智能清掃機(jī)器人

1、摘要總體方案是設(shè)計(jì)一個(gè)自主控機(jī)器人，在一個(gè)模擬的平面結(jié)構(gòu)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)機(jī)器人本體，完成自主移動(dòng)、避障功能。盡快遍歷每一個(gè)角落，完成任務(wù)，這個(gè)工作受多個(gè)因素的影響。其中在現(xiàn)實(shí)生活中清潔機(jī)器人清理的過程中，利用了機(jī)器人自身的傳感系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和自主蔽障系統(tǒng)，自動(dòng)記錄時(shí)間系統(tǒng)等。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及測(cè)試結(jié)果分析。采用的技術(shù)主要有：（ 1） 通過編程來控制小車的速度；（ 2） 傳感器的有效應(yīng)用；關(guān)鍵詞80C51 單片機(jī)、光電檢測(cè)器、PWM 調(diào)速、電動(dòng)小車、舵機(jī). 國內(nèi)外研究現(xiàn)況在日本，東日本鐵路公司、shinko電器公司和Ho

2、waX業(yè)有限公司聯(lián)合研制了車站地面清掃機(jī)器人. 機(jī)器人可沿墻壁從任何一個(gè)位置自動(dòng)啟動(dòng). 利用不斷旋轉(zhuǎn)的刷子將廢棄物掃入白帶容器中1 日本靜甲株式會(huì)社的清水工廠開發(fā)出一種自動(dòng)清掃機(jī)器人. 可用于各種工廠的清掃工作. 機(jī)器人采用光纖陀螺控制方向 . 采用編碼器和超聲波傳感器測(cè)距. 采用光學(xué)探測(cè)器探測(cè)障礙物機(jī)器人的四周裝有橡膠墊. 橡膠墊內(nèi)部裝有觸覺傳感器. 一旦機(jī)器人與人接觸. 觸覺傳感器信號(hào)會(huì)使機(jī)器人停下來1 以保證人的安全Br-3 這些應(yīng)用還都是用于工業(yè)或者公共的場(chǎng)合. 真正具有里程碑意義的是2002 年 9 月清潔機(jī)器人 Roomb”a 美國面市 . 這是一款面向家庭的機(jī)器人。重約2ky 直

3、徑為 762mm（30"）. 具有高度自主能力 . 可以游走于房間各家具縫隙間. 靈巧地完成清掃工作. 據(jù)說這是將用于軍事的“躲避地雷的移動(dòng)技術(shù)，應(yīng)用到了吸塵器上。"Roomba的動(dòng)作有點(diǎn)遲緩 . 但卻能穩(wěn)定安全地完成任務(wù)由于能夠在完成任務(wù)后自動(dòng)切斷電源. 所以可以在外出期間讓 Roomb”a 在家進(jìn)行清掃英國 法國和澳大利亞也都推出過清潔機(jī)器人產(chǎn)品在國內(nèi)， 對(duì)清潔機(jī)器人相關(guān)技術(shù)如機(jī)器感知、機(jī)器人導(dǎo)航和定位與路徑規(guī)劃?rùn)C(jī)器人控制、電源與電源管理、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)等技術(shù)的研究. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校，也對(duì)清潔機(jī)器人進(jìn)行了大量的研究，并取得了一些成果，這些都為

4、清潔機(jī)器人的研究開發(fā)和推廣奠定了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)二 . 設(shè)計(jì)思路為了制作一個(gè)能夠覆蓋全區(qū)域的清潔機(jī)器人，首先是設(shè)計(jì)一個(gè)移動(dòng)的平臺(tái)。為了簡(jiǎn)便起見，設(shè)計(jì)了兩輪車身，兩個(gè)后輪做主動(dòng)輪，主動(dòng)輪用兩個(gè)直流電機(jī)。從動(dòng)輪用一個(gè)萬向輪。清掃裝置用一個(gè)伺服電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)灰塵刮和一個(gè)刷子，產(chǎn)生推動(dòng)力達(dá)到除塵的目的。在車身前部放置一個(gè)儲(chǔ)存垃圾的箱體。在車身的最后還設(shè)計(jì)了一個(gè)抹地機(jī)械手，進(jìn)一步達(dá)到清潔的目的，機(jī)械手下帶有灑水除塵裝置，機(jī)械手上面的水箱帶有一個(gè)用伺服電機(jī)控制的門，用來控制灑水量。車身上部安裝了一個(gè)光電開關(guān)，以達(dá)到避障的作用。三.電子電路的設(shè)計(jì)采用一塊彳處理器STC89C52為控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)控制電機(jī)、障

