基于STC89C52RC的恒距目標(biāo)跟蹤移動機器人制作

宋世樂

摘要：基于STC89C52單片機對小型的智能移動機器人進行了設(shè)計，使之能完成目標(biāo)跟蹤功能。硬件組成主要分為傳感器模塊、直流電機驅(qū)動模塊、液晶顯示模塊、單片機控制模塊以及電源模塊；軟件部分主要介紹了系統(tǒng)軟件的設(shè)計方法及流程圖。該機器人起停由按鍵控制，能在其傳感器可視范圍內(nèi)自動調(diào)整速度及轉(zhuǎn)向，保持對環(huán)境目標(biāo)的恒距跟蹤，通過液晶顯示器實時顯示其與目標(biāo)物的距離。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：恒距跟蹤；實時顯示；STC89C52單片機

引言

伴隨著人們的生產(chǎn)、生活對智能化的要求與日俱增，如今智能機器人發(fā)展迅速，各種機器人粉墨登場。人們對智能追蹤技術(shù)在不斷探索和創(chuàng)新，這項技術(shù)也日益變得成熟和向著更智能化邁進，比如機器人能夠自主對周圍環(huán)境做出判斷，自己找到準確的路線，能看懂地圖，也能記錄路線。這項技術(shù)的發(fā)展將在軍事 、工業(yè)、生活、娛樂上大放光彩，作為智能運輸車可以克服很多人難以克服的環(huán)境和條件，比如穿越沙漠或深海探險等，在生產(chǎn)上可以作為很好的智能助手，生活娛樂中也將讓人們的生活更加舒適[1]-[3]。

1.移動機器人的硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用兩片STC89C52單片機作為控制核心，接收來自紅外對光傳感器和超聲波探頭的輸入信號，運算處理后輸出相應(yīng)的控制信號，一方面控制LCD1602進行液晶顯示，另一方面輸出到L298N電機驅(qū)動芯片以控制車輪轉(zhuǎn)動。

硬件組成主要分為傳感器模塊、直流電機驅(qū)動模塊、液晶顯示模塊、單片機控制模塊以及電源模塊。傳感器模塊中，紅外傳感器發(fā)出紅外線，如果遇到障礙物，紅外接收器接收到障礙物反射回來的紅外線，其輸出端電平就會發(fā)生變化。機器人根據(jù)該電平的變化，可以判斷是否有障礙物；超聲波傳感器測距時探頭首先發(fā)出一定頻率的超聲波，當(dāng)其遇到障礙物時會被反射回來被探頭接收。測量出超聲波從發(fā)射到接收所用的時間t，則可算出超聲波與目標(biāo)物之間的距離S。在直流電機驅(qū)動模塊設(shè)計中采用15腳封裝L298N模塊，它擁有4個控制端口，由外接電源供電，內(nèi)含兩個H橋式的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，接受標(biāo)準TTL邏輯電平信號，可驅(qū)動46V、2A以下的電機。液晶顯示模塊采用了LCD1602液晶顯示器進行機器人運動狀態(tài)的簡單顯示?？刂破鬟x用STC89C52。它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有 8K 在線系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在芯片上，擁有靈巧的8位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。經(jīng)過多次測試發(fā)現(xiàn)，在同一片控制器上同時使用四個紅外傳感器和超聲波傳感器，跟隨功能可以完整實現(xiàn)，但是由于兩者之間的相互干擾容易造成超聲波模塊液晶顯示結(jié)果發(fā)生亂碼，為了能夠讓機器人整體的工作效果更加穩(wěn)定，最后采用兩片單片機工作，以保證兩個模塊工作間互不影響。其中片一為主控芯片，負責(zé)跟隨的功能的完整實現(xiàn)；片二負責(zé)將超聲波傳感器的探測結(jié)果通過液晶屏實時顯示。兩片控制器之間互不干擾。實驗結(jié)果表明效果很好。

2.移動機器人的軟件結(jié)構(gòu)

軟件設(shè)計思想為：系統(tǒng)上電后，先進行系統(tǒng)初始化的一部分工作，再將運行參數(shù)傳送給電機的驅(qū)動控制模塊。傳感器模塊進行環(huán)境信息采集處理，將結(jié)果傳送給控制模塊，控制模塊一方面按照既定的算法輸出控制信號到驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊接收參數(shù)后，輸出相應(yīng)電壓控制直流電機運行；同時另一方面控制LCD液晶實時顯示機器人與目標(biāo)物之間的距離。通過改變對電機的控制命令，可以改變電機運行狀態(tài)以完成相應(yīng)的目標(biāo)定位與跟蹤任務(wù)。3.結(jié)論

整個機器人系統(tǒng)控制芯片為兩片STC89C52單片機（U1和U2）。U1主要通過超聲波傳感器的輸入信號測算出機器人與目標(biāo)物的實際距離，將其送給LCD1602進行液晶顯示。U2單片機主要用于控制機器人對目標(biāo)物的恒距跟蹤。它首先根據(jù)三個紅外對管傳感器檢測目標(biāo)物的位置信息，時刻保持正對目標(biāo)物，再根據(jù)另一個紅外傳感器探測距離信號，當(dāng)機器人與目標(biāo)物的距離小于設(shè)定距離的時候，使機器人執(zhí)行后退指令，直到距離大于設(shè)定距離為止，從而保持恒距跟蹤。當(dāng)系統(tǒng)上電后，電源指示燈、控制器指示燈亮，液晶屏幕亮，機器人開始運行。當(dāng)目標(biāo)物出現(xiàn)在其左邊時，其左側(cè)紅外對光傳感器指示燈點亮，表示檢測到目標(biāo)物，機器人轉(zhuǎn)向左方；目標(biāo)物出現(xiàn)在右側(cè)時同理。但是只要正前方的指示燈亮（不論左右是否亮），機器人執(zhí)行前進命令。若機器人與目標(biāo)物兩者之間距離小于程序設(shè)定值時，機器人將后退，以使距離不再繼續(xù)減小。在機器人對目標(biāo)物進行跟蹤的同時，距離值將通過其上的LCD液晶屏實時顯示。按下停止電源按鍵機器人停止工作。

參考文獻：

[1]劉金會，郝靜如；自主移動機器人導(dǎo)航定位技術(shù)研究初探.技術(shù)與運用[J].1006-883X（2005）01-0023-04

[2]張祥德，牛紀祥，董再勵；基于測角的自主移動機器人定位算法.東北大學(xué)學(xué)報（自然科版）[J]1005-3026（2002）12-1143-04

[3]任彥碩.自動控制原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.05.