1 前言

　　機器人技術是融合了機械、電子
、傳感器、計算機、人ren工gong智zhi能neng等deng許xu多duo學xue科ke的de知zhi識shi
，涉she及ji到dao當dang今jin許xu多duo前qian沿yan領ling域yu的de技ji術shu。一yi些xie發fa達da國guo家jia已yi把ba機ji器qi人ren製zhi作zuo比bi賽sai作zuo為wei創chuang新xin教jiao育yu的de戰zhan略lve性xing手shou段duan。如ru日ri本ben每mei年nian都dou要yao舉ju行xing諸zhu如ru“NHK杯大學生機器人大賽”
、“全日本機器人相撲大會”、“機器人足球賽”等各種類型的機器人製作比賽，參加者多為學生，旨在通過大賽全麵培養學生的動手能力
、創造能力、合作能力和進取精神，同時也普及智能機器人的知識.[1]

　　開kai展zhan機ji器qi人ren的de製zhi作zuo活huo動dong，是shi培pei養yang大da學xue生sheng的de創chuang新xin精jing神shen和he實shi踐jian能neng力li的de最zui佳jia實shi踐jian活huo動dong之zhi一yi

，特te別bie是shi機ji電dian專zhuan業ye學xue生sheng開kai展zhan綜zong合he知zhi識shi訓xun練lian的de最zui佳jia平ping台tai。本ben文wen針zhen對dui具ju有you引yin導dao線xian環huan境jing下xia的de路lu徑jing跟gen蹤zong這zhe一yi熱re點dian問wen題ti，基ji於yu單dan片pian機ji控kong製zhi及ji傳chuan感gan器qi原yuan理li，通tong過guo硬ying件jian電dian路lu製zhi作zuo和he軟ruan件jian編bian程cheng
，製zhi作zuo了le一yi個ge機ji器qi人ren，實shi現xian了le機ji器qi人ren的de路lu徑jing跟gen蹤zong和he自zi動dong糾jiu偏pian的de功gong能neng
，並bing能neng探tan測ce金jin屬shu，實shi時shi顯xian示shi距ju離li。

　　2 機器人要完成的功能

　　選取一塊光滑地板或木板，上麵鋪設白紙，白紙上畫任意黑色線條(線條不要交叉)
，作為機器人行走的軌跡，引導機器人自主行走。紙下沿黑線軌跡隨機埋藏幾片薄鐵片，鐵片厚度為0.5～1.0mm。機器人沿軌跡行走一周，探測出埋藏在紙下鐵片，發出聲光報警，並顯示鐵片距離起點的位置。

　　3 硬件設計方案

　　機器人總體構成

圖1機器人總體構成

　　如圖1所示，以微處理器為核心，接受傳感器傳來外部信息，進行處理，控製機器人的運行。

　　係統電源供電部分

　　由於機器人電機，傳感器及係統CPU等部分均采用+5V供電，考慮電動車功率和車載質量及摩擦阻力問題
，電源我們采用電動車自帶幹電池組，功耗小、體積小和質量輕
，安裝較為方便。

　　電機驅動及PWM調速部分

　　機器人需控製在一個合適的速度行駛
，速度太快，因單片機對各傳感器傳來的信號有一個響應、處理時間，小車極易偏離軌道。小車的速度是由後輪直流電機轉速控製
，改變直流電機轉速通常采用調壓、調磁等方式來實現。其中，調壓方式原理簡單，易與實現。

　　采用由晶體管組成的H型PWM調製電路。通過圖2所示PWM調製電路，用單片機控製晶體管使之工作在占空比可調狀態，實現調速。

圖2 電機驅動電路

　　令單片機P1.7口為低電平，P1.6口為高電平
，此時Q1
、Q4導通，Q2
、Q3截止，電動機正常工作。改變P1.6口高電平周期，即改變PWM調製脈衝占空比，可以實現精確調速。脈衝頻率對電機轉速有影響

，脈衝頻率高連續性好，但帶負載能力差;脈衝頻率低則反之[2]。經實驗發現，脈衝頻率在30Hz以上，電機轉動平穩
，但小車行駛時，由於摩擦力使電機轉速降低很快，甚至停轉;脈衝頻率在10Hz以下，電機轉動有跳躍現象，實驗證明脈衝頻率在25～35Hz效果最佳。我們選取脈衝頻率為30Hz。

　　引導線檢測模塊

　　genjubaizhiheheixianfanshexishubutong，tongguoyiguangdianchuanganqiweihexindeguangdianjiancedianlujianglumianliangzhongyansejinxingqufen，zhuanhuaweibutongdianpingxinhao
，jiangcidianpingxinhaosongdanpianji

，youdanpianjikongzhizhuanxiangdianjizuoxiangyingdezhuanxiang

，baozhengxiaocheyanyindaoxianxingshi。kaolvdaoxiaocheyulumiandexiangduiweizhi，caiyongfansheshiguangdianjiancedianlu。

