寻迹机器人控制系统设计
摘 要：随着科学技术的发展，机器人在社会各领域的作用越来越大。寻迹机器人无论在工业上还是在各种比赛上的作用都不可胜数。本设计采用性能优异的AT89S52单片机作为寻迹机器人的主控制器，扩展一片多功能接口芯片8155。地面和白带的检测，使用的是自己设计并制作的反射式光电传感器（又称灰度传感器），此传感器输入给控制器的信号类型是开关量。在本设计中，寻迹机器人的前面、中间和后面都布置有灰度传感器，尤其是在头部和尾部都布置了7个传感器。它们能同时工作，并可以实时采集所有灰度传感器的状态，能精确知道寻迹机器人随时的位置。在程序控制过程中，寻迹机器人可以前进和“后退”。景点检测采用前后两个碰撞开关。本设计中使用的电动机是直流电动机，驱动芯片是L298N，直流电动机经过三级直齿轮减速器将传动传给车轮。关于寻迹机器人沿线走，本设计采用了PWM调速技术，基本上可以实现直流电动机的无级调速：根据灰度传感器测出的寻迹机器人所处的位置，可以及时调整寻迹机器人理想的位置。电源使用的是高容量、小体积的锂离子电池。基于这些完备而可靠的硬件设计，再加上一套自己编的独特的程序算法，可以使本设计完全达到要求。
关键词：寻迹机器人 单片机 光电传感器 PWM
目 录
1 引言…………………………………………………………………………… 1
2 功能要求和方案论证……………………………………………………………… 2
2.1功能要求………………………………………………………………………… 2
2.1.1 功能要求…………………………………………………………………… 2
2.1.2 输入输出信号……………………………………………………………… 2
2.2 方案论证……………………………………………………………………… 2
2.2.1 车体设计…………………………………………………………………… 2
2.2.2 控制器模块…………………………………………………………………… 3
2.2.3 直流电动机驱动调速模块………………………………………………… 4
2.2.4 灰度传感器模块…………………………………………………………… 4
2.2.5 电源模块…………………………………………………………………… 5
2.2.6 景点检测模块………………………………………………………………… 5
2.2.7 最终方案………………………………………………………………… 5
3 系统硬件电路的设计……………………………………………………………………… 7
3.1 整体构思…………………………………………………………………… 7
3.2 微控制器模块的设计…………………………………………………………………… 8
3.2.1 单片机选型依据……………………………………………………………………… 8
3.2.2 8155芯片的介绍……………………………………………………………………… 11
3.2.3 微控制器电路原理图………………………………………………………………… 13
3.2.4 与能力风暴机器人的控制系统比较………………………………………………… 14
3.3 灰度传感器模块的设计………………………………………………………………… 15
3.3.1 灰度传感器原理……………………………………………………………………… Y
3.3.2 灰度传感器电路设计………………………………………………………………… Y
3.3.3 灰度传感器电路原理图………………………………………………… Y
3.4 直流电动机调速模块…………………………………………………………………… Y
3.4.1 驱动芯片L298N的介绍及电路……………………………………………………… Y
3.4.2 与能力风暴机器人驱动模块的比较………………………………………………… Y
3.5 电源电路的设计………………………………………………………………………… Y
3.5.1 锂离子电池介绍……………………………………………………………………… Y
3.5.2 系统电路设计………………………………………………………………………… Y
3.6 碰撞开关…………………………………………………………………………… Y
3.7 蜂鸣器…………………………………………………………………………… Y
4 系统程序的设计…………………………………………………………………………… Y
4.1 程序功能………………………………………………………………………… Y
4.2 流程图……………………………………………………………………… Y
4.3 程序编写………………………………………………………………………… Y
4.3.1 主程序………………………………………………………………………… Y
4.3.2 灰度传感器检测子程序…………………………………………………………… Y
4.3.3 碰撞开关检测子程序………………………………………………………………… Y
4.3.4 PWM调速子程序…………………………………………………………………… Y
4.3.5 沿线走子程序………………………………………………………………………… Y
5 调试及性能分析…………………………………………………………………………… Y
5.1 调试所用到的软件……………………………………………………………………… Y
5.1.1 Protel 99 SE …………………………………………………………………………… Y
5.1.2 Keil uVision2……………………………………………………………………………Y
5.1.3 Easy 51Pro …………………………………………………………………………… Y
5.2 调试所出现的问题及解决方法………………………………………………………… Y
5.2.1 电源和控制系统……………………………………………………………………… Y
5.2.2 直流电动机 …………………………………………………………………………… Y
5.2.3 灰度传感器 …………………………………………………………………………… Y
5.3 性能分析 ………………………………………………………………………………… Y
结论 …………………………………………………………………………………… Y
致谢 …………………………………………………………………………………… Y
参考文献………………………………………………………………………………Y
附录A 寻迹机器人源程序 ………………………………………………………… Y
附录B 能力风暴机器人的源程序 ………………………………………………………… Y
图1 寻迹机器人控制系统电路图………………………………………………………… Y
参 考 文 献
[ 1] 赵晓安，耿恒山，杨鹏.MCS-51.第1版.天津：天津大学出版社，2001.
[ 2] [日]船仓一郎，土屋 尧.机器人控制电子学.北京：科学出版社，2003.
[ 3] 李光飞，楼然苗，胡佳文，谢象佐.单片机课程设计实例指导. 北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[ 4] 求是科技.单片机典型设计实例导航.北京：人民邮电出版社，2006.
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[ 9] 张国安.微机控制实验与课程设计指导书. 第1版.北京：电子工业出版社,2006.
[10] 先锋工作室.单片机程序设计实例. 第1版.北京：清华大学出版社，2003.
[11] 胡钢.微机原理及应用. 第2版.北京：机械工业出版社,2006.
[12] 曾光奇，胡均安.工程测试技术基础.武汉：华中科技大学出版社，2006.
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[14] 上海广茂达公司. 能力风暴智能机器人配件使用手册.
