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1、 目录摘要11 绪论21.1 设计背景21.2 设计现状21.3 设计内容22 方案设计与论证32.1 核心系统32.2 巡线系统42.3 避障系统52.4 显示系统62.5 动力系统82.5.1 电机82.5.2 电机驱动系统82.6 时钟电路92.7 复位电路92.8 外界信息输入系统102.8.1 独立键盘102.8.2 红外线遥控器102.9 语音系统112.10 总体设计113 软件设计133.1 主程序133.2 路径选取子程序143.3 显示子程序153.4 巡线子程序163.5 PWM 调速子程序173.6 避障子程序183.7 路径识别子程序18I 3.8 90、180转弯子
2、程序193.9 返回子程序194 机器人制作与改进194.1 制作流程194.1.1 核心主板204.1.2 机器人框架204.2 制作中出现的问题及改进结果214.2.1 PCB 板214.2.2 机器人框架215 系统测试及数据记录215.1 调试步骤225.2 模块调试225.2.1 驱动电路及动力系统225.2.2 巡线系统235.2.3 避障系统235.3 整体调试236 结论24参考文献25谢 辞26附录 1 电路原理图27附录 2 PCB 覆铜 3D 图28附录 3 源程序29巡线机器人的设计摘要：本设计是制作了一种以单片机为核心控制单元，以红外光电传感器为检测手段的自动巡线智能
3、返回的机器人模型。本设计利用红外光电传感器组采集路径状态信息，采用单片机脉冲信号控制方法改变电机方向和转速，缩短智能机器人控制响应时间，最终实现巡线机器人在规定路径上自主识别路线、快速行驶、准确返回；在传感器信号及软件实现路径判别方面，实现了具有良好的路径识别性能。关键字：巡线机器人；单片机；控制系统 The design of the patrol robotsAbstract: This design is made a single-chip microcomputer as the core control unit, with infrared electric sensor for
4、 automatic patrol intelligent detection means return model of the robot.This design using the infrared sensor and electrical group status information acquisition path, the pulse signal by single chip microcomputer control method change the direction of motor and speed, shorten the intelligent robot
5、control response time, finally realizes the patrol robot autonomous recognition within the prescribed path route, driving fast, accurate return;In the sensor signal and software realization path determination, achieved good recognition performance of the path.keywords: Inspection robot；MCU；Control s
6、ystem1 绪论1.1 设计背景随着社会发展，人民生活水平的不断提高，信息化、智能化技术渗透于人们生活的各个领域，机器人慢慢进入了我们的生活中，各种各样的机器人应用于社会，帮助人们完成各种工作，可以提高工作效率、减少劳动力等。从应用环境出发，机器人分工业机器人和特种机器人。工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人；而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人等等。本文设计的巡线机器人属于特种机器人，可以巡直线、曲线或多轨道运行，可用于工业生产中产品运送、智能导航以及其他科学探索等领域。 1.
7、2 设计现状现在巡线机器人发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其在循 迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等方面基本可以实现，但我国综合性强的 机器人还停留在初级阶段。我此次的设计主要实现巡迹和避障这两个功能的综合。 1.3 设计内容本设计要求巡线机器人在白色的场地上,通过控制机器人的转向角度和车速, 使机器人能自动地沿着一条任意给定的黑色带状引导线行驶。 在本设计中巡线机器人接收到红外遥控器或键盘给出的开始及目标位置信号后进入循迹模式，即开始不停地扫描与传感器连接的单片机 I/O 口，一旦检测到某个 I/O 口有信号，即进入判断处理程序，先确定所有传感器中的哪一个探测到了黑线，如果左
8、边第一级传感器或者左边第二级传感器探测到黑线，即机器人左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使机器人向左转；如果是右边第一级传感器或右边第二级传感器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，机器人向左偏出了轨迹，则应使机器人向右转。在经过了方向调整后，机器人再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。当路径传感器的信号值 RLG_count=1 时，右转弯进入既定轨道，当路径传感器的信号值 LLG_count=1 时，右转弯进入既定轨道，RLG 检测 1、3、5号轨道，LLG 检测 2、4、6号轨道，实现既定轨道的精确判断。在机器人检测到停止线后，等待返回键的按键值，按下返回键后， 巡线机器人根据
