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1、I新一代无线智能救援机器人的设计摘 要新一代智能救援机器人采用 STC12C5A60S2 为整个项目的主控芯片，通过蓝牙或者 wifi 进行相关控制，实现对智能救援机器人的各种数据的实时测量和遥控控制，在自动模式下将测量的数据传送至单片机 STC12C5A60S2 进行处理，然后由单片机 STC12C5A60S2 根据所检测的各种数据实现对智能救援机器人的智能控制。智能救援机器人采用四轮驱动，将四个红外线光电传感器分别装在车体的左右侧，避障模块装在前方两侧，并且通过相关程序控制，使智能救援机器人在三种模式（循迹、避障、遥控）下运行，并将图像进行实时传输。关键词智能；救援机器人；蓝牙；测量A n
2、ew generation of wireless intelligent rescue robot designAbstractSTC12C5A60S2 new generation of The rescue robot used for monitoring the entire project master chip, via Bluetooth or wifi related control, real-time measurement of various data and remote control of The rescue robot, the measurement da
3、ta in automatic mode STC12C5A60S2 be sent to the microcontroller processing, and then by the microcontroller STC12C5A60S2 achieve intelligent control of electric vehicles based on various data detection. The rescue robot with four-wheel drive, four infrared photoelectric sensors were installed in th
4、e left and right side of the vehicle body, obstacle avoidance module mounted on both sides of the front, and by the relevant program control, so that The rescue robot in three modes (tracking, obstacle avoidance, run) under remote control, and real-time image transmission.KeywordsIntelligence; Rescu
5、e robot; Bluetooth; Measuring10 引言“机器人”在当今世界已经是家喻户晓，机器人的发展迅速崛起，并对整个工业生产、宇宙、深海探测、矿难救援以及人类生活的各个方面都产生了越来越大的影响。尽管机器人在生产生活中的作用逐渐变得重要起来，但现在机器人所能实现的功能并不像人们所想象的那样完美。目前的机器人既没有科幻大片中的那样神奇，也没有文学描述中那样的智勇，机器人的未来还有很远的路要走。目前，在国际上还没有下对机器人合适的定义，按照我自己的理解，机器人就是给机器赋予人的行为，按照人的要求去实现一定的功能。如果根据国际标准组织（ISO）所的界说，就是一种带有编程能力的多用途
6、机械臂，这样的机械臂有几个轴组成，并且能够借助于可编程程序操作来处理各种东西、器件件以及一定的专用设备，用来完成各种任务，并且其位置是可控制的、自动的 1。 从 IFR2014 年的统计结果可以看出，在 2013 年全球机器人总销量中，其总销量的 71%主要是以下 5 个国家，即美国、德国、韩国、日本和中国。尽管我国的机器人研发起步没有别的国家早，但取得的成就还是十分显著得，截止到现在在智能化机器人、工业生产机器人和特种作战机器人等方面都取得了十分明显的成绩，为我国未来机器人的发展打下了坚定的基础，现有的智能机器人总的发展趋势为：传感型智能化机器人发展比较快、新型智能化技术不断创新、模块化设计
7、技术普遍使用、机器人工程系统呈上升趋势、微型机器人技术的研究有所突破、重型机器人的研发已经展开、应用领域的机器人向服务型和非制作性发展、人形机器人的研究也得到重视、敏捷生产制造系统走向网络互联和协同、部队所用机器人已经装备到部队。救援智能机器人的研究方向目前已经成为各国研发的一个重点，虽然国内在这方面的研究取得了很多成果,但救援智能机器人的智能化程度依然不能让人满意。未来的救援智能机器人应当逐步替代人在救灾方面的作用，并且更加智能化。由于现有的智能技术很多部分数要依靠领域知识，人所实现的智能技术远远不能够提供现实智能机器人的完整方法和理论，因此如果把救援智能机器人的功能限定在一个范围，那么已有
8、的人工智能技术就能够更加专一化发挥作用，使研发此类的救援智能机器人成为一种可能。1 系统硬件方案设计1.1 总体方案设计以 STC60S2 单片机为核心，在智能救援机器人基础上加装传感器模块、电机驱动模块、显示模块、图像传输模块、远程控制模块和电源模块。且结合笔记本电脑、手机平板电脑等设备，使其方便的实现蓝牙或 wifi 遥控功能和显示功能。单片机系统结构框图如图 1。 避障模块电脑手机平板电脑单片机S T C1 2 C 5 A 6 0S 2循迹模块电机驱动模块显示模块视屏W i F i ， 蓝牙数据传输模块图 1 单片机系统结构框图21.2 主控芯片选择方案一：采用 stm32f103zet