5、礙檢測(cè) 信號(hào)處理、舵機(jī)控制、液晶顯示等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用單片機(jī)作為電機(jī)的控制單 元，使PWM信號(hào)的脈沖寬度實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的變化,從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。單片機(jī)完成 控制算法，再將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為 PWM信號(hào)輸出到電機(jī)，由于單片機(jī)系統(tǒng)是一個(gè) 數(shù)字系統(tǒng)，其控制信號(hào)的變化完全依靠硬件計(jì)數(shù)，所以受外界干擾較小。直流電機(jī) 控制，液晶顯示模塊和單片機(jī)最小系統(tǒng)由一個(gè)電源供電。障礙檢測(cè)模塊用于檢測(cè)小車前進(jìn)路上的障礙物，如有障礙則進(jìn)行避讓。液晶顯示模塊用于顯示當(dāng)前小車 運(yùn)行狀態(tài)。1 .機(jī)械方案的設(shè)計(jì)小車的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)為二輪驅(qū)動(dòng)。而二輪驅(qū)動(dòng)又分為前輪和后輪驅(qū)動(dòng)。 后輪驅(qū)動(dòng) 的好處是：轉(zhuǎn)向性能得到改善。前輪是轉(zhuǎn)向輪，使得轉(zhuǎn)向時(shí)的行

6、駛方向容易控制， 不容易出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)向安全性也得到提高。2 .車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了滿足機(jī)器人的性能要求，機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有穩(wěn)定性，運(yùn)動(dòng)靈活 性和足夠強(qiáng)度的特點(diǎn)，同時(shí)尺寸要小，容量要大，重量要輕。清掃小車的機(jī)械結(jié) 構(gòu)組成部分主要有：車體的設(shè)計(jì)，傳感器的安裝。為了保證小車良好的直線性，采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)左右兩輪的方式，在車體的前 端裝有一個(gè)不銹鋼萬向滾珠，這樣可以使小車獲取較好的機(jī)動(dòng)性和靈活性。 底盤 采用鋁合金框架，以增大其堅(jiān)固性，減輕重量。3 .單片機(jī)STC89C52勺系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于51系列單片機(jī)在我國普及的時(shí)間比較早，開發(fā)和應(yīng)用的實(shí)例比較多， 在學(xué)習(xí)編寫程序時(shí)有豐富的實(shí)例可以參考和借鑒

7、。因此，我選擇 51系列單片機(jī) 進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)中我選用了 STC公司的STC89C52。3.1 STC89C52 的特點(diǎn)STC89C52具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： STC89C52與MCS-51系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； 片內(nèi)有8k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器； 全靜態(tài)工作，工作范圍：0Hz33MHz ; 三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密； 128X8 位內(nèi)部 RAM ; 32位雙向輸入輸出線； 兩個(gè)十六位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 五個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)； 一個(gè)全雙工的異步用行口； 間歇和掉電兩種工作方式。3.2 STC89C52 的功能描述STC89C52 是一種低損耗、高性能、CMOS 八位微

8、處理器，片內(nèi)有8k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫入程序的存儲(chǔ)器，能重復(fù)寫入/ 擦除 1000次， 數(shù)據(jù)保存時(shí)間為十年。它與 MCS-51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容， 不僅可完全代替MCS-51 系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51 系列產(chǎn)品沒有的功能5。STC89C52可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的 可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長(zhǎng)度小于 8k,四個(gè)I/O 口全部提供給用戶。 可用 5V 電壓編程, 而且擦寫時(shí)間僅需10 毫秒，僅為8751/87C51 的擦除時(shí)間的百分之一, 與 8751/87C51 的 12V 電壓擦寫相比，不易損壞器

