O 引言

自從1920年捷克斯洛伐克作家卡雷爾,，恰佩克的《羅薩姆的機器人萬能公司》問世,，人們便對機器人充滿了幻想與期待。隨著社會的不斷發(fā)展,，各行各業(yè)的分工越來越明細,，機器人也能在其中扮演重要的角色來替代人們的勞動。與此同時,，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，探險、救災(zāi),、排爆等危險場合工作的機器人,，以及自動化生產(chǎn)中機器人的應(yīng)用也日益廣泛。因此,，智能救援機器人的研制已成為急需和必要,，文章就智能救援機器人的設(shè)計進行了探討。

1 智能救援機器人的硬件設(shè)計

該智能救援機器人主要由電源模塊,、檢測感應(yīng)模塊(實現(xiàn)巡線,、避障,、撿放硬幣、測距功能),、聲光報警模塊,、控制器模塊、電機驅(qū)動模塊,、顯示模塊六部分組成,，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 電源電路

智能救援機器人全部能量來源于位于機器人底部的六節(jié)五號電池,，經(jīng)過傳統(tǒng)的7805穩(wěn)壓電路給其單片機及外圍傳感器供電,，其電路如圖2所示。部分傳感器采用5V低電壓供電可以避免機器人過早檢測障礙物而停止前進,。

1.2 檢測感應(yīng)模塊

1.2.1 巡線電路

巡線模塊我們采用紅外對管。紅外對管由LED和光電三極管組成,，光電三極管根據(jù)從地面反射回來的LED的光的強度而改變積極基極電流,。在光電三極管基極接一上拉電阻，則可根據(jù)基極電壓的測量判斷反射光的強弱,，強光說明探測器下方是白色,，弱光說明下方光較弱，大部分光被黑線吸收,。對于輸出的模擬信號,，我們將其引入五個電壓比較器LM339進行處理。電壓比較器LM339的一輸入端接紅外對管,，另一端接滑動變阻器,，通過對滑動變阻器的調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)對紅外對管對黑線的靈敏度。比較器LM339的另一端接上拉電阻后進入單片機進行探測,。

1.2.2 避障電路

避障部分采用光電開關(guān),，將其安放在機器人需要測量的各個方向。為減少它的測量距離保證機器人的正常運行,，我們采用的是低電壓5V供電,，供電電壓雖略顯不足，但能保證它的正常短距離探測,。光電開關(guān)的信號線的高低電平可反映前方障礙物的有無,，障礙物檢測電路如圖3所示。

1.2.3 超聲波測距電路

由于超聲波執(zhí)行性強,、能量消耗慢,、在介質(zhì)中傳播距離較遠的特點。我們采用DIP-ME007超聲波測距模塊完成高度的測量功能,，其電路板如圖4所示,。DIP-ME007超聲波測距模塊能比較迅速,、方便地測出橋底部距測距模塊之間的距離，此模塊共有五個引腳VCC,、tring,、echo、out,、GND,。DIP-ME007超聲波測距模塊輸出為pwm方式，VCC,、GND接好后向tring發(fā)一個10 s以上的高電平,，就可以在接收口echo等待高電平輸出。單片機采用跳變沿觸發(fā),，觸發(fā)后即開始計時,。當(dāng)電平變低后即開始讀定時器，此時的值即為此次測距所用的時間,。根據(jù)S=Ct/2即可得出所測得的距離,。如此周期性測量即可實現(xiàn)移動測距。單片機內(nèi)部自動將測得數(shù)據(jù)保存并與上一次測距結(jié)果比較,，保留最大值,，當(dāng)連續(xù)五次未測得大于前一次的數(shù)據(jù)時停止檢測并記錄最大值。當(dāng)再次檢測到黑線即已成功過橋,，是時單片機控制顯示模塊將測得的最大值在液晶屏上顯示出來,。

1.3 控制器電路

由于主控制器的任務(wù)較多，電路要求引腳較多,，且顯示器的控制程序較為復(fù)雜,，我們單獨配備了一個同樣的單片機作為主控制器的輔助部分，通過它來分擔(dān)主控制器的工作,，來完成顯示部分的工作,。其中主控制器與其它模塊的連接如圖5所示。

1.4 聲光報警電路

聲光報警模塊主要應(yīng)用于搜救報警電路中,，同時為進一步擴展應(yīng)用,，我們在控制其開關(guān)的同時引入另一條信號線實現(xiàn)了對聲音的控制。在搜救過程和平安到達安置區(qū)時經(jīng)采用不同頻率和音色的聲音給出表示,。尋找硬幣我們采用金屬探測傳感器,，當(dāng)發(fā)現(xiàn)金屬時，其信號線上電平從低電平變?yōu)楦唠娖?，觸發(fā)單片機中斷,，在單片機的控制下機器人停止運動，啟動音樂發(fā)生模塊并點亮LED進行聲光報警,，具體實現(xiàn)電路如圖6所示,。

1.5 電機驅(qū)動電路

單片機通過傳感器的反饋信號控制電機正轉(zhuǎn),、反轉(zhuǎn)或者停止，來實現(xiàn)控制機器人完成各種動作,。L298N是專用電機驅(qū)動芯片,，他可以實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)、剎車,、pwm調(diào)速等多種功能,，是對機器人電機進行控制的比較理想的芯片，因此我們采用L298N芯片對兩個普通電機進行控制,。通過編程完全可以控制實現(xiàn)題目的基本要求和發(fā)揮部分,，也可增加各種創(chuàng)新功能。L298N芯片信號電源與驅(qū)動電源的分開,，可以根據(jù)需要對電機的電壓進行調(diào)節(jié),，其驅(qū)動電路如圖7所示。

1.6 顯示電路

采用MSl602C-1型LCD顯示相應(yīng)的信息,。此顯示器模塊的工作電壓為5V左右,，支持顯示2行字符，每行可顯示16個字符,，每個字符由5×7點陣顯示?？梢酝ㄟ^編程實現(xiàn)多種顯示,，顯示信息比數(shù)碼管更多，顯示效果更好,。

由于主控制器的單片機任務(wù)較多,，電路接線較復(fù)雜，我們采用單獨的單片機控制顯示模塊,。

2 智能救援機器人的軟件設(shè)計

本智能救援機器人的軟件控制部分采用C語言編程,，借助C語言的強大功能來實現(xiàn)單片機AT89S52的控制功能。主程序流程圖如圖8所示,。

3 結(jié)論

以AT89S52單片機為核心部件,，利用紅外傳感檢測、電機控制等技術(shù),，通過各種方案的討論及嘗試,，再經(jīng)過多次的整體軟硬件結(jié)合調(diào)試，不斷地對系統(tǒng)進行優(yōu)化,，最后智能救援機器人可以實現(xiàn);避開障礙物,，并尋找到合適的路徑;順利通過受損的橋梁，并能較準確地測出橋梁的高度;自動識別路線狀況,，并根據(jù)實時狀況快速做出判斷,，準確控制機器人的轉(zhuǎn)向;自動顯示所要求的信息;自動尋線前進,，能智能檢測、撿起,、放下硬幣;聲光報警,，并有彩燈閃爍;行駛到規(guī)定的地點自動停止并顯示救援結(jié)束。

在設(shè)計過程中,，力求硬件電路簡單,，外形美觀，充分發(fā)揮軟件設(shè)計的優(yōu)勢來滿足系統(tǒng)的要求,。