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单片机机器人设计

赵天辉

1引言

轮式移动机器人是机器人研究领域的一项重要内容．它集机械、电子、检测技术与智能

控制于一体。在各种移动机构中，轮式移动机构最为常见。轮式移动机构之所以得到广泛的

应用。主要是因为容易控制其移动速度和移动方向。因此．有必要研制一套完整的轮式机器

人系统。并进行相应的运动规划和控制算法研究。笔者设计和开发了基于5l型单片机的自

动巡线轮式机器人控制系统。

摘要：设计了一种自动巡线轮式行走机器人控制系统，采用AT89S52型单片机作为

主控CPU，外加一个复杂可鳊程逻辑器件(CPID)协助CPU处理数据，扩展了程序参数存储

器，能够进行检测引导线和直流电机、舵机的PWM控制。

关键词：控制系统；复杂可编程逻辑器件；存储器；光电检测；脉冲宽度调制

2控制系统总体设计

机器人控制系统由主控制电路模块、存储器模块、光电检测模块、电机及舵机驱动模

块等部分组成，控制系统的框图如图1所示。

3主控制模块设计

3．1CPLD设计

在机器人控制系统中．需要控制多个电动机和行程开关．还要进行光电检测．如果所

有的任务都由AT89S52型单片机来完成．CPU的负担就会过重。影响系统的处理速度。因

此扩展1个CPLD．型号为EPM7128。它属于．MAX7000系列器件。包括2个通用1/0

口．2个专用I／O口，专用I／O口可作为每个宏单元和输入输出引脚的高速控制信号(时

钟、清除和输出使能等)，电动机的。PWM信号也由其产生。

EPM7128的引脚排列如图2所示。MlP—M4P引脚的输出为PWM脉宽调制信号，

M1FB—M4FB引脚为电机的方向控制信号，P00一P07接单片机的PO口，100一1015

为扩展的2个通用I／O口，SIl—S17引脚为行程开关输入信号，LI11一LI17引脚为光电

探头输入信号。CPLD的编程用VHDL语言，产生1路PWM信号的部分程序源代码如下：

单片机采用24MHz的晶体振荡器，ALE信号的频率fALE=f16=6MHz，最终输出PWM

信号的引脚MlP的频率为：

调节这个信号的占空比可以使直流电动机获得O-255级的转速。

3．2机器人运行参数存储器的扩展

机器人运行路径和动作可以根据比赛情况的不同而发生变化，这样，每改变1次运行

参数就必须对单片机的Flash进行1次擦写。为了解决这一问题．扩展了程序参数存储器，

用来存放机器人的运行路径和动作参数．扩展电路如图3所示。

其中IC1为24LC08B，是I2E总线的串行E2PROM存储器，最多能够存储lK字节的

数据。IC2为MAX3232型电平转换器，其内部有1个电源电压变换器，可以将计算机的电

平转换为标准TTL电平，实现计算机与单片机之间通过串行口传输数据，使单片机完成对

24／LC08B的数据存储操作。单片机运行时，直接从24LC08中读取机器人的运行参数，

控制机器人运行。

4光电检测模块设计

4．1光电检测过程

设计光电检测模块是为了让机器人能够检测地面上的白色引导线。光电检测电路主要

包括发射部分和接收部分，其原理如图4所示。

发射部分的波形调制采用了频率调制方法。由于发光二极管的响应速度快，其工作频

率可达几MHz或十几MHz，而检测系统的调制频率在几十至几百kHz的范围内，能够满

足要求。光源驱动主要负责把调制波形放大到足够的功率去驱动光源发光。光源采用红外发

光二极管，工作频率较高，适合波形为方波的调制光的发射。

接收部分采用光敏二极管接收调制光线，将光信号转变为电信号。这种电信号通常较

微弱，需进行滤波和放大后才能进行处理。调制信号的放大采用交流放大的形式，可使调制

光信号与背景光信号分离，