一种简易智能机器人的设计及应用

1、设计思想与总体方案

1．1　简易智能机器人的设计思想

本机器人能在任意区域内沿引导线行走，自动绕障，在有光源引导的条件下能沿光源行走。同时，能检测埋在地下的金属片，发出声光指示信息，并能实时存储、显示检测到的金属片数目以及各金属片至起跑线间的距离，最后能停在指定地点，显示出整个运行过程的时间。

1．2　总体设计方案和框图

本设计以AT89C51单片机作为检测和控制核心。采用红外光电传感器检测路面黑线及障碍物，使用金属传感器检测路面下金属铁片，应用光电码盘测距，用光敏电阻检测、判断车库位置，利用PWM技术动态控制电动机的转动方向和转速。通过软件编程实现机器人行进、绕障、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示。我们通过对电路的优化组合，最大限度的利用51单片机的全部资源。P0口用于数码管显示，P1口用于电动机的PWM驱动控制，P2，P3口用于传感器的数据采集与中断控制。这样做的优点很明显：充分地利用了单片机的内部资源，降低了总体设计的成本。该方案的系统图如图1所示。

2、系统的硬件组成及原理

此系统的硬件部分由单片机单元、传感器单元、传感器单元、电源单元、声光报警单元、键盘输入单元、电机控制单元和显示单元组成，如图2所示。

2．1　单片机单元

本系统采用AT89C51单片机作为中央处理器。他的主要任务是扫描键盘输入的信号启动机器人，在机器人行走过程中不断读取传感器采集到的数据，将得到的数据进行处理后，根据不同的情况产生占空比不同的PWM脉冲来控制电机，同时将相关数据送显示单元动态显示，产生声光报警信号。其中，P0口用于数码管动态显示，P1．0～P1．5控制2个电机，P1．6，P1．7为独立式键盘接口，P2口接传感器，P3．2接计里程的光电码盘，P3．7接声光报警单元，P3．4，P3．5，P3．6接用于显示金属片数目的发光二极管。

2．2　电机控制单元

本机器人采用了双电机双轮驱动的小车作为其底座。他的2个电机分别独立控制其左右两边的车轮，靠两边电机的转速的不同来实现转弯功能，还可让其原地转弯，便于控制。而传统的小车是靠动力电机和转向电机驱动，转弯角度难以控制，不便于使用。

电机控制电路采用大功率对管BD139，BD140组成的H型驱动电路，通过单片机产生占空比不同的PWM脉冲，精确调整电机的转速。这种电路由于工作在晶体管的饱和或截止状态下，避免了在线性放大区工作时晶体管的管耗，可以最大限度地提高效率；H型电路保证了可以简单地实现电机转速和方向的控制；电子开关的速度和稳定性也完全可以满足需要，整套驱动电路是一种被广泛采用的电机驱动技术。电路如图3所示。