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1、摘 要本设计采用Motorola生产的68HC11单片机，来实现该机器人的硬件仿真设计和实物验证。首先完成了能力风暴智能机器人的自主运行、躲避障碍、智能跟随的仿真设计和实际控制系统设计。随后在Proteus平台上采用68HC11单片机进行了系统的硬件设计，通信模块与68HC11之间的存储设计，编程传感器的仿真驱动程序，并实现避障、智能跟随等功能的模拟；最终，借助能力风暴智能机器人自带的交互式C语言下载软件，将避障、智能跟随等功能从仿真转化到实物，从而完成了整个智能机器人控制系统的设计。 关键词：智能机器人；Proteus仿真；68HC11 55AbstractThis design uses
2、the Motorola 68HC11 MCU production, the hardware design and Simulation of the physical verification of the robot. This design mainly completes the design of simulation design and practical control system for autonomous operation, ability storm robot to avoid obstacles, intelligent follows. And the h
3、ardware design of the system is 68HC11microcontroller on the Proteus platform, completed the design of storage between the communication module and 68HC11, the sensor simulation driver, to achieve the whole process control, simulation, intelligent obstacle avoidance with features such as complete; t
4、hen, with the help of ability storm robot comes with interactive C language download software, the obstacle avoidance, intelligent follow functions from simulation to reality, thus completing the design of the intelligent robot control system.Keywords：Robot；Proteus simulation；68HC11 目 录第一章 绪论11.1课题来
5、源11.2本课题的研究目的及意义11.3 智能小车的现状11.4 小结2第二章 系统方案设计及论证32.1 模块方案比较及论证32.2 电机驱动方案选择52.3 避障模块方案选择62.4 检测模块的设计72.4.1 碰撞传感器72.4.2 红外传感器82.4.3 光敏传感器92.4.4 麦克风92.4.5 光电编码器92.4.6 其他传感器102.5 小结10第三章 机器人硬件电路设计113.1 68HC11A1最小系统113.2 复位及启动方式133.3 检测模块硬件仿真133.3.1 碰撞模块仿真133.3.2 红外避障模块仿真143.4 机器人动作驱动模块163.5 68HC11单片机编
6、译环境173.6 小结19第四章 系统软件设计与调试204.1系统流程图设计204.1.1 避障流程图204.1.2 循迹与智能跟随流程图214.2 驱动程序与编程234.3 按键检测软件设计254.4 程序下载与调试264.5小结26总结27外文资料29外文翻译38致谢46附录148附录256 第一章 绪论1.1课题来源智能机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的能力，如感知能力、避障能力、判断能力和协同能力，是一种具备高度灵活性的自动化机器。智能机器人是二十一世纪新的热点，也是一个国家整体实力的显示。机器人的发展及普及更是一个国家的科技基础和制造业发展水平的重要
7、体现。近年来，在智能机器人和自动化领域里移动机器人的研究吸引了众多研究者的注意力，其中智能机器人以其结构简单、容易实现仿真功能受到欢迎。在另一方面，智能机器人在移动方向辨别的问题上，具有广阔的运动空间，这更成为它吸引注意力的有利武器，红外避障成为智能机器人所必须具备的模块。在这种背景下，有关智能机器人控制系统的设计课题应运而生。1.2本课题的研究目的及意义“能力风暴”(Ability Storms)机器人由上海广茂达电子信息有限公司开发，外形酷似UFO,是专为个人机器人的需求设计的，专门面向教育的机器人。它是专门为大学进行课程教学、工程训练、机器人竞赛、科技创新以及研究服务开发的新型移动智能机
8、器人。能力风暴个人机器人配有5种十几个传感器，另外还可以根据需要扩展其他传感器，对环境的感知能力很强。感知环境的能力是产生智能行为的前提，因此能力风暴能产生许多智能性行为。能力风暴智能机器人作为革命性的能力培养平台，用于培养个人动手能力、创造能力、综合能力、合作能力和进取精神。能力风暴智能机器人融合了光学、电子、计算机、人工智能等高科技知识，他集辅助教学和娱乐于一身。它具有三方面的特点：l.提供强大的交互式C语言；2.采用模块化结构；3.能力风暴运用开放式接口，达到了硬件的高度开放。基于以上三点可知，能力风暴软硬件开放性很大。这就让使用人员的动手能力在娱乐中得以提高。又由于它是多种高科技的融合
