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基于AT89C51微控制器实现具有道路学习记忆的机器

跟着科学技巧的赓续成长,机械人技巧在航天、海洋、军事、修建、交通、工业及办奇迹等领域已经取得广泛的利用和成长。而在一些特殊场合(如航天、深海功课及核工业等领域),以无人探察车、无人排险车及无人运输车等为代表的机械人技巧越来越受到关注。为此,笔者设计了一种具有蹊径影象功能、应用机动方便、利用范围较广的轮式移念头器人模型。

该机械人模型以微节制器MCU为核心,先由人对机械人模型按照所要行走的路线进行练习,即让机械人模型影象该路线(将路线数据存储存储器中)。今后机械人模型就可沿此路线重复行走。其影象路线的要领机动方便,可根据不合的请乞降必要对其进行不合的路线练习以完成不合的义务。

该模型可以利用于一些人类不宜活动或较难节制的场合(如微型核反映堆的金属罐管系统、火场探测、辐射、消防、有毒、易燃、易爆物体场所的探测等),也可作为室内办事机械人应用,以代替身完成家务劳动、厂区货物搬运、病院病历及资料的通报等。

该机械人模型具有以下特点:

●具有蹊径进修影象和蹊径循迹重复功能;

●可模拟舆图仿真练习,输出放大年夜倍数可按必要设定;

●在实际事情时,如碰到障碍物?可采纳蹊径转移法绕过障碍物并沿原进修蹊径继承提高;

●事情时无人节制;

●毫光较暗时会自动打开光源;

●提高间隔可用LCD实时显示;

●运动状态可用唆使灯实时显示;

●具有系统故障报警功能。

1、系统硬件设计

系统硬件设计框图如图1所示,核心节制部分采纳Atmel公司的遍及型8位MCU AT89C51。作为一款今朝广泛利用的MCU,AT89C51供给有电机节制、LCD驱动显示以及传感信息等多种驱动功能和接口,另一方面,该MCU价格低廉,有很高的性价比。外接存储模块采纳容量为256kB的24LC256闪存芯片,当然,也可以根据实际必要选用其它容量的闪存芯片。感光探测选用光敏电阻即可感应外界毫光的强弱。障碍物探测采纳美国邦纳工程有限公司的PicoDot PD系列激光传感器,该传感器能对被测物体进行正确的到位检测、定位和计数。

2、系统设计要点

轮式移念头器人模型的速率及偏向可由两个后轮作为驱动轮来节制,MCU经由过程驱动芯片L293B驱动两个后轮电机。AT89C5可经由过程两个后轮对应的两个计速器来分手节制这两个后轮的转速,从而实现模型的提高和转向功能。

2.1 计速部分

系统计速部分由光电开关及带有平均散播小孔的圆盘组成,其电路及皮带轮连接示意图如图2所示。当光电开关中心有玄色物体盖住时,输出电平为0;无遮挡时,输出电平为1。当平均散播小孔的圆盘边缘在光电开关的槽中迁移转变时,可根据输出的一系列脉冲及圆盘上的孔数谋略出圆盘的转速N。皮带轮1与圆盘粘在一路,因而转速相同;皮带轮2与模型后驱动轮同轴,速率相同;皮带轮1、皮带轮2由皮带相连。假设皮带轮2周长是皮带轮1周长的5倍,则皮带轮2的转速为N/5,即车轮转速为N/5。

2.2 蹊径进修影象

计数芯片选用7级二进制串行计数器CD4024,光电开关的输出波形经施密特触发器整形为标准脉冲波形可使CD4024计数更方便。设每隔T光阴记录到脉冲数M,那么,T光阴内圆盘转速N=M/(LT)(设L为圆盘上的孔数),则车轮的速度为N/5=M/(5LT)。因为T越小,结果越正确,故T取几至几十毫秒。记录的数据经微节制器MCU送至外接闪存24LC256储存起来,供输出应用。

经由过程上述历程可对模型进行蹊径练习,即每隔T光阴将两个后轮速度分手记入闪存。练习停止后,闪存内存储的是两个后轮每隔T光阴一次的速度,这样就可实现对练习蹊径的影象。

