基于MCS-51单片机的智能机器人迷宫车设计

来源:现代电子技术 作者:李雪霞 何扣芳2011年05月20日 09:36
[导读] 机器人迷宫车是大学生电子制作常选项目,是电子电路、机械传动及自动控制等多种知识的综合应用。对小车的转向控制涉及到电机调速,可以先对小车建立控制模型,再应用自动控制

 

  机器人应当具有几个特征:移动功能,执行功能、感觉和智能。目前全世界各国举办的涉及硬件,软件仿真的机器人大赛不下20余类。各种各样的机器人比赛都有一个共同的宗旨:培养科学创新精神,激发思维的想象力,鼓励理论与实践的结合。不仅如此,现在已经有越来越多的自动控制产品已经介入生产,在农业、工业上都有广泛的应用。新的工作方式将大大的缩短了人工作业的时间,并且减轻了人的体力劳动的支出。走迷宫的微型机器鼠主要是基于自动引导小车(Auto Guided Vehicle,AGV)的原理,实现机器鼠识别路线,判断并自动躲避障碍,选择正确的行进路线走出迷宫。在此选择制作一个简易的行进装置,使其能顺利的走避障或是迷宫。为了实现小车识别路线,判断并自动躲避障碍,选择正确的行进路线,障碍判断采用单光束反射取样红外传感器,驱动电机采用直流电机,控制核心采用MCS-51单片机。控制上采用分时复用技术,仅用一块单片机实现了信号采集、线路判断、电机控制等功能。迷宫由16×16个区组成。起点设在拐角处,终点设在中央,占4个区。每个区为180 mm×180 mm大小,间壁高为50 mm,厚度为12 mm,侧面涂白色,底面涂黑色,如图1所示。

  1 迷宫车控制系统的总体设计方案

  迷宫车由墙壁传感器、单片机控制板、动力及转向系组成的,控制框图如图2所示。

  

a.jpg

 

  迷宫车采用轮式移动方式。优点是:结构和控制简单而且技术成熟。从选定电动机转速和轮胎直径,可以简单地计算出小车的速度。但是,有关路面的阻力或上坡的驱动转矩等成为重要的因素。考虑这点,在轮胎上使用无线遥控车的塑胶轮胎。如图3所示,前轮1为万向脚轮或球形轮,后轮2和后轮3为独立驱动轮,利用它们的转速差实现转向。这种组合的特点是机枢组合容易,而且当2个驱动轮以相同速度、相反方向转动时车体能绕2个驱动轮连线的中点自转,值得注意的是自转中心与车体中心不一致。

  迷宫车车身材料的选择。迷宫车使用的材料大部分用于结构,一般应采用金属材料。迷宫车承载和运动不应产生严重的变形和断裂,从力学角度讲即具有足够的强度。迷宫车负载小,自重轻,对寿命的要求不高。因此,选用铁皮。

  1.1 迷宫车控制电路的设计

  控制电路主要由电机驱动电路,单片机接口电路,电源电路和传感器电路组成。控制框图如图4所示。

  

b.jpg

 

  (1)红外线光感电路传感器通过发光二极管发出红外线,若有障碍物在前方,红外线会被反射回来,被感光三极管接收,单片机程序对信号进行比较处理,按设定的动作要求向后轮的两个电机发出控制命令,控制小车行进。

  (2)电机驱动电路采用89S51单片机,通过L293D芯片来控制两个驱动电机动作。89S51根据红外传感器对外界进行探测后反馈回来的信号,依据迷宫车探路算法,判定迷宫车行进方向,分别向左右两个驱动电机发出控制指令,该信号经L293D芯片驱动后,直接控制相应电机动作,使迷宫车按既定动作进行前进、后退、转向。

  

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