9、，使用人员的综合能力也不容置疑地得以提高 这对于我们而言，正是培养创造力、合作能力、进取精神的绝好机会。1.3 智能小车的现状智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其基本可实现智能跟随、避障、检测地面灰度、寻光跟随等基本功能，近年来，随着个人计算机的普及，计算机技术和互联网技术突飞猛进的发展， 这就促进了智能机器人的发展，我国机器人起步于二十世纪七十年代,那是我国机器人的萌芽期,经过长期的研究和发展,已经有了很大进步,但相对于发达国家,还是有很多不足之处,智能机器人以其优越的性能、强大的功能正逐渐被普及应用，将在以后的生活中扮演重要的角色。使用68HC11单片机开发小型智能机器
10、人控制系统，主要的作用是研究单片机开发技术，学习常用传感器的硬件设计和软件驱动，以及前后台控制思想在机器人控制系统中的实现。具体总结来说，主要的研究内容如以下几个方面：（1） 学习掌握摩托罗拉68HC11单片机； （2） 对能力风暴智能机器人的功能进行研究，选择传感器；（3） 分析传感器和机器人行动机构的原理和特点，设计控制思路完成机器人自主行动，可以避障，可以实现一些简单的机器人交互行为；（4） 在Proteus仿真平台里设计硬件电路图，并设计软件，模拟机器人的运行；（5） 将仿真的软件思路移植到“能力风暴”机器人实物平台上，实现真实小型机器人基本避障等功能。1.4 小结本章主要了解了该课题
11、研究的主要内容及意义以及智能小车的发展与现状，对整个设计内容有了初步认知，明确本设计所要做的工作。 第二章 系统方案设计及论证 根据题目的要求，确定如下方案，首先设计出小车的基本模型以及方案，并在车上加装传感器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至控制器中进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车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。 控制器稳压与低压复位系统扩展部分 检测模块 驱动模块图2.1 能力风暴主体框图2.1 模块方案比较及论证能力风暴智能机器人由检测模块、控制模块以及驱动模块
12、组成。可以选用的控制器有很多，据此，拟定了以下两种控制方案并进行了综合的比较论证，具体如下：方案一：选用一片CPLD作为系统的核心部件，来实现控制与处理的功能。CPLD是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路，具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。同时，CPLD的处理速度非常快，而智能机器人的行进速度不要求太高，那么对系统处理信息的要求也就不会要求太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。方案二
13、:采用单片机作为整个系统的核心，来实现机器人的控制与需要的性能指标。充分分析该控制系统，其关键在于实现智能小车的自动避障控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。因此，这种方案是一种较为理想的方案。本设计特点是多开关量输入的复杂控制系统，需要的处理器能够处理很多开关量，根据这些分析,我选定了MC68HC11A1单片机作为本设计的主控装置。 图2.2 最小系统电路图M68HC11A1单片机主要具有如下功能：(1) 无内部RAM，512字节EEPROM，可重定位的256字节RA
14、M；(2) 16位高性能定时系统，8M晶振，定时器频率2MHz，3个输入捕捉，可测量脉冲数量及脉冲周期、宽度和相位等。5个输出比较，可输出PWM信号，可以完成各种定时控制功能，有定时溢出中断功能；(3) 串行通讯接口SCI，智能机器人用于和PC机通信。全双工同步串行外围接口SPI，用于扩展外围芯片和多机通讯,智能机器人将用于其他设备驱动；(4) 复位,时钟监视复位，上电自动复位，外部Reset 复位，系统保护特性：计算机操作正常(COP)监视(Watchdog) ；(5) 特别地，MC68HC11系列具有自动下载功能，可以利用交互C语言(JC)开发高层应用程序，也可开发低层驱动,还能交互调试。
15、在综合考虑了传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，我们决定采用一MC68HC11A1单片机，能力风暴充分利用MC68HC11A1的全部硬件资源。M68HC11系列单片机的结构基本相同,它有两个主要部分组成：控制单元和执行单元。控制单元有时序发生器、控制存储器和随机控制逻辑组成，能为执行单元提供所有的控制。执行单元包含所有的寄存器、ALU和总线接口。MC68HC11系列采用模块化设计，各种不同型号的单片机可由不同的模块组成 ，MC68HC11A1是其中的代表产品，它速度快、功能强、功耗低、可靠性高、价格低。MC68HC11A1有CPU、片内存储器、定时器系统、串行口、A/D、并行I/O口，中断和复位系统组成。2.2 电机驱动方案选择我们知道，机器人可以做很多动作，这些动作的配合也会产生非常多的效果，电机起着非常关键的作用。我们需要控制电机的因子有：电机的正转、反转以及电机的调速，并且两个电机是独立驱动的。由这个分析我们设计的双电机驱动电路有两个驱动方案：方案一：使用双极型D/A转换芯片单片机使用一个8位并口输出数字量，经D/A转换为-5V到+5V的输出电压，从
