传感器技术课程设计-寻迹机器人(小车)设计(编辑修改稿)

传感器技术课程设计-寻迹机器人(小车)设计(编辑修改稿)内容摘要：

机驱动电路 循迹机器人设计 10 直流电机驱动 输入或输出为直流电能的旋转电机，称为直 流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。 其驱动电机的流程见图 48. 图 48 电机驱动流程 直流电机的特性 图 45 直流电动机的机械特性 图 46 PMW脉冲宽度调制示意图 （ 1） 额定功率 ：是指轴上输出的机械功率，单位为 kW。 （ 2） 额定电压 ：安全工作的最大外加电压或输出电压，单位为 V(伏 )。 （ 3） 额定电流 ：允许流过的最大电流，单位为 A(安 )。 （ 4） 额定转速 ：额定转速是指电机在额定电 压、额定电流和输出额定功率的情况下运行时，电机的旋转速度，单位为 rpm(转 /分 )。 桥驱动原理 图 49 H 桥原理图 H 桥原理简述 ：所谓 H 桥驱动电路是为了直流电机而设计的一种常见电路，它主要实现直流电机的正反向驱动，其典型电路形式如 上 图 49. 逻辑信号转换 光耦隔离 H桥 驱动电机 循迹机器人设计 11 其工作过程如下： 当 开关 A、 D 接通，电机为正向转动 ； 当 开关 B、 C 接通时，直流电机将反向转动 ； 当 将 B 、 D 开关（或 A、 C）接通，则电机惯性转动产生的电势将被短路，形成阻碍运动的反电势， 形成 “ 刹车 ” 作用 当 4 个开关全部断开，则电机产生的电势将无法形成电路，从而也就不会产生阻碍运动的反电势，电机将惯性转动较长时间，这叫电机的惰行。 在驱动电机时，保证 H 桥两个同侧的三极管不会同时导通是非常重要的。 如果同侧的三极管同时导通，那么电流就会从正极通过两个三极管直接回到负极，此时，容易发生烧坏三极管的现象，因此在实际电路中通常要用硬件电路控制三极管的通断。 直流电源稳压 B T 1B A T T E R Y C 1747μ+C 1822μS2S W _P ow e r12D41N 40 0 7+ VR 121KV C CV i n1 + 5V 3GND2U9L M 29 40 5VC 19104D1ARO P A M P116R 3AR E S P A C K 2O utR 上图是为整个电路提供稳定的直流电源，稳压后给单片机系统和其他系统供电。 循迹机器人设计 12 5 机器 人的软件设计 智能寻迹机器人采用现在较为流行的 8 位单片机作为系统大脑。 以 8051 系列家族中的 AT89S51/AT89S52 为主芯片。 40 脚的 DIP 封装使它拥有 32 个完全IO(GPIO— 通用输入输出 )端口，通过对这些端口加以信号输入电路，控制电路，执行电路共同完成寻迹机器人。 传感系统 传感器作为循线小车的眼睛，起着将外界环境的信息读取给单片机的作用。 红外传感器能把被测物体的红外线反射能量很好地转换成电信号，并将电信号传输给单片机，因此循线的探测任务我们就交给了红外传感器。 红外传感器传达的信息通过运算放大器输入单 片机，由单片机根据读取的数据进行判断并输出相应的结果控制小车的行走 ， 由单片机的 I/O 口输出高低电平控制其电机转动方向，其速度控制则有单片机输出的 PWM波控制。 图 51 蔽障软件流程图 如上图 51所示为循迹机器人在行进过程中躲避障碍物的软件流程图，清楚的 表示出了机器人是如何蔽障的。 这部分的信息来源是通过红外传感器检测而来的，当检测到在行动的黑线上有障碍物时，传感器将信息发送到单 片机控制中心，驱动电机转向，经过一系列的处理之后，机器人便能运动到规定的轨道上去。 既然有蔽障的软件流程，那么在进行蔽障之前，肯定要先使 机器人能沿着预定的黑线运动，完成从 A 点到 B 点的往返运动， 这就要不断的检测黑线位置，防止机器人偏离预定的轨道运行，这样的一个不断循环的过程如图 52 所示，清晰地表明了机器人单片机核心部分的工作顺序。 否 获取传感器信息 黑线上是否有障碍物 是 右转 前进 10cm 左转前进 5cm 后左转 前进 10cm 并检测黑线 继续前进 循迹机器人设计 13 52 轨迹运行 流程图 单片机与外部传感器之间采集到的信息经过信息处理电路处理之后要进入单片机还需要有 串口与之相连，这就需要在外部器件和单片机之间放置一个串口，以便信息传递的快速准确性，而机器人也可以通过软件编程实现相关动作连续不间断实现，这在仅是硬件设备中是一个明显的提升 ，下图 53 便是外部与串口的链接图。 V+2V 6T 0 I N11T 1 I N10R 0 O U T12R 1 O U T9C 1 +1C 1 3C 2 5C 2 +4T 0 O U T14T 1 O U T7R 0 I N13R 1 I N8GND15V C C16U9M A X 2 3 2C81uC 1 01uC 1 11uC91uV C C1 23 4J P 1H E A D E R 2 X 2162738495J1D B 9T X DR X D 图 53 串口连接图 否 自动循迹程序 是否检测到黑线 左转 是 右转 前进 探测黑线 判断处理程序 循迹机器人设计 14 6 元器件清单 序号 元件名称 规格及用途 数量 1 电源 5V 10 2。