9、FH 值判断返回路径，从而实现寻线机器人的自主返回。以上所涉及的内容均采用模块化设计，系统总体逻辑结构框架图如图 1-1 所示。 检测状态系统避障系统巡线系统PWM调速系统初始化电源系统转向系统图 1-1系统总体逻辑结构框架图2 方案设计与论证根据要求，确定如下方案：在设计的机器人底板框架基础上，加装光电检测器，实现对机器人状况的实时检测，并将检测数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对机器人的智能控制1。这种方案能实现对巡线机器人的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。 2.1 核心系统根据设计要求，我认为此设计属于多输入量的复杂程序控
10、制问题。据此，拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证，具体如下： 方案一采用各类数字电路来组成机器人的控制系统，对外围避障信号，自动寻迹信号，红外遥控信号进行处理。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于机器人智能化的扩展，对各路信号处理比较困难2。 方案二采用 STC89C52 单片机来做为整机的控制单元。红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头，经过比较芯片调制处理后由控制系统接收。路线寻找采用红外线管对路面信号采集，送到单片机系统处理，同样包括红外遥控信号。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化， 各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。 比较以上
11、两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，更能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。 2.2 巡线系统对于巡线系统，我拟定了以下两种方案。方案一是采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。由于光敏二极管受可见光的影响较大，故稳定性差。方案二是利用集成型红外对管 ST 系列反射式光电传感器作为寻迹单元的传感器，其中红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收。采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，再用射极输出器对信号进行隔离。本方案也易于实现， 比较可靠，因此采用方案二3。ST 系列反射式光电传感器是经常使用的传感器。这个系列的传感器种类齐全、价格便宜、体积小、使用方便、质量可靠
12、、用途广泛。我们采用 ST188 作为红外检测传感器。在黑线检测的测试中，若检测到黑色区域，发射管发射的红外线没有反射到接收管，接收管的电压为低电压，若检测到白色区域，接收管接受到发射管发射的红外线，电阻发生变化，所分得的电流也就随之发生变化，接收管的电压为高电压，测试基本满足要求。比较基准电压由 30K 的变阻器调节，各个接收管的参数都不一致，每个传感器的比较基准电压也不尽相同，为此在每个传感器配备了一个变阻器4。 该探测地面黑线的原理是：光线照射到地面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，黑线上方的电阻值发生变化，经过电压的改变将信号送给单片机处理。探测的示意图如图 2-1 所示。 单片机
13、红外管传感器单片机红外管传感器 图 2-1黑线探测示意图(黑色引导线上的两个白点为红外传感器)图 2-2黑线探测原理图 本电路（如图 2-2）利用红外传感器在不同路面环境的条件下光线是否反射的原理，根据两侧的传感器检测到黑线来控制电机的转向。将红外传感器分为左和右两个方向，采用一组两个红外传感器，当红外传感器右检测到信号时，机器人左走，直到两个红外传感器同时不能检测到信号证明机器人已经回到黑线上才向前走，这样就可以保证机器人不会跑出黑线。 在正常状态下每个红外传感器感光量相同,通过调节变阻器，使得电压输出为零，当红外传感器进入黑色引导带时，感光量大大改变，电压发生翻转。将电平变化送到单片机控制
14、机器人的调整方向。只有红外传感器进入黑色引导线内才能使传感器检测不到信号，电平才会改变，这种方法抗干扰能力强。 2.3 避障系统根据要求我对以下方案中进行了比较。方案一采用激光传感器测距。能非常准确地测出小车与障碍物的距离，但价格也高，处理复杂，不符合我们的要求。方案二采用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，再被超声波传感器接收。然后将这信号放大后送入单片机。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。但是超声波传感器测得信号的范围太广，巡线机器人需要的是左前、右前、正前方的信号， 故不选用此方案 5。方案三采用左右两个红外传感器。红
15、外传感器，是目前使用比较普遍的一种避障传感器，其处理电路如图 2-3 所示，通过调节 R23、R24 两个变阻器，可调节两个红外传感器的检测距离为 1080cm，开关量输出（TTL 电平），简单、可靠。我们采用这种电路，能可靠地检测左前方、右前方、前方的障碍情况，为成功避障提供了保证。 12 C2274HC14U7B R11U7CVCC34 R213K9 56 R23R722p F Y3 38KC241M5021K74HC14 D6 P1.1R18R22 1N41483K9 974HC14 U7D8R24R85021K2200p F12KP1.0D774HC141N4148VCCD8R1947R13R14R20 3K9 IR
