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1、湖南科技大学本科生毕业设计（论文）摘 要本文设计了一个具有巡迹广告特性的机器人，设计中详细介绍了机器人各功能部分的组成原理及软硬件结构和实现过程.。其中，计算机控制系统是机器人的核心部分，它决定着控制性能的优劣。机器人的控制系统由CPU核心处理单元以及执行单元构成，控制系统的一个主要功能是实现对步进电机的驱动以完成机器人的运行。控制系统的另一个主要功能是接受传感器返回的数据并根据这些数据调整电机的转速、方向来实现机器人沿正确方向行走。步进电机做为机器人行走直接执行单元，在80C51单片机的控制脉冲下由左、右步进电机驱动器进行驱动，使机器人按照预设的固定路线行走。该机器人采用光电传感器用来检测路
2、线，同时采用SMG12864ZK 液晶显示模块和ISD4004语音录放芯片，来实现液晶显示广告和语音播放广告的功能。本论文主要针对巡迹广告机器人的硬件电路设计，所以对涉及到的硬件做了详细的介绍，包括各自的接口电路图，而在软件方面，只是在附录中列出了其以汇编语言形式的程序。 关键词： 单片机；光电传感器；巡迹；液晶显示；语音录放；步进电机ABSTRACTThis article describes the design of the patrol with a trace of advertising characteristics robots, detailed design of a ro
3、bot part of the function of the software and hardware architecture and implementation process. In the article,the computer controlled system is the core of robots which is decided the controls performance is good or bad.Robot Control System is made of the CPU core processing units and the implementa
4、tion of modules, the main function of this control system is the stepper motor driven robot to complete the operation.Another major function of this Control System is accept the return of sensor data and based of these data adjustment of the motor to achieve robot walking along the correct direction
5、.The stepper motor is running in accordance with the fixed routes by the left,right stepper motor actuator was drived by the 80C51s pulses.The robot using photoelectric sensors to detect the line, SMG12864ZK and the LCD module and the voice of voice Recording and playback chips are used at the same
6、time which were used to achieve LCD speech broadcast advertising and advertising functions.This article mainly aimed at patrols trace advertising robots hardware circuit designs,so do a detailed briefing of the hardware, including the respective interface circuit.But the software is only listed in t
7、he Appendix as the assembly language procedures. KeyWords： single chip microcomputer; photoelectric sensors;patrol trace; LCD; voice recorder; stepper motor目 录第1章 引 言11.1 机器人概述11.2 设计任务及设计目标11.3 巡迹广告机器人总体设计方案2第2章 主控模块设计32.1 单片机的发展及介绍32.2 80C51单片机介绍32.3 单片机的最小系统设计42.3.1复位电路42.3.2 晶振电路52.3.3 电源电路设计5第3
8、章 巡迹系统的设计73.1 巡迹系统的原理73.1.1 检测点的组成与结构83.1.2 光电三极管的工作原理83.1.3 检测点的结构93.2 光电检测比较电路103.2.1LM339电压比较器的原理103.2.2 检测信号比较11第4章 步进电机驱动模块的设计134.1 步进电机134.1.1 步进电机的基本原理及类型134.1.2步进电机的主要性能指标144.1.3 步进电机的一些特点144.2 步进电机驱动芯片L293154.2.1L293的主要技术特点154.2.2L293的引脚说明164.3步进电机与单片机的接口电路18第5章 液晶显示模块的设计195.1SMG12864ZK 液晶显
