六足爬行机器人设计(3)

文华学院毕业设计

2.5 硬件结构介绍

2.5.1电源电路

智能救援机器人全部能量来源于位于机器人底部的电池，经过传统的78L05稳压电路给其单

片机及外围传感器供电，其电路如上图所示。部分传感器采用5V低电压供电可以避免机器人

过早检测障碍物而停止前进如图17。

图17电源电路

2.5.2寻线电路

巡线模块我们采用红外对管。红外对管由LED和光电三极管组成，光电三极管根据从地面反

射回来的LED的光的强度而改变积极基极电流。在光电三极管基极接一上拉电阻，则可根据

基极电压的测量判断反射光的强弱，强光说明探测器下方是白色，弱光说明下方光较弱， 大部分光被黑线吸收。对于输出的模拟信号，我们将其引入五个电压比较器LM339进行处理 。电压比较器LM339的一输入端接红外对管，另一端接滑动变阻器，通过对滑动变阻器的调 节可以实现对红外对管对黑线的灵敏度。比较器LM339的另一端接上拉电阻后进入单片机进 行探测。

2 5.3避障电路

避障部分采用光电开关，将其安放在机器人需要测量的各个方向。为减少它的测量距离保证

机器人的正常运行，我们采用的是低电压5V供电，供电电压虽略显不足，但能保证它的正常 短距离探测。光电开关的信号线的高低电平可反映前方障碍物的有无，障碍物检测电路如图 18所示。

图18避障电路

2.5.4激光测距电路

由于激光执行性强、能量消耗慢、在介质中传播距离较远的特点，我们采用BJFT- FTM-200，如图19所示。BJFT-FTM-200测距模块能比较迅速、方便地测出模块之间 的距离，单片机采用跳变沿触发，触发后即开始计时[8]。当电平变低后即开始读定 时器，此时的值即为此次测距所用的时间。根据S＝Ct／2即可得出所测得的距离 。如此周期性测量即可实现移动测距。单片机内部自动将测得数据保存并与上一次测 距结果比较，保留最大值，当连续五次未测得大于前一次的数据时停止检测并记录最 大值，是时单片机控制显示模块将测得的最大值在液晶屏上显示出来。

图19激光测距传感器

2.5.5控制器电路

由于主控制器的任务较多，电路要求引脚较多，且显示器的控制程序较为复杂， 我们单独配备了一个同样的单片机作为主控制器的辅助部分，通过它来分担主控 制器的工作，来完成显示部分的工作。其中主控制器与其它模块的连接，如图20。

图20控制器电路

2.5.6声光报警电路

声光报警模块主要应用于搜救报警电路中，同时为进一步扩展应用，我们在控制其开

关的同时引入另一条信号线实现了对声音的控制。在搜救过程和平安到达安置区时经 采用不同频率和音色的声音给出表示。寻找人时我们采用热感应技术，当发现人时， 其信号线上电平从低电平变为高电平，触发单片机中断，在单片机的控制下机器人停止

运动，启动音乐发生模块并点亮LED进行声光报警，具体实现

电路，如图21。

图21声光报警电路

2.5.7电机驱动电路

单片机通过传感器的反馈信号控制电机正转、反转或者停止，来实现控制机器人完成各 种动作[9]。L298N是专用电机驱动芯片，他可以实现电机的正反转、刹车、pwm调速等多 种功能，是对机器人电机进行控制的比较理想的芯片，因此我们采用L298N芯片对两个普 通电机进行控制[10]。通过编程完全可以控制实现题目的基本要求和发挥部分，也可增加各 种创新功能。L298N芯片信号电源与驱动电源的分开，可以根据需要对电机的电压进行调节。

2.5.8显示电路

采用MS1602C-1型LCD显示相应的信息。此显示器模块的工作电压为5V左右，支持显示2行字

符，每行可显示16个字符，每个字符由5×7点阵显示。可以通过编程实现多种显示，显示 信息比数码管更多，显示效果更好[11]。由于主控制器的单片机任务较多，电路接线较复杂 ，我们采用单独的单片机控制显示模块。

南昌航空大学学士学位论文

2.6 单片机芯片介绍

AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高效能 CMOS 8 位单片机，片内含有

4k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、

非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚[7]。它集 Flash 程序存储器

既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片机芯片中，

ATMEL 公司的功能强大，低价位 AT89S51 单片机可以提供许多高性价比的应用场合，

可灵活应用于各种控制领域。

AT89S51 的主要性能参数如下：

? 与 MCS—51 产品指令系统完全兼容

? 4K 字节在系统编程（ISP）Flash 闪速存储器

? 1000 次檫写周期

? 4.0—5.5V 的工作电压范围

? 全静态工作模式：0Hz—33MHz

? 三级程序加密锁

? 128×8 字节内部 RAM

? 32 个可编程 I/O 口

? 2 个 16 位定时/计数器

? 6 个中断源

? 全双工串行 UART 通道

? 低功耗空闲喝掉电模式

? 中断可从空闲模式唤醒系统

? 看门狗（WDT）及双数据指针

? 掉电标识和快速编程特性 图 2.10 AT89S51 单片机

? 灵活的在系统编程(ISP—字节或页写模式)

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