基于AT89S52单片机智能搬运机器人的设计

【摘要】随着工业自动化的发展，越来越多的工作交由机器人完成。而机器人是一种仿人操作，自动控制，可重复编程，能在三维空间完成各种危险作业，它不仅仅代替了人工的劳作，还结合了人的特长和机器的特长的一种拟人的机械装置。既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续劳作。精度高，抗恶劣环境的能力。在安全领域，机器人的应用日益广泛。

【关键词】机器人；AT89D52；工业自动化

机器人的出现很大程度就是为了控制企业成本，这个成本就包括人工成本，还包括质量成本等等。使用机器人使得成品率上升，有效的进行过程质量控制，节约和减少检测环节，降低了企业的成本。当然一些特殊生产工艺以及生产现场，不得不使用机器人。可以遇见的精密加工行业，特殊工艺及特殊工作场合会越来越多地使用机器人代替人工。

机器人在未来会有很大的前景。机器人的制造主要是用来为人类服务的，单凭这一点就注定它会有很大的存在价值；仿人形机器人主要是降低人对自动机械的抵触感，使机器人能更好的为人类服务。你的疑虑在于，当前的机器人智能化还不够高，无法和人类进行正常沟通。

你可能没注意，现代仿生技术已经进步到能制造出人造皮肤、人造血液、人造心脏，CPU也由单核升级为多核，克隆技术也在研究中，这些都会应用在机器人技术上，随着科技的不断发展，机器人技术也会不断进步，与人类的差距也会越来越小。你追问不知道什么时候机器人才能发展到宠物级的水平，其实现在的机器人就已经达到这个目标了，一旦解决了成本问题，也许在不久的将来，你会拥有一个机器人管家喔。本智能推运机器人是基于AT89S52单片机的为控制核心，利用各种传感器完成智能扫描障碍物并推运出至安全区域，主要应用于工业自动化生产除障。整个系统框架主要由供电模块。超声波检测模块LCD显示模块，舵机驱动模块，QTI白线检测模块，角度调整模块，各模块间采取环环相扣，相互交互的方式实现，确保小车灵活轻便智能的完成各项操作。

1.电源供电模块简介

电源提供模块主要为小车和单片机提供电力，采用两节4.2V大容量的锂离子电池，LM7805作为三端稳压集成电路提供5V稳定的电源。

+5Vr的电源电路

2.超声波检测模块简介

本智能推运机器人采用HC-SR04超声波模块作为眼睛，主要在半径为30cm的范围内探测障碍物并返回测得的数据在LCD1602中显示出来。

HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400comr的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

基本工作原理：

（1）采用IO口TRTG触发测距，给最少10us的高电平信呈。

（2）模块自动发送8个10khz的方波，自动检测是否有信号返回。

（3）有信号返回，通过IO口的ECEO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离-（340M/2）。

超声波时序图

AT89S52微处理器使用51单片机得到距离长度（单位：cm），占用单片机的两个IO口：一个IO口做为触发端，一个IO口做为回波PWM信号捕捉引脚。写程序时，先在TRIG引脚端为一个大约10US的高电平触发模块，同时模块内部将发出8个40kHz周期电平并检测回波。并在内部程序处理变换成一个PWM的信号从Echo引脚输出，一旦检测到有回波信号则输出回响信号，供我们方便使用。我们使用时，只需读出PWM信号高电平的时间（T）回响信号是一个脉冲的宽度成正比的距离对象。可通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算等到距离。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸。也可以通过声波在空气中传播公式L=340T/2。就可以求出L（测量的距离）。如果没有检测到回响信号，模块回响信号脚将输出约140uS的电平，以防止发射信号对回响信号的影响。

3.QTI白线检测模块简介

详细了解QTI灰度传感器：

QTI灰度传感器是一个反向型光电传感器，是使用光电接收管来检测物体表面反射光强度的传感器。因此这种光电传感器便可应用在检测物体表面颜色的深度和测量一定距离的移动物体。反射型光电传感器的结构是由一个红外发射管和一个红外接收管组成，在一定距离内，当发射出去的红外光线被颜色深度较浅的物体所接受时，会将这些红外光线反射回来，红外接收管便可以接收到这个返回来的信号；若发射出去的红外光而反射回来的红光线很弱或没有反射回来的红外光线，这时接收管接收不到信号。这样便可以用这两种状态来判断被测物体的颜色深度。用这个结构的光电传感器再外加一些阻容件便可以将光能转为电能了。

①连接电路图

黑白线开关量检测电路图

②为什么加入上拉电阻？

QTI灰度传感器是一个可以检测黑色线带灰度级别的传感器套件。本套件在设计中考虑到应用范围，而将QTI传感器信号输出设计为OC门高阻状态，这样它可适应于具有三态IO的单片机（如：AVR）进行IO模拟量测量或开启单片机内部上拉电阻进行开关量测量，而对于只具有普通准双向IO的单片机（如普通C51）是无法检测OC门高阻状态，它必须要在QTI传感器信号输出端外接一个上拉电阻，这样便可检测黑白线（开关量）。检测距离：2-3CM；灰度值：0-1024

③工作原理

4.舵机驱动测模块简介

伺服舵机可可能对大家而言比较陌生，国内用的比较少，在此为什么选用伺服舵机呢？在大多数人的选择当中可能都会选择普通直流电机，利用LM298来驱动。但是在工业生产中不应该使用普通的直流电机，一个是工作不稳定，影响单片机的正常工作，所以一般在使用中会采用隔离的方式，有的采用光耦隔离，有的采用继电器隔离，主要因为在启动和停止的瞬间，普通直流电机电路中会产生很大的反向感应电动势，方向与工作电流相反，严重时会烧毁单片机，一般在平时使用时都会连接8个反向的续流二级管。另外，在小车速度比较快时，要想小车立即停止，那是很难实现的，而采用伺服舵机，是通过脉冲时间来控制顺时间转，逆时间转和停止，在每一个状态都需到电源供电。并且运行平稳，均匀，精度高，可靠性强等优点。

运行原理：

当持续给1.5ms的高电平，20ms的脉冲时，舵机禁止不动，但还是要提供电能。

当持续给1.3ms

这里用到了两种伺服舵机，一种角度伺服舵机和大扭矩位置伺服舵机，角度伺服舵机在0～180°之间往复转动，超声波用来扫描障碍物的，他会以每15°的角度旋转，在半径为30cm的扇形上扫描到有障碍物时，停止转动，并反馈给驱动舵机②。（用来调整小车方向）已对准障碍物。大扭矩位置伺服舵机是机器人用来行走和推运的，他可以360°反复转动。连接电路也很简单，一个接电源，一个接地，中间接单片机IO口，输出脉冲信号的。下面请看让小车绕原点转动的代码：

如上，接P1_0的电机高电平1.3ms，低电平20ms，P1_1的电机也高电平1.3ms，低电平20ms，由于两个电机相对安装，故都是顺时针转动，小车原地转动。

参考文献

[1]C51单片机应用与C语言程序设计（第2版）[M].

[2]现代传感器技术及应用[M].电子工业出版社（第1版），2010（5）.