xiàn)，但是由于兩者之間的相互干擾容易造成超聲波模塊液晶顯示結(jié)果發(fā)生亂碼，為了能夠讓機(jī)器人整體的工作效果更加穩(wěn)定，最后采用兩片單片機(jī)工作，以保證兩個(gè)模塊工作間互不影響。其中片一為主控芯片，負(fù)責(zé)跟隨的功能的完整實(shí)現(xiàn)；片二負(fù)責(zé)將超聲波傳感器的探測(cè)結(jié)果通過液晶屏實(shí)時(shí)顯示。兩片控制器之間互不干擾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明效果很好。

2.移動(dòng)機(jī)器人的軟件結(jié)構(gòu)

軟件設(shè)計(jì)思想為：系統(tǒng)上電后，先進(jìn)行系統(tǒng)初始化的一部分工作，再將運(yùn)行參數(shù)傳送給電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制模塊。傳感器模塊進(jìn)行環(huán)境信息采集處理，將結(jié)果傳送給控制模塊，控制模塊一方面按照既定的算法輸出控制信號(hào)到驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊接收參數(shù)后，輸出相應(yīng)電壓控制直流電機(jī)運(yùn)行；同時(shí)另一方面控制LCD液晶實(shí)時(shí)顯示機(jī)器人與目標(biāo)物之間的距離。通過改變對(duì)電機(jī)的控制命令，可以改變電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以完成相應(yīng)的目標(biāo)定位與跟蹤任務(wù)。3.結(jié)論

整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)控制芯片為兩片STC89C52單片機(jī)（U1和U2）。U1主要通過超聲波傳感器的輸入信號(hào)測(cè)算出機(jī)器人與目標(biāo)物的實(shí)際距離，將其送給LCD1602進(jìn)行液晶顯示。U2單片機(jī)主要用于控制機(jī)器人對(duì)目標(biāo)物的恒距跟蹤。它首先根據(jù)三個(gè)紅外對(duì)管傳感器檢測(cè)目標(biāo)物的位置信息，時(shí)刻保持正對(duì)目標(biāo)物，再根據(jù)另一個(gè)紅外傳感器探測(cè)距離信號(hào)，當(dāng)機(jī)器人與目標(biāo)物的距離小于設(shè)定距離的時(shí)候，使機(jī)器人執(zhí)行后退指令，直到距離大于設(shè)定距離為止，從而保持恒距跟蹤。當(dāng)系統(tǒng)上電后，電源指示燈、控制器指示燈亮，液晶屏幕亮，機(jī)器人開始運(yùn)行。當(dāng)目標(biāo)物出現(xiàn)在其左邊時(shí)，其左側(cè)紅外對(duì)光傳感器指示燈點(diǎn)亮，表示檢測(cè)到目標(biāo)物，機(jī)器人轉(zhuǎn)向左方；目標(biāo)物出現(xiàn)在右側(cè)時(shí)同理。但是只要正前方的指示燈亮（不論左右是否亮），機(jī)器人執(zhí)行前進(jìn)命令。若機(jī)器人與目標(biāo)物兩者之間距離小于程序設(shè)定值時(shí)，機(jī)器人將后退，以使距離不再繼續(xù)減小。在機(jī)器人對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行跟蹤的同時(shí)，距離值將通過其上的LCD液晶屏實(shí)時(shí)顯示。按下停止電源按鍵機(jī)器人停止工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉金會(huì)，郝靜如；自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位技術(shù)研究初探.技術(shù)與運(yùn)用[J].1006-883X（2005）01-0023-04

[2]張祥德，牛紀(jì)祥，董再勵(lì)；基于測(cè)角的自主移動(dòng)機(jī)器人定位算法.東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科版）[J]1005-3026（2002）12-1143-04

[3]任彥碩.自動(dòng)控制原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.05.