9、6 芯片，内含三十二位基于 ARM 核心的带 512K 字节闪存的微控制器、三个输入/输出端口可用作 ADC、有十一个输入/输出端口可用作定时器、CAN、USB、十三个输入/ 输出端口可用作通信接口，工作频率范围不超过 72MHz，在存储器的 0 等待周期访问时可达1.25DMips/MHz(Dhrystone 2.1)，由高达 512KB 字节的存储器闪存程序， 5180112 个双向多功能的输入/ 输出端口，全部的输入 /输出端口都可以映像到十六个外部中断；甚至每一个输入 /输出端口都可以外接 5V 信号，可用作 16 位定时器输入/输出端口的有四个等 2 。方案二：使用型号为 STC89
10、C52RC 的传统 52 单片机芯片，这是一种加强版的 51 单片机，内部有 6 时钟和 12 时钟两种可供选择的周期模式，用户所使用的程序代码完全可以兼容 8051。因为可以直接通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1 ）直接往里边下载用户编写的程序，所以不需要专门使用专用的编程器和仿真器，还含有“看门狗”以及 EEPROM 功能，含有 3 个 16 位计数器/定时器，即定时器 T2、T1、T0 ，另外内部还含有 4 路外部中断端口，工作温度范围在 075之间，并且还是 PDIP 封装。方案三：采用加强型 51 单片机 STC12C5A60S2 单片机芯片，除了具有 52 单片机的全部功
11、能外，还有丰富的外设，使用非常方便。有 3 个端口作为时钟输出，7 路外部中断输入/输出端口，高低电平触发或下降沿中断， P D 模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5 ，RxD/P3.0，CCP0/P1.3，CCP0/P1.3，内部自带两路PWM，自带 8 路 10 位高精度 ADC 模数转换，模数转换的速率可达到 250KB/S，全双工异步串行口(UART)，双串口， RxD2/P1.2，TxD2/P1.3，工作温度范围是-4085C，封装为 PDIP-40。从以上方案中比较得出，方案一所选择的芯片对软件熟知程度要求较高，程序编写对知识
12、的理解要求也较深；方案二的芯片比较普通，是比较通用的芯片，而且特殊功能也不是很多，使用起来需要加很多的外设，比较麻烦；方案三中的芯片适合设计要求，并且程序编写也比较容易入手，并且内部具有很多特殊功能的端口，使用起来十分方便，为了以后在硬件方面能节省材料以及STC12C5A60S2 本身所具有的优势，故选择方案三中的 STC12C5A60S2 芯片作为最终主控芯片，如图 2。图 2 STC12C5A60S22 组成模块介绍2.1 传感器模块2.1.1 循迹模块使用四只 TR5000 红外对管传感器，分别放置在智能救援机器人前面的两侧，根据两只光电开关接受到地面颜色的数值来控制智能救援机器人转向来
13、调整前进向，采用四只可以提高灵敏度，增强跨障碍能力，有利于在复杂环境中实现作业，并且经过多次实践验证了，只要把光电开关的位置合理安装在智能救援机器人上面就可以很好地实现自主行驶的功能 3。这样比使用三只 TR5000 红外对管，将其中的一个放置在智能救援机器人底盘中间位置，另外两个置于底盘外侧的设计方案，在智能救援机器人行驶过程中更加稳定。反应也比较灵敏。四路寻迹原理图如图 3。3图 3 四路循迹原理图2.1.2 避障模块在一般工作中，当智能救援机器人进入作业区后，只要能够判断出在其的前方和偏左、偏右的方向没有太大的障碍就可以忽略障碍对智能救援机器人工作的影响，对于障碍物的检测采用反射式原理的
14、光电传感器，此种传感器的原理与循迹模块大致相同，唯一区别的是：在行驶过程前方不能够检测出障碍，传感器电平输出是高电平，当前方发现障碍时，传感器由于出现信号输出电平为低电平。在本设计中对于用来检测障碍物的传感器也只采用两只光电传感器。2.1.3 数据采集模块主要是对光强、气体、温度、空气湿度等多种信息进行收集，该模块主要是由可以采集一种或多种信息的传感器组成，传感器的使用方法没有太大的差别，可以收集模拟量和数字量两种信息，根据不同需要进行取舍，传感器在收集到数据之后可以结合传输模块实时传回数据 4。改模块结构简单，可以很好地和其他硬件设备搭配使用。2.2 电机驱动模块采用 L298N 专用驱动芯
15、片， VSS(9 管脚) 是正常工作时的电源脚，工作电压在 4.5V 36V； VS（ 4 管脚）是驱动电平，最高电平为 36V，一般最好取 Vs 电压高于 Vss 电压；GND （8 管脚）为接地端，ISENA（1 管脚） 、ISENB（15 管脚）通常情况下作为反馈来使用，通常情况下直接接地；IN1 （5 管脚） 、OUT1 （ 2 管脚） 、IN2（7 管脚） 、OUT2 （3 管脚） 、IN3 （10 管脚） 、OUT3（13管脚） 、IN4 （12 管脚） 、OUT4（14 管脚） ，都为同向，在使能端满足条件时才可以正常工作； ENA（ 6 管脚）和 ENB（11 管脚）为两个使能
16、端口，OUT1、OUT2 由 ENA 控制，OUT3 、OUT4由 ENB 控制，都是在高电压时才有效，在处于低电压时，电压输出一直为低电平。通过单片机产生可调的 PWM 波去调节 L298N 的输入信号来达到控制马达的转速。它的内部含有两个高电压大电流 H 桥的全桥驱动器，这样的电路效率十分的高；并可方便的实现转速和方向的控制。其稳定1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 10-Oct-2014 Sheet of File: E:protel99seLibrarySch主主主主主主.DDBrawn By:OUT21 OUT12VCC3IN1-4 IN1+5IN2-6 IN2+7 IN3- 8IN3+ 9IN4- 10IN4+11GND 12OUT4 13OUT314LM339J3LM339OUT2OUT1VCCIN1-IN1+IN2-IN2+ IN3-IN3+IN4-IN4+GNDOUT4OUT3 R110KR210KR310KR81