9、示模块195.2SMG12864ZK主要技术参数205.3SMG12864ZK的显示步骤205.3.1 显示资料RAM（DDRAM）205.3.2 绘图RAM（GDRAM）205.4SMG12864ZK与单片机硬件连接方式215.4.1 与80C51并口方式215.4.2与80C51串口方式21第6章 语音录放设计236.1 语音录放芯片ISD4004 概述236.2 ISD4004管脚功能说明及其与单片机的接口电路24第7章 巡迹广告机器人的整体设计267.1 巡迹广告机器人的硬件原理图267.2 巡迹广告机器人的俯视图267.3巡迹广告机器人的场景图277.4巡迹广告机器人软件流程图28第
10、8章 结论30参 考 文 献31致 谢32附 录33附录一：巡迹广告机器人的软件设计程序33附录二：巡迹广告机器人的硬件原理图44- iv -第1章 引 言1.1 机器人概述机器人是近年来迅速发展的一个重要的高技术领域。机器人技术涉及到精密机械、机构运动学、动力学、控制工程、计算机科学、传感器技术、信息处理、仿生学、人工智能等各个学科领域。机器人的出现及发展，己经使传统工业生产的面貌发生了根本性的变化，使人类的生产方式从手工作业、机械化、自动化跨入了智能化的新时代。机器人并不是简单意义上的代替人的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能
11、力，又有机器可以长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。随着计算机技术不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化以及在各种系统中的群体应用，机器人也在不断向智能化、小型化方向发展，以满足社会化、多样化、商品化、个性化的需求，并适应多变的非结构环境作业，向各种领域进军。机器人是一种智能化程度高，自由度数多，适应范围广，不仅具有视觉、听觉、触觉等智能，而且还具有一定的逻辑思维能力，能进行推理、判断，能理解命令、识别对象、感知环境，甚至还能随机应变，进行更为复杂
12、的劳动，代替人的部分脑力劳动。目前，世界上己经有一定数量的智能机器人在从事各种不同的工作。它们可以搬运重物、生产产品、打扫卫生、打捞沉物；还可以登天入海，从事各种危险的工作；甚至进入到人们的家庭生活中，充当扮演各种特殊的角色。进入21世纪后，随着社会发展的进步趋势已出现了一种将机器人结合到从制造、娱乐到卫生保健的日常生活中。机器人不仅可以将人从危险的情况中解脱出来，实质上也就是让机器人作为人类的部分功能替代品来使用，而且机器人正朝着更高层次、与人类生活更加密切的方向发展。从而真正地体现出新世纪人类享受现代化科技成果的重要特色。1.2 设计任务及设计目标本设计是设计一个具有巡迹及广告播放和广告显
13、示功能的小型移动机器人，要求能在画有一定宽度的白线的深色(绿色)平面上按要求沿线平稳行走，路线设置为一段不交叉的曲线。按开关启动及停止，采用3个反射式光电传感器用来检测白线，用二个步进电机驱动轮子前进、后退、左转和右转。机器人设计采用前面一个万向轮，后面两个驱动轮的三轮支撑方式。在移动的同时，具有语音播放广告和液晶显示广告的功能，可以循环播放和显示几种广告。1.3 巡迹广告机器人总体设计方案图1.1是巡迹广告机器人的硬件结构图，它由微控制器、液晶显示模块，语音录放芯片，传感器和电机驱动，步进电机部分组成。传 感 器液晶显示模块SMG12864ZK语音录放 微控制器80C51电机驱动L293左步
14、进电机ABM11A30右步进电机ABM11A30图1.1 巡迹广告机器人的硬件框图巡迹广告机器人设计采用80C51单片机作为控制核心，用光电传感器做为机器人的巡迹检测部分，将检测信号输入80C51单片机中处理，由单片机输出相应的控制行走程序控制机器人的驱动系统，使机器人按照预定的路线行走。同时在行走的过程中，不断地检测机器人当前的位置状态，将此刻位置状态与理论正确状态相比较、判断，随时纠正机器人行走位置的偏差，确保机器人行走位置的准确性。在行走过程中的播放和显示广告的功能则由语音录放芯片和液晶显示模块来完成。 第2章 主控模块设计2.1 单片机的发展及介绍单片机是单片微型计算机（Single-
15、chip Microcomputer）的简称，又可称为微控制器（Microcontroller）。它在一块芯片上集成了中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、随时存储器（RAM）、定时器/计数器及各种I/O口。也就是说，一块单片机芯片，就相当于一台微型计算机。单片机由于具有体积小、功能强、性价比高的特点，被广泛应用到控制系统中，把单片机应用到控制系统中，可以取代原来的复杂的电子线路或数字电路构成的控制系统，可以通过软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制的范畴无处不在，例如通信产品、家用电器、只能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛，它从根本上改变了传统的控制方法和设计思想，是控制技术的一次革命，是一座里程碑。随着半导体技术的飞速发展，单片机本身的设计中不断采用了一些新的抗干扰技术，使单片机的可靠性不断提高。除了选择抗干扰能力强的单片机外，单片机系统中其他辅助元件的可靠性也是非常重要的，一些抑制干扰的元器件的使用有助于提高系统的可靠性。单片机自身的抗干扰措施，可以提高系统的可靠性。 我国目
