摘要：本文介紹了智能溫度采集機器人的設(shè)計研究，包括總體方案設(shè)計、基于Atmega128的硬件電路的選擇設(shè)計、基于Atmega128的軟件程序設(shè)計和上位機軟件設(shè)計幾個方面。最后介紹了項目整體的研究步驟及方法。

關(guān)鍵詞：Atmega128；溫度采集；機器人

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 21-0000-02

1 總體設(shè)計

本項目設(shè)計的智能溫度采集機器人，主要任務(wù)是對現(xiàn)場環(huán)境溫度的實時檢測，并通過無線通信技術(shù)把采集到的溫度值傳送回上位機控制室，當(dāng)現(xiàn)場溫度異常時實時報警，并實現(xiàn)上位機控制、語音控制和遙控器控制三種控制方式，同時通過傳感器技術(shù)實現(xiàn)自動避障功能。

傳統(tǒng)的工業(yè)控制機器人大多采用，AT89C51作為主控芯片，但由于其I/O數(shù)量少和內(nèi)部存儲空間小和資源有限的局限性，需要外接很多芯片實現(xiàn)功能擴充，這樣設(shè)計的電路板外圍電路復(fù)雜，調(diào)試困難，抗干擾能力差。本系統(tǒng)采用高性能、低功耗的Atmega128單片機為主控芯片，其采用精簡指令集因此有顯著的響應(yīng)速度優(yōu)勢。同時集成了大存儲器、多種總線控制器、看門狗等多種器件，還集成了低功耗休眠、中斷系統(tǒng)、輸入捕獲等多種功能。因此將其應(yīng)用與智能機器人的設(shè)計開發(fā)更加有利。

本系統(tǒng)包括Atmega128單片機、溫度采集模塊、電機驅(qū)動模塊、避障功能模塊、語音控制模塊、無線遙控模塊、及上位機控制等幾個部分。

2 硬件電路設(shè)計

電路設(shè)計部分包括小汽車主控電路和遙控器電路的設(shè)計，基于成本和實際需求考慮，主控電路的主控芯片采用Atmega128單片機，遙控器電路的主控芯片采用Atmega8單片機。

2.1 溫度采集模塊設(shè)計。采用溫度采傳感器PSS8050，采集機器人所處環(huán)境的溫度。把采集到的模擬信號傳送給單片機，送入到Atmega128單片機自帶的10位精度的A/D轉(zhuǎn)換器中，進行轉(zhuǎn)換得到實際的電壓值，并在程序中計算得到相應(yīng)的溫度值。程序設(shè)計通過中斷1秒鐘采集一次當(dāng)前溫度值，并存儲到相應(yīng)的存儲區(qū)當(dāng)中，可以存儲60次采集數(shù)據(jù)，之后進行更新替換。

2.2 電機驅(qū)動模塊設(shè)計。實現(xiàn)機器人自動行走，需要電機對其底部輪子進行驅(qū)動。電機驅(qū)動部分采用LG9110，其是為控制和驅(qū)動電機設(shè)計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整機可靠性提高。具有靜態(tài)工作電流低、飽和壓降低、輸出電平與TTL/CMOS兼容可以直接與CPU相連接、抗干擾能力強等特點。并且兩個輸出端能直接驅(qū)動電機的正反向運動，因此廣泛應(yīng)用于電機驅(qū)動和步進電機驅(qū)動等電路中。

2.3 避障功能模塊設(shè)計。利用紅外傳感器探測機器人行駛線路中的障礙物[3]，并將探測信息傳遞給單片機，實現(xiàn)機器人的自動避障。

2.4 語音控制模塊設(shè)計。采用語音識別芯片AP7003實現(xiàn)對特定人的語音識別，并通過I/O口將識別信息傳送給單片機，單片機通過運算將音頻信息轉(zhuǎn)換為控制信息，實現(xiàn)對機器人行駛狀態(tài)的語音控制。

2.5 無線遙控模塊設(shè)計。本設(shè)計利用紅外技術(shù)實現(xiàn)無線遙控機器人的功能，紅外技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和軍事等遙控探測領(lǐng)域。紅外探測器是紅外系統(tǒng)的核心，它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用呈現(xiàn)出來的物理效應(yīng)探測周圍物體，采用紅外接收探頭是TSOP2438，是一款高靈敏器件。遙控器其核心元器件實質(zhì)就是編碼芯片，將需要實現(xiàn)的操作指令例如選臺、快進、停止、等事先編碼，設(shè)備接收后進行解碼再控制有關(guān)部件執(zhí)行相應(yīng)的動作。

2.6 串口通信設(shè)計。還可以利用串口把機器人存儲的大量采集數(shù)據(jù)，傳輸?shù)缴衔粰C的數(shù)據(jù)庫中。串口是計算機上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議，本設(shè)計串口通信部分采用的基于232串口的通信方式，實現(xiàn)遙控機器人和電腦通信的目的。實際采用通信速率115200，8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗位，1位停止位。

3 軟件程序設(shè)計

3.1 Atmega128單片機程序設(shè)計。單片機程序部分采用C語言程序設(shè)計。系統(tǒng)上電后，進行初始化工作，包括單片機內(nèi)部（寄存器和中斷等）的初始化和外圍設(shè)備（遙控、語音控制、顯示等）的初始化工作。總體程序流程如圖1所示。

3.2 上位機控制應(yīng)用程序設(shè)計。采用VB語言和SQL數(shù)據(jù)庫編寫，目的是使其具有良好的人機交互操作界面，能實現(xiàn)把采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行實時顯示給操作人員、并同時在后臺進行采集數(shù)據(jù)的分析和匯總，最后存入后臺數(shù)據(jù)庫用以記錄保存，而且一旦采集到的溫度值超過了設(shè)定的界限值時立即提供報警功能，提示操作人員采取相應(yīng)措施。

4 研究步驟及方法流程

5 總結(jié)

如果把本項目的無線通信模塊換為Wifi、短波/超短波電臺或GPRS通信模塊，則可實現(xiàn)超遠程控制，并可以對單片機遙控小汽車的功能進行擴充，例如可以設(shè)計視頻采集模塊，實現(xiàn)視頻實時傳輸?shù)墓δ?，達到更好的監(jiān)控現(xiàn)場的目的。

參考文獻：

[1]史洪宇.基于單片機的多功能智能小車的設(shè)計[J].儀表技術(shù)，2010，12：16-17.

[2]陳純真，謝雄杰.AT89C51在小汽車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)，2002，4.

[作者簡介]王瑩（1982-），籍貫：吉林長春，學(xué)歷：碩士，職稱：助教，研究方向：電子/計算機。