宋世樂

摘要：基于STC89C52單片機對小型的智能移動機器人進行了設(shè)計，使之能完成目標跟蹤功能。硬件組成主要分為傳感器模塊、直流電機驅(qū)動模塊、液晶顯示模塊、單片機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)計方法及流程圖。該機器人起停由按鍵控制，能在其傳感器可視范圍內(nèi)自動調(diào)整速度及轉(zhuǎn)向，保持對環(huán)境目標的恒距跟蹤，通過液晶顯示器實時顯示其與目標物的距離。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：恒距跟蹤；實時顯示；STC89C52單片機

引言

伴隨著人們的生產(chǎn)、生活對智能化的要求與日俱增，如今智能機器人發(fā)展迅速，各種機器人粉墨登場。人們對智能追蹤技術(shù)在不斷探索和創(chuàng)新，這項技術(shù)也日益變得成熟和向著更智能化邁進，比如機器人能夠自主對周圍環(huán)境做出判斷，自己找到準確的路線，能看懂地圖，也能記錄路線。這項技術(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等，在生產(chǎn)上可以作為很好的智能助手，生活娛樂中也將讓人們的生活更加舒適[1]-[3]。

1.移動機器人的硬件結(jié)構(gòu)

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

硬件組成主要分為傳感器模塊、直流電機驅(qū)動模塊、液晶顯示模塊、單片機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的紅外線，其輸出端電平就會發(fā)生變化。機器人根據(jù)該電平的變化，可以判斷是否有障礙物；超聲波傳感器測距時探頭首先發(fā)出一定頻率的超聲波，當其遇到障礙物時會被反射回來被探頭接收。測量出超聲波從發(fā)射到接收所用的時間t，則可算出超聲波與目標物之間的距離S。在直流電機驅(qū)動模塊設(shè)計中采用15腳封裝L298N模塊，它擁有4個控制端口，由外接電源供電，內(nèi)含兩個H橋式的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，接受標準TTL邏輯電平信號，可驅(qū)動46V、2A以下的電機。液晶顯示模塊采用了LCD1602液晶顯示器進行機器人運動狀態(tài)的簡單顯示。控制器選用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)過多次測試發(fā)現(xiàn)，在同一片控制器上同時使用四個紅外傳感器和超聲波傳感器，跟隨功能可以完整實現(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，為了能夠讓機器人整體的工作效果更加穩(wěn)定，最后采用兩片單片機工作，以保證兩個模塊工作間互不影響。其中片一為主控芯片，負責(zé)跟隨的功能的完整實現(xiàn)；片二負責(zé)將超聲波傳感器的探測結(jié)果通過液晶屏實時顯示。兩片控制器之間互不干擾。實驗結(jié)果表明效果很好。

2.移動機器人的軟件結(jié)構(gòu)

軟件設(shè)計思想為：系統(tǒng)上電后，先進行系統(tǒng)初始化的一部分工作，再將運行參數(shù)傳送給電機的驅(qū)動控制模塊。傳感器模塊進行環(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到驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊接收參數(shù)后，輸出相應(yīng)電壓控制直流電機運行；同時另一方面控制LCD液晶實時顯示機器人與目標物之間的距離。通過改變對電機的控制命令，可以改變電機運行狀態(tài)以完成相應(yīng)的目標定位與跟蹤任務(wù)。3.結(jié)論

整個機器人系統(tǒng)控制芯片為兩片STC89C52單片機（U1和U2）。U1主要通過超聲波傳感器的輸入信號測算出機器人與目標物的實際距離，將其送給LCD1602進行液晶顯示。U2單片機主要用于控制機器人對目標物的恒距跟蹤。它首先根據(jù)三個紅外對管傳感器檢測目標物的位置信息，時刻保持正對目標物，再根據(jù)另一個紅外傳感器探測距離信號，當機器人與目標物的距離小于設(shè)定距離的時候，使機器人執(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。當系統(tǒng)上電后，電源指示燈、控制器指示燈亮，液晶屏幕亮，機器人開始運行。當目標物出現(xiàn)在其左邊時，其左側(cè)紅外對光傳感器指示燈點亮，表示檢測到目標物，機器人轉(zhuǎn)向左方；目標物出現(xiàn)在右側(cè)時同理。但是只要正前方的指示燈亮（不論左右是否亮），機器人執(zhí)行前進命令。若機器人與目標物兩者之間距離小于程序設(shè)定值時，機器人將后退，以使距離不再繼續(xù)減小。在機器人對目標物進行跟蹤的同時，距離值將通過其上的LCD液晶屏實時顯示。按下停止電源按鍵機器人停止工作。

參考文獻：

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

[2]張祥德，牛紀祥，董再勵；基于測角的自主移動機器人定位算法.東北大學(xué)學(xué)報（自然科版）[J]1005-3026（2002）12-1143-04

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