2.3 蹊径循迹重复

在对该模型进行输出节制时,先由微节制器MCU从闪存中读取数据,再将每隔T光阴的转速数据经由过程脉冲输出,并经由过程L293B芯片驱动两后轮电机的迁移转变。为包管输出的转速与原记录的转速同等,可用反馈节制的措施在后轮驱动电机迁移转变的同时,由计速器模块同时检测两个后轮的转速,然后分手对照两个后轮的转速是否与原记录转速相同:若小于原记录转速,可调用加速子法度榜样;若大年夜于,则调用减速子法度榜样。

因为计数光阴T较小,再加上反馈节制的感化,就可包管输出的运动轨迹正确靠近于原练习蹊径,偏差很小。实际运行时,可在包管记录和输出精度的条件下把练习的蹊径模拟成与实际蹊径按比例缩小的舆图,即在舆图上对模型进行蹊径练习,按比例倍数放大年夜输出,即可使机械人在实际蹊径上按练习蹊径运动。因为输出放大年夜倍数由法度榜样抉择,因而可按不合的必要设置,机动性很高。

2.4 蹊径转移法绕障

该机械人模型在练习完成后,即可从预设地点开始行走。模型在提高历程中,当传感器探测到前方有障碍物时,可调用绕障碍物法度榜样绕过障碍物并返回到原记录蹊径继承提高。其绕障历程示意图如图3所示,当模型传感器在A点探测到前方有障碍物时,会将障碍物模拟成一边与当时模型偏向垂直的矩形物体(见图中虚线矩形)。然后中断从闪存中读取路线数据,并使模型在A点左转90,接着以匀速v直线提高t1光阴到B点,再在B点右转90,接着从原中断处调用原记录路线数据提高t2光阴到达C点。之后再在C点以偏向 C 1 迁移转变 C1与 C2偏向的夹角θ(θ=90-两车轮提高间隔差/两车轮间距),模型偏向 从 C1迁移转变到 C2 ,然后再以匀速v直线提高t1光阴到D点,此时偏向为 d2偏向,然后再以C1到C2的相反偏向从 d2转θ角到 d1偏向,即 d1 // C1。实际上,在没有障碍物的环境下,模型依所记录路线应沿AD段提高,到达D点偏向为 d1偏向。由图可见,BC段的运动环境完全等同于AD段的运动环境,也便是说,在碰到障碍物时,机械人会将AD段转移到实际的BC段运动以绕开障碍物,同时维持它应有的运动状态并返回原记录路线。此中t1、t2的拔取与虚线矩形的大年夜小(代表障碍物的大年夜小)有关,它可由传感器探测到的障碍物大年夜小来确定。

2.5 附加功能

利用时也可根据特殊必要,在模型上安装摄像机以实时察看或安装自动摄影的数码像机来记录事情区域周围的环境。当模型探测到周围情况的毫光对照暗时,还可由微节制器MCU打开光源,以便为像机供给照明。

此外,模型上还设计了事情唆使灯来实时唆使模型的事情状态,不合唆使灯分手唆使其正常、左转、右转及掉足状态,以方便应用者及时懂得模型的事情环境。外接LCD可实时显示模型的提高间隔,每个车轮提高的间隔=记录的车轮的转数车轮的周长,再取两个车轮提高间隔的匀称值作为模型的提高间隔,这样可方便应用者及时懂得模型的进程。

若模型在事情历程中发生故障(如不能提高、掉控等),也可经由过程警铃和警灯提醒用户及时检修。

3、系统软件设计

图4、图5分手为机械人模型蹊径进修影象、循迹重复的软件流程。本法度榜样中,蹊径进修影象时的记录光阴距离T取30ms,输出节制时,在每一个记录周期内对照6次(每5ms计一次数,再乘以6与原记录数相对照,以判断应加速照样减速),以使输出更正确于原记录数据。图6为绕障碍物法度榜样流程图,此中模型偏向转过必然角度可由一轮静止、另一轮运动时的两轮间距迁移转变角弧度的间隔来实现。

4、停止语

该机械人模型比拟无线遥控操作机械人的上风在于,可事情在电磁波樊篱的场合;而比拟有线遥控操作机械人来说,其优点是事情历程中无需人实时节制,可自立完成活动,并具有活动精度高、效率高的特征;比拟固定轨道机械人,该模型能够开脱固定轨道的限定,其活动路线机动易变,适应范围更广

责任编辑:gt

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