9、件，沒有兩種電源的要求，改寫時(shí)不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬（2.7V 6V）,全靜態(tài)工作，工作頻率寬在 0Hz24MHz之間，比8751/87C51等51系列 的6MHz12MHz更具有靈活性，系統(tǒng)能快能慢。STC89C52芯片提供三級(jí)程序 存儲(chǔ)器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 P0 口是三態(tài)雙向口, 通稱數(shù)據(jù)總線口, 因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀/寫操作。3.3 STC89C52 引腳功能STC89C52單片機(jī)為40弓|腳芯片如圖4-1。1P1.0VCCPl.lP0.0Pl.2P0 1Pl.3P0,2Pl.4P0,3PL

10、5P0.4Pl.6P0,5PL7P0,6RESETP0.7FJ.0EAP3.1ALEP3.2PSENP3.3P2.1P3.4P2,6P3.5P2,5P3.6P2,4P3,7P2,3XTAL2P2,2XTAL1P2.1GNDP2.0402393394375356箋7343339321031113012231328142715261百251?24132319222021AT69C51圖4-1 STC89C52管腳圖3.4 口線：P0、P1、P2、P3共四個(gè)八位口。P0 口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部 存儲(chǔ)器的讀/寫操作。P0 口也用以輸出外部存儲(chǔ)器的低 8位地圖1址。

11、由于是分 時(shí)輸出，故應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存信號(hào)用ALE。P1 口是專門供用戶使用的I/O 口，是準(zhǔn)雙向口。P2 口是從系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)作高8位地址線用。不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口也 可以作為用戶I/O 口線使用，P2 口也是準(zhǔn)雙向口。P3 口是雙功能口，該口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一 I/O功能或第二 I/O功能。作為第一功能使用時(shí)操作同 P1 口。P3 口的第二功能如表4-1所示。（2）控制口線：PSEN（片外選取控制）、ALE （地址鎖存控制）、EA（片外存 儲(chǔ)器選擇）、RESET（復(fù)位控制）；（3）電源及時(shí)鐘：VCC、VSS、XTAL1、XTAL2操作方法。3.4 ST

12、C89C52復(fù)位電路設(shè)計(jì)89系列單片機(jī)與其他微處理器一樣，在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，使 CPU及系統(tǒng)各部表4-1 P3 口的第二功能端口功能各個(gè)功能P3.0RXD （串行口輸入端）P3.1TXD （串行口輸出端）P3.2INT0 （外部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效）P3.3INT1 （外部中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效）P3.4P3.5P3.6P3.7T0 （定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖輸入端）T1 （定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端）WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效）RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效）件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。單片機(jī)的外部復(fù)位電路有上電

13、 自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。上電復(fù)位利用電容器充電來實(shí)現(xiàn)。上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖。只要RST引腳端保持10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。vccp-iVCCCl 'IQiiFAT89C51RSTRI圖4-2上電復(fù)位電路按鍵手動(dòng)復(fù)位又分為：按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位。按鍵電平復(fù)位相當(dāng)于按復(fù)位鍵后復(fù)位端通過電阻與 Vu電源接通；按鍵脈沖復(fù)位利用RC微分電路產(chǎn)生 正脈沖在這里，采用按鍵脈沖復(fù)位（如圖 4-3）,當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則 Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。由于人的動(dòng)作很快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十 毫秒，所以能滿足復(fù)位的時(shí)間要求。|vccvcc

14、AT83C51RSTGND圖4-3手動(dòng)復(fù)位電路在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復(fù)位，如果這些復(fù)位端的復(fù)位電 平要求與單片機(jī)的復(fù)位要求一致，則可以與之相連。在有些應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠地工作，常將RC電路接斯密特電路后，再接入單片機(jī)復(fù)位端和外圍電路復(fù)位端。這特別適合于應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)干擾大、 電壓波動(dòng)大的工作環(huán)境。并且，當(dāng)系統(tǒng)有多個(gè)復(fù)位端時(shí)，能保證可靠地同步復(fù)位， 在此稱其為同步復(fù)位電路。4 .電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)為了使選定的電機(jī)在峰值轉(zhuǎn)矩下以最高轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)負(fù)載，電機(jī)的功率估算如下:Pm二 (1.5 -2.5)M p . ' p1020(4-1)式中：Mp為峰值轉(zhuǎn)矩8 P為最大角速度

