基于51型单片机的自动巡线轮式机器人控制系统设计pdf

基于51型单片机的自动巡线轮式机器人控制系统设计-35-!应用与设计基子51型片机的自巡式机磊人搜刎系吮筏关慧贞,邱铁,叶希贵大连理工大学机械工程学院自动化所,辽宁大连116024)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,外加一个复杂可编程逻辑器件CPLD)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O关键词:控制系统;复杂可编程逻辑器件;存储器;光电检测;脉冲宽度调制中图分类号:TP242.6!文献标识码!A文章编号!1006-69772006#03-0035-03Controlsystemdesignfordetectinglineautomaticallywheeledrobotbasedon51microcontrollerGUANGHui-zhen!GIUTie!YEXi-gui(automaticInstituteofMechanicalEngineering,DalianUniuersityofTechnology,Dalian116024,China)Abstract:ThecontroIsystemdesignfordetectingIineautomaticaIIywheeIedrobotispresented.InthecontroIsystem,AT89S52isusedasCPU,CPLDisaugmentedtoheIpCPUfordataprocessingg.TheprogramparameterEER0Misextended.ItcanaccompIishphotodetection,detectguidingIineautomati-caIIyandperformPWMcontroIforDC-motorandheIm-motor.Keywords:controIsystemgCPLDgmemorygphotodetectiongPWM1引言3主控制模块设计轮式移动机器人是机器人研究领域的一项重3.1CPLD设计要内容!它集机械电子检测技术与智能控制于在机器人控制系统中!需要控制多个电动机和一体#在各种移动机构中!轮式移动机构最为常行程开关!还要进行光电检测!如果所有的任务都见$轮式移动机构之所以得到广泛的应用!主要是由AT89S52型单片机[2]来完成!CPU的负担就会过因为容易控制其移动速度和移动方向$因此!有必重!影响系统的处理速度!因此扩展1个CPLD!型要研制一套完整的轮式机器人系统!并进行相应号为EPM7128!它属于MAX7000系列器件[3]!包括的运动规划和控制算法研究$笔者设计和开发了2个通用I/0口!2个专用I/0口!专用I/0口可作为基于5l型单片机的自动巡线轮式机器人控制系统$2控制系统总体设计机器人控制系统由主控制电路模块%存储器模块光电检测模块电机及舵机驱动模块等部分组成!控制系统的框图如图l所示[l]$图l主控制系统的结构框图{外由各元磊件!!6年第3期!6年3月#36#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9电动机的PWM信号也由其产生0EPM7l28的引脚排列如图2所示0MlP-M4P引脚的输出为PWM脉宽调制信号9MlFB-M4FB引脚为电机的方向控制信号9POO-PO7接单片机的PO口9IOO-IOl5为扩展的2个通用I/O口9SIl-SI7引脚为行程开关输入信号9LIll-LIl7引脚为光电探头输入信号0CPLD的编程用VHDL语言9产生l路PWM信号的部分程序源代码如下PWM_OUT(O)=6O1WHEN(COUNTERMOTORl)ELSE6l1;输出PWM信号1其中COUNTER为定义的8位计数器1MOTORl为定义PWM调速级数为28图2CPLD的封装及引脚排列LATCH:PROCESS(ALE)调节这个信号的占空比可以使直流电动机获BEGIN对ALE信号进行32分频的进程得O~255级的转速0IF(ALE'EVENTANDALE=6O1)THEN!!机器人运行参数存储器的扩展判断ALE信号是否出现下降沿机器人运行路径和动作可以根据比赛情况的DIVIDER=DIVIDER+l;不同而发生变化9这样,每改变l次运行参数就必须DIVIDER为定义的5位分频器对单片机的Flash进行l次擦写0为了解决这一问IF(DIVIDER=lllll)THEN题9扩展了程序参数存储器9用来存放机器人的运IF(COUNTER=llllllll)THEN行路径和动作参数9扩展电路如图3所示0其中IClCOUNTER=OOOOOOOO;ELSECOUNTER=COUNTER+l;计数器加lENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESSLATCH;单片机采用24MHz的晶体振荡器9ALE信号的频率!#$=!/6=6MHz,最终输出PWM信号的引脚MlP的频率为:图3存储器扩展电路基于51型单片机的自动巡线轮式机器人控制系统设计!37!