　　紅外光電傳感器TCRT1000，它是一種光電子掃描，光電二極管發射，三極管接收並輸出的裝置 .它的特點是尺寸小、使用方便、信號高輸出、工作狀態受溫度影響小。它的外圍電路簡單，(如圖3所示)。二極管的C端和三極管的E端接地，二極管的A端通過一電阻和電源相接
，組成偏置電流電路;三極管的C端也通過一電阻和電源相接，組成輸出電路。當檢測器檢測到白色時，其輸出低電平;當檢測到黑色時，則輸出高電平。

　　為提高檢測精度，采用了多傳感器信息融合技術。設計中

，在車頭均勻布置三個光電傳感器
，其中
，中間一個(Q1)安裝在小車正中央。Q1的輸出經一級比較器和非門
，接單片

圖3 光電檢測轉換電路

　　機的P1.3腳.Q1左右兩端分別布置一個傳感器，經與圖3相同的電路後也連接到單片機P1口。若兩側某一傳感器檢測到黑線
，表明小車正脫離軌道，將3個檢測點的結果融合後作為單片機的輸入，機器人按照單片機P1口信息進行判斷調整，實現路徑跟蹤和自動糾偏[3]。

　　金屬探測部分

圖4 金屬探測電路

　　如圖4所示，金屬探測器使用一接近開關
，探測有效距離約為4mm，將(jiang)它(ta)固(gu)定(ding)在(zai)機(ji)器(qi)人(ren)上(shang)
，當(dang)探(tan)測(ce)到(dao)金(jin)屬(shu)片(pian)時(shi)，探(tan)測(ce)器(qi)輸(shu)出(chu)端(duan)輸(shu)出(chu)低(di)電(dian)平(ping)，經(jing)反(fan)向(xiang)器(qi)後(hou)接(jie)一(yi)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)和(he)一(yi)蜂(feng)鳴(ming)器(qi)，發(fa)出(chu)聲(sheng)光(guang)指(zhi)示(shi)信(xin)號(hao)。同(tong)時(shi)輸(shu)出(chu)反(fan)向(xiang)後(hou)接(jie)單(dan)片(pian)機(ji)
，對(dui)探(tan)測(ce)到(dao)的(de)金(jin)屬(shu)片(pian)個(ge)數(shu)進(jin)行(xing)計(ji)數(shu)。

　　霍爾元件測距設計

　　霍爾集成片內部由三片霍爾金屬板組成，當磁鐵正對金屬板時，根據霍爾效應，金屬板發生橫向導通[4]，因yin此ci可ke以yi在zai車che輪lun上shang安an裝zhuang磁ci片pian，而er將jiang霍huo爾er集ji成cheng片pian安an裝zhuang在zai固gu定ding軸zhou上shang，通tong過guo對dui脈mai衝chong計ji數shu進jin行xing距ju離li測ce量liang。小xiao車che後hou輪lun每mei轉zhuan一yi圈quan
，霍huo爾er元yuan件jian產chan生sheng的de脈mai衝chong送song入ru單dan片pian機ji的deT0口進行計數
，單片機完成脈衝數到距離的轉換。在後輪安裝一個磁極
，測量誤差是一個車輪的周長，可在軟件中給予補償。

　　LCD顯示

　　液晶顯示器以其微功耗
、體積小
、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優點，在袖珍式儀表和低功耗應用係統中得到越來越廣泛的應用。 這裏采用2行16個字的DM-162液晶模塊，通過與單片機連接
，編程

，完成顯示功能。

　　4 係統軟件流程

　　係統軟件流程如圖5所示。

圖5 係統軟件流程圖

　　5 結論

　　本ben文wen基ji於yu單dan片pian機ji及ji傳chuan感gan器qi原yuan理li，以yi單dan片pian機ji為wei控kong製zhi器qi的de核he心xin，小xiao型xing直zhi流liu電dian機ji作zuo為wei驅qu動dong元yuan件jian，配pei置zhi不bu同tong類lei型xing的de傳chuan感gan器qi，通tong過guo軟ruan件jian編bian程cheng，製zhi作zuo出chu了le一yi個ge價jia格ge低di廉lian、模塊化結構的小型機器人。大量的行走實驗證明，該機器人能夠順利路徑跟蹤和自動糾偏自主行走，並完成探測
、顯示等功能。

　　本文作者創新點：benwenzhenduijuyouyindaoxianhuanjingxiadelujinggenzongzheyiredianwenti，caiyongduochuanganqixinxironghejishu，tongguodanpianjikongzhi
，shixianlejiqirendelujinggenzonghezidongjiupiandegongneng，fangfajiandan

，yiyushixian，zaojiadilian

，xiaoguojiaohao。

　　參考文獻

　　[1]韓建海，趙書尚
，張國躍等。基於 PIC 單片機的六足機器人製作。機器人技術與應用，2003,06

　　[2] 薑長漲，於萬元
，王冬蕾。基於AVR單片機的直流電動機的PWM調速係統設計。儀器儀表用戶，2006,02

　　[3] 薛豔茹
，鄭冰， 郝興貞
，等。基於模糊控製信息融合方法的機器人導航係統。微計算機信息
，2005年第11-2期

　　[4] 張壽安。霍爾效應在位置控製中的應用。長沙鐵道學院學報(社會科學版)
，2005,02