15、，本系統(tǒng)為20rad/s”為傳動(dòng)效率，一般為0.80.9由上式求得電機(jī)的功率要在21.2瓦以上，對(duì)系統(tǒng)的各種性能和參數(shù)進(jìn)行分析 后，我們選用功率為35瓦，120轉(zhuǎn)/分的直流電動(dòng)機(jī)作為機(jī)器人的行走電機(jī)。運(yùn)動(dòng)控制器芯片輸出PWM (pulse width modulation)信號(hào)，電壓為脈沖形式,由于輸出的電流很小，不能驅(qū)動(dòng)電機(jī)。使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的目的就是將運(yùn)動(dòng)控制器的輸出電流放大，從而獲得足夠大的功率，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)芯片的工作原理非常簡(jiǎn)單，即利用晶體三極管能放大電流的原理，將基極的電流放大到100倍以上然后從發(fā)射極輸出。本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用的是意法半導(dǎo)體聯(lián)合公司SGS-Thomsor)生產(chǎn)的電機(jī)

16、驅(qū)動(dòng) 芯片L298N。L298N為含有15個(gè)引腳的直插式芯片。L298N具有以下主要性能：(1) 體積小 : 長(zhǎng) *寬 *高 =19.6mm*17.5mm*5mm ;(2)操作電壓范圍大：操作電壓范圍從4V到46V;(3)抗干擾能力強(qiáng)：低于1.5V的電壓均視為低電平，對(duì)噪聲由較強(qiáng)的抑制作 用;(4) 配備散熱片，減少溫度對(duì)電子元器件的影響;(5) 邏輯電平為十5V;(6)工作效率高：一塊L298N可以驅(qū)動(dòng)2臺(tái)電機(jī)，故機(jī)器人只需配備一塊L298N;(7)輸出電流大：L298N可以將電流放大到4A;機(jī)器人采用專業(yè)驅(qū)動(dòng)芯片L298N 為主構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。它內(nèi)部包含4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。具額定工作電流為

17、 2A,最大可達(dá)4A, Vss電壓最小4.5V,最大可達(dá) 46V。L298N 可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，如圖圖4-6 所示 :輸出電壓最高可達(dá)46V， 可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，由于其工作電流在22.5A之間，故滿足我們的要求。而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。在使用 L298N 時(shí)，可以用L297 來提供時(shí)序信號(hào)，這樣可以節(jié)省單片機(jī)I/O口的使用，也可以直接用單片機(jī)輸出時(shí)序信號(hào)。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，檢測(cè)電阻 Rs必須考慮以下幾種選擇因素： 電阻本身可達(dá)到的功耗L298N允許的檢測(cè)電壓為2.3V,超過這一幅度芯片會(huì)自動(dòng)保護(hù)。 允許電流和功率限制。假設(shè)可能出現(xiàn)的最大電流為IMAX ,驅(qū)動(dòng)電源電壓為 U,采

18、樣電阻阻值為 Rs,由以上條件我們得出：1 RSXIMAX < 2.3MMAX<2(4-3)k(U -0.7) MMAX <25我們采用的驅(qū)動(dòng)電源為12V,故計(jì)算得出RS =1C比較合適。機(jī)器人的速度的大小采用PWM方法進(jìn)行控制。PWM控制就是周期T固定 不變，根據(jù)輸入信號(hào)的大小，用軟件改變脈沖的占空比，即可改變電機(jī)的平均電 壓，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以也稱為脈寬調(diào)制。 PWM調(diào)速通常配合橋式驅(qū)動(dòng) 電路對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，其調(diào)速范圍也很寬。在本驅(qū)動(dòng)電路中由于開關(guān)管存在開通和關(guān)斷時(shí)間，因此造成了上下橋路直通短路的問題，直通短路的存在，容易使開關(guān)管發(fā)熱，甚至導(dǎo)致燒毀，而且電機(jī)在

19、正反轉(zhuǎn)切換時(shí)存在著死區(qū)時(shí)間的問題，但在正轉(zhuǎn)啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)沒有。故解決這一問題可從硬件電路和軟件兩個(gè)方面下手，硬件電路解決較麻煩還存在不穩(wěn)定因素，因此利用軟件解決是最好的辦法 6o5 .舵機(jī)的模塊伺服電機(jī)簡(jiǎn)稱舵機(jī)，是自動(dòng)裝置中的執(zhí)行元件，它最大的特點(diǎn)是可控。在有控制信號(hào)時(shí)，舵機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)速大小正比于控制電壓的大小，除去控制信號(hào)電壓后，舵機(jī)就會(huì)即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。減速齒輪組由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其輸出端帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器作位置檢測(cè)， 該電位器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號(hào)比較，產(chǎn)生糾

