工业电子中的复杂路线下机器人的三点三轮寻迹系统
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2020-11-10
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工业电子中的复杂路线下机器人的三点三轮寻迹系统工业电子中的复杂路线下机器人的三点三轮寻迹系统
引 言 智能寻迹机器人是一种被广泛研究的机器人，而且国内外都有许多重要的比赛都以寻迹机器人为核心
展开，如我国的“飞思卡尔”杯全国大学生智能车大赛，以及吸引亚太地区众多国家参赛的亚广联(ABU)机器人大
赛等。 所谓的复杂路线，即由小半径弯道、各种角度折道、直道等组成的不规则导引线，它是相对由大半
径弯道组成、过渡平滑的简单路线而言的。笔者所设计的寻迹机器人小车，以AT89C52单片机为控制芯片，采
用自制的3个红外光电传感器，以简单的设计、较低的成本实现了复杂路线下机器人的自主寻迹。 1 硬件及
电路 1．1 控制芯片 考虑到实用性和性价比，采用AT89C52单片机作为机
引 言
智能寻迹机器人是一种被广泛研究的机器人，而且国内外都有许多重要的比赛都以寻迹机器人为核心展开，如我国的“飞
思卡尔”杯全国大学生智能车大赛，以及吸引亚太地区众多国家参赛的亚广联(ABU)机器人大赛等。
所谓的复杂路线，即由小半径弯道、各种角度折道、直道等组成的不规则导引线，它是相对由大半径弯道组成、过渡平滑
的简单路线而言的。笔者所设计的寻迹机器人小车，以AT89C52单片机为控制芯片，采用自制的3个红外光电传感器，以简单
的设计、较低的成本实现了复杂路线下机器人的自主寻迹。
1 硬件及电路
1．1 控制芯片
考虑到实用性和性价比，采用AT89C52单片机作为机器人的控制芯片。AT89C52是美国Atmel公司生产的低电压、高性
能CMOS 8位单片机，片内含8 KB的可反复擦写的只读存储器(PEROM)和256B的随机存取数据存储器(RAM)，32个I／O口
线，3个16位定时／计数器，1个全双工串行通行口。器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51
指令系统及8052产品引脚兼容。
1．2 传感器模块
作为寻迹机器人的“眼睛”，选择合适的传感器是关键。目前市面上可选用的传感器主要有CCD传感器和红外光电传感器两
种。近年来CCD传感器技术已趋成熟，在近几届“飞思卡尔”杯智能车大赛上，采用CCD传感器的智能车越来越多，并取得了不
错的成绩。不过，CCD传感器价格较高，体积较大，数据处理相当复杂，因此在按既定路线行走的寻迹机器人设计中，红外
光电传感器以其体积小、价格低、数据处理简单而显得更有优势。
红外光电传感器由1个红外发射管和1个光敏二极管组成。工作时，红外发射管发射的红外光被被测表面反射回来，光敏
二极管接收被反射光。由于被测表面的材质不同，反射率也不一样。当被测表面为白色时，反射光较强，光敏二极管将导通；
反之，被测表面为黑色时，光敏二极管将截止。考虑到外界环境光照等干扰因素，输出的电压值有一定的波动范围，若直接输
给单片机，可能导致检测判断错误。因此，需要将输出电压通过比较器(LM324)与预置的阈值电压比较，然后得出一个高低电
平输给单片机。阈值电压通过试验测量得出，其电路如图1所示。其中LED为传感器工作指示灯，R1为阈值电压调节电阻。
根据上述电路，自制了3个简易的红外光电传感器。经测试表明，性能良好，有效检测距离为1～4 cm，满足机器人寻迹
的要求。
1．3 驱动模块
驱动机器人行走的2个电机需要不同的转速来实现转弯。选用的驱动芯片为L293D，它包含4个输出通道，最大输出峰值
电流为1．2 A，能同时驱动2个直流电机工作；其信号输入端和使能端接收到来自单片机的信号，控制电机的通断以及正、反
转，还可以通过向使能端输入不同占空比的方波信号来调整电机转速(PWM方式)。如图2所示，IN端口接控制信号，OUT端口
接电机的两端，EN端口接使能信号。一组IN端口输入为高／低或低／高电平时，能实现电机的正／反转。一组IN端口输入均
为高或低电平时，电机将停转。EN使能端为高电平时，相应端口输入信号有效；反之，则输入信号无效。在EN 端输入PWM
波，通过调整PWM波的占空比，即可实现电机的无级调速。
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