图4光电检测过程图5直流伺服电机的控制原理为24LC08B9是I2C总线的串行E2PROM存储器9测的精确度9节约了硬件的开销0发光二极管发出最多能够存储1K字节的数据0IC2为MAX3232型的调制光经地面反射到光敏二极管0光敏二极管产电平转换器9其内部有1个电源电压变换器,可以生的光电流随反射光的强弱而线性变化0把这种变将计算机的电平转换为标准TTL电平9实现计算机化检测出来9就可以判断某一个检测点是否在白色与单片机之间通过串行口传输数据9使单片机完成引导线的上方9从而判断机器人和白色引导线的相对24LC08B的数据存储操作0单片机运行时9直接对位置0从24LC08中读取机器人的运行参数9控制机器人$电机驱动模块运行0光电检测模块设计机器人的驱动件主要是电机和舵机9都可以采!用PWM进行调速与控制0根据脉冲编码器的反馈!!光电检测过程信号9对机器人的运动状态进行实时控制0直流伺设计光电检测模块是为了让机器人能够检测服电机的控制原理如图5所示0调节PWM的信号地面上的白色引导线0光电检测电路主要包括发射就能够快速调节舵机的转角,从而实现机器人的方部分和接收部分9其原理如图4所示0发射部分的向控制0波形调制采用了频率调制方法0由于发光二极管的%结束语响应速度快9其工作频率可达几MHZ或十几MHZ9而检测系统的调制频率在几十至几百kHZ的范围基于51型单片机的自动巡线轮式机器人控制内9能够满足要求0光源驱动主要负责把调制波形系统运行平稳可靠9抗干扰能力强9不仅满足了机放大到足够的功率去驱动光源发光0光源采用红外器人大赛的设计要求9同时也为智能机器人搭建了发光二极管9工作频率较高9适合波形为方波的调良好的控制平台0制光的发射[4]0参考文献!接收部分采用光敏二极管接收调制光线9将光[1]罗志增,蒋静坪.机器人感觉与多信息融合[M].信号转变为电信号0这种电信号通常较微弱9需进北京:机械工业出版社!2002.行滤波和放大后才能进行处理0调制信号的放大采[2]张培仁.MCS51单片机原理与应用[M].北京:用交流放大的形式9可使调制光信号与背景光信号清华大学出版社,2003.分离9为信号处理提供方便0调制信号处理部分对[3]MAX7000APloglammabieLogicDevice[Z].Aitela放大后的信号进行识别9判断被检测对象的特性0Colpolation.2003.因此9此模块的本质是将G交流!的\有用的调制光[4]常太华,苏杰,田亮.检测技术与应用[M].信号从G直流!的\无用的背景光信号中分离出来9北京#中国电力出版社!2003.从而达到抗干扰的目的0作者简介!关慧贞!教授!主要研究方向为工业装备!!#光电探头与机器人技术;邱铁!硕士研究生!主要研究方向光电探头安装在机器人底盘前部9共设置了5为智能机器人控制$个检测点0从理论上讲9检测点越多\越密9识别的收稿日期!2005-08-15准确性与可靠性就越高9但是硬件的开销与软件的咨询编号!!!#$%复杂程度也相应的增加0采用该巡线系统保证了检基于51型单片机的自动巡线轮式机器人控制系统设计作者：关慧贞，邱铁，叶希贵，GUANGHui-zhen，QIUTie，YEXi-gui作者单位：大连理工大学,机械工程学院自动化所,辽宁,大连,116024刊名：国外电子元器件英文刊名：INTERNATIONALELECTRONICELEMENTS年，卷(期)：2006(3)被引用次数：11次参考文献(4条)1.罗志增;蒋静坪机器人感觉与多信息融合20022.张培仁MCS-51单片机原理与应用20033.MAX7000AProgrammableLogicDevice20034.常太华;苏杰;田亮检测技术与应用2003本文读者也读过(2条)1.王振士.陈富林.WANGZhen-Shi.CHENFu-Lin基于AT89552教学机器人控制系统的设计与实现[期刊论文]-机电产品开发与创新2009,22(6)2.符秀辉.欧阳淑丽一类轮式机器人的水平姿势控制[期刊论文]-机器人技术与应用2004(2)引证文献(11条)1.周芝田,罗凯,赵明富,钟年丙基于AVR单片机的足球机器人设计[期刊论文]-电工技术2009(07)2.邱铁,李哲,司伟生基于无线通信的嵌入式机器人控制系统设计[期刊论文]-国外电子元器件2008(08)3.辛志东,徐中,邱铁基于DSP+CPLD的交流电机调速在水处理控制中的应用[期刊论文]-国外电子元器件2007(04)4.邱铁,司伟生基于LPC2136的嵌入式实时机器人控制系统[期刊论文]-机械与电子2007(07)5.张锴,李世光,朱晓莉,孟强强,陈日印基于STM32的智能巡线小车[期刊论文]-电子测量技术2012(02)6.许瑛,袁磊,肖亮履带式双控灭火移动机器人的设计与实现[期刊论文]-制造业自动化2012(17)7.廖春蓝基于单片机的蟋蟀玩具机器人研制[期刊论文]-机电一体化2012(09)8.张建,肖远驰基于AS-MF09特殊环境灭火机器人设计[期刊论文]-制造业自动化2009(12)9.林勇奇多单片机共用RS232通信的防竞争电路与程序设计[期刊论文]-现代电子技术2011(07)10.温建澎基于CPLD和AVR单片机的高精度ESR测量仪的研究[学位论文]硕士200711.樊志国自动变光焊接滤光镜漫射光测试仪的研制[学位论文]硕士2013引用本文格式：关慧贞.邱铁.叶希贵.GUANGHui-zhen.QIUTie.YEXi-gui基于51型单片机的自动巡线轮式机器人控制系统设计[期刊论文]-国外电子元器件2006(3)