20、正脈沖，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖最終趨于零，從而達(dá)到使舵機(jī)精確定位的目的【 7】 。舵機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成：舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)、控制電路板等。標(biāo)準(zhǔn)的舵機(jī)有三條控制線，分別為電源、地及控制。電源線與地線用于提供內(nèi)部的直流電機(jī)及控制電路所需要的能源，電壓通常介于4V6V之間，該電源應(yīng)盡可能與處理系統(tǒng)的電源隔離（因?yàn)樗欧R達(dá)會(huì)產(chǎn)生噪音）【 8】 。本設(shè)計(jì)選用國產(chǎn)的SG-5001型號(hào)的舵機(jī)。此舵機(jī)可以達(dá)到控制上的精度而且價(jià)格便宜。舵機(jī)電源引線三條線中橙色的線是控制線，連到控制芯片上。紅色的線是電源正極線，工作電壓是5V。黑色的是地

21、線。舵機(jī)的工作原理：舵機(jī)的控制端需輸入周期性的正向脈沖信號(hào)，這個(gè)周期性脈沖信號(hào)的高電平時(shí)間通常在 1ms2ms,而低電平時(shí)間應(yīng)在5ms20ms,并不很 嚴(yán)格。表4-2表示出一個(gè)典型的20ms周期性脈沖的正脈沖寬度與微型伺服馬達(dá)的輸出臂在180 度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與輸入脈沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。舵機(jī)的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)速度是由其內(nèi)部的直流電機(jī)和變速齒輪組的配合決定的，在恒定的電壓驅(qū)動(dòng)下，其數(shù)值唯一。但其平均運(yùn)動(dòng)速度可通過分段停頓的控制方式來改變。單片機(jī)可以產(chǎn)生PWM 信號(hào)，由AT89C51 得 P3.1 端口輸出。輸出得PWM信號(hào)通過光耦隔離傳送到舵機(jī)中。方波信號(hào)經(jīng)過光耦傳輸后剔除干擾，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的 PWM 方波信號(hào)，我

22、在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，舵機(jī)在運(yùn)行過程中要從電源吸納較大的電流，若舵機(jī)與單片機(jī)控制器共用一個(gè)電源，則舵機(jī)會(huì)對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生較大的干擾 【 9】 。因此， 舵機(jī)與單片機(jī)控制器采用模塊化的供電供電方式，通過光耦來隔離，并且給舵機(jī)供電的電源最好采用輸出功率較大的電源。為了保證電流我設(shè)計(jì)的電源模塊是用7805 構(gòu)成的單獨(dú)電源，為指定的負(fù)載供電。表 4-2 特定周期下正脈沖寬度與輸出角度關(guān)系輸入正脈沖寬度（周期為 20ms）伺服電機(jī)輸出臂位置_ne_ 0.5msLJ-90 °c1.0msLJ-45 °r' c1.5msL-J-0 °_E .112.0msrI-45 °

23、;.*.J_12.5ms90 °6 .避障傳感器電路模塊的設(shè)計(jì)紅外避障傳感器原理，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回 路選通電路，從而檢測(cè)物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均 可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè) M0,o我們所使用的紅外避障傳感器 E18-D80NK是一個(gè)NPN型的開關(guān)量傳感器， 當(dāng)沒有障礙物時(shí)輸出高電平；有障礙物時(shí)輸出低電平。正常工作電流為20mA ,最大工作電流可以達(dá)到100mA,可以直接驅(qū)動(dòng)5V直流繼電器的。紅外避障傳感 器前端增加了透鏡，利用其焦距作用，傳感器最

