基于单片机智能机器人控制系统研究设计

引 言

单片机技术作为自动控制技术的核心之一，被广泛应用于工业控制、智能仪器、机电产品、家用电器等领域。随着微电子技术的迅速发展，单片机功能也越来越强大，本设计基于单片机技术、红外技术完成智能机器人控制系统设计。智能机器人研究在当前机器人研究领域具有十分突出的地位, 其显著的特点是具有环境感知、判断决策、人机交互等功能[1]。本智能机器人系统主要实现了步行、跟踪、避障、步伐调整、语音、声控、液晶显示，地面探测等功能。在遇到外界条件发生变化时，该机器人将采取不同的措施对待，较好地表现出该机器人的思考能力。

1 智能机器人简介

1.1 系统框图

该智能机器人控制系统采用两片AT89C51[2]控制，一片单片机MCU1用于整个系统的控制，另一片单片机MCU2用于驱动液晶屏LCM1602工作，它们之间通过I/O口通讯，以实现两片单片机共同工作的相互协调控制。系统框图[3]如图1所示。

图1 机器人控制系统结构图

设计中，MCU1的P1.0、P1.3分别接触觉传感器，P1.6-P1.7接视觉红外传感器，P2.0-P2.4口控制继电器驱动电路，P2.5口接地面探测传感器，P2.6-P2.7接步伐校正光耦器，P3.0-P3.5接ISD25120语音芯片。

1.2 实现功能

机器人在移动过程中，会发出语音提示：“目标搜索中”，同时液晶显示：“Target is in searching”；前进过程中发现目标，语音提示：“发现目标”；液晶显示：“Find object”，机器人自动向该目标转向；对准目标后，语音提示：“锁定目标”，液晶显示：“Lock it”，同时机器人向目标继续前进；如机器人撞上目标，语音提示：“前方有障碍物”，液晶显示：“Obstacles impending”，机器人根据触角碰撞的先后顺序，向该相反的方向转角约100度，继续前进；当前方地面出现断层，语音提示：“危险，前方地面有断层”，液晶显示：“Warning，fault ahead”，同时机器人会向后退几步，转向后继续前进；如果机器人在转向过程中，步伐错乱，便会自动执行步伐调整程序，以校正步伐。

2 系统设计

2.1 驱动电路

要想让机器人有稳定行走能力，需要选择稳定的电动机驱动系统。本设计利用三极管放大作用对单片机I/O口电流进行放大，驱动继电器控制电动机转动。且不会对输入电流有任何影响，完全可以给电动机提供大电流，保证电路工作稳定。

电动机驱动电路采用两个NPN管对单片机AT89C51的I/O口输出电流信号放大，利用电阻R19、R20作为三极管基极进行保护。当单片机I/O口有信号输出时，该电流经电阻后送入第一级三极管基极，使第一级三极管导通，导通电流经电阻送入第二个三极管基极，进一步放大电流，以达到继电器驱动电流。根据计算，送入继电器的电流是经过两极放大电路放大了约β2倍，9014在此做开关作用。经过两级放大后驱动继电器。如图2所示。

图2 电机驱动电路原理图