24、遠(yuǎn)探測(cè)80cm處的物體。對(duì)障礙物的感應(yīng)距離可以根據(jù)要求通過后部的旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。該傳感器的輸出信號(hào)類型為開關(guān)量，可以直接和 CPU連接。該傳感器內(nèi)部集成了放大，比較，調(diào)制等電 路。使用該傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使 用方便等特點(diǎn)，使用廣泛11o本模塊主要由單片機(jī)STC89C52,紅外避障傳感器組成，其中紅外避障傳感 器用于檢測(cè)是否有障礙物，單片機(jī)作為本模塊的關(guān)鍵器件用于對(duì)光電開關(guān)檢測(cè)的 信號(hào)進(jìn)行判斷和分析，確定出前方障礙的大體情況，并為主控制器提供信號(hào)，配 合主控制器發(fā)出動(dòng)作指令。7 .顯示模塊的設(shè)計(jì)液晶顯示器作為一種低功耗顯示器件，廣泛應(yīng)用于計(jì)算器、數(shù)字式儀表等

25、低 功耗系統(tǒng)中。但一般使用的液晶顯示器均為七段筆劃式 ，只能顯示數(shù)字和少量字 符，對(duì)于較復(fù)雜的字符或圖形則無能為力。而點(diǎn)陣式液晶顯示模塊可以顯示各種 各樣的字符（包括簡(jiǎn)單的漢字），而且點(diǎn)陣顯示模塊具有可編程能力，與單片機(jī)接 方便。由于以上優(yōu)點(diǎn)，點(diǎn)陣式液晶顯示模塊獲得了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中液晶 顯示模塊選用了 JM12864K型液晶顯示器與AT89C51單片機(jī)的組合使用，用于顯 示仿生爬蟲在運(yùn)動(dòng)過程中的狀態(tài)。JM12864K漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯 示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣） 及64X256點(diǎn)陣顯示 RAM （GDRAM ）。主要技

26、術(shù)參數(shù)和顯示特性：電源：VDD 3.3V+5V（內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓）；顯示內(nèi)容：128歹UX 64行顯示顏色：黃綠顯示角度：6: 00鐘直視LCD 類型：STN與MCU接口 ： 8位或4位并行/ 3位用行配置LED背光多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等邏輯工作電壓（VDD） : 4.55.5V電源地（GND）: 0V工作溫度（Ta）： 060c （常溫）/ -2075c （寬溫）表4-3 12864引腳1VSS模塊的電源地2VDD模塊的電源正端3V0LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸入端4RS(CS)并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào)；串行的片選信號(hào)5R/W(SID)并行的讀寫選擇信號(hào)；串行的數(shù)

27、據(jù)口6E(CLK)并行的使能信號(hào)；串行的同步時(shí)鐘7DB0數(shù)據(jù)08DB1數(shù)據(jù)19DB2數(shù)據(jù)210DB3數(shù)據(jù)311DB4數(shù)據(jù)412DB5數(shù)據(jù)513DB6數(shù)據(jù)614DB7數(shù)據(jù)715PSB并/串行接口選擇：H-并行；L-串行161718NC/RETNC19LED_A20LED_K空腳復(fù)位低電平有效空腳背光源正極（LED+5V背光源負(fù)極（LED-OV8 .電源供給模塊的設(shè)計(jì)電源供給模塊是機(jī)器人系統(tǒng)提供能源的裝置，當(dāng)電池的輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，及負(fù)載電路發(fā)生變化時(shí)，為了保證數(shù)字電路芯片的邏輯電平不受影響，使機(jī)器人能正常的工作，要求電源電壓盡量保持穩(wěn)定，有必要使用穩(wěn)壓芯片。我們選 用的直流電機(jī)使用的是直流12V電源，驅(qū)動(dòng)電路的供電電源為直流 12V電源， 驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)采用的是 5V系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)也采用5V電壓供電。為了 提供CPU使用5伏的電源采用的是7805芯片，同時(shí)在電源的正極與地線之間加 上了去耦電容，它可以作為儲(chǔ)能元件，它吸收或提供該集成電路內(nèi)部三極管導(dǎo)通、 截止引起的電流變化，從而降低系統(tǒng)噪聲。本系統(tǒng)中，為了給數(shù)字部分的電路提供 5V的穩(wěn)定電源，我們選用的是美國 德州儀器公司生產(chǎn)的芯片：UA7805。它的輸入電壓范圍是7-25V;輸出電壓的范 圍是4.8-5.2V。該芯片除了具有良好的穩(wěn)壓功能外，還包含過載保護(hù)電