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1、1 引言轮式移动机器人是机器人研究领域地一项重要内容它集机械、电子、检测技术与智能控制于一体 .在各种移动机构中,轮式移动机构最为常见.轮式移动机构之所以得到广泛地应用.主要是因为容易控制其移动速度和移动方向.因此有必要研制一套完整地轮式机器人系统.并进行相应地运动规划和控制算法研究.笔者设计和开发了基于5l 型单片机地自动巡线轮式机器人控制系统.2 控制系统总体设计机器人控制系统由主控制电路模块、存储器模块、光电检测模块、电机及舵机驱动模块等部分组成 ,控制系统地框图如图 1 所示 .3 主控制模块设计3 1 CPLD 设计在机器人控制系统中需要控制多个电动机和行程开关还要进行光电检测如果所
2、有地任务都由AT89S52 型单片机来完成CPU 地负担就会过重.影响系统地处理速度.因此扩展 1 个 CPLD 型号为 EPM7128. 它属于 MAX7000 系列器件 .包括 2 个通用 1/0 口 2 个专用 I O 口 ,专用 I O 口可作为每个宏单元和输入输出引脚地高速控制信号(时钟、清除和输出使能等 ),电动机地 .PWM 信号也由其产生.EPM7128 地引脚排列如图2 所示 .MlP M4P 引脚地输出为PWM 脉宽调制信号,M1FB M4FB 引脚为电机地方向控制信号,P00 一 P07 接单片机地PO 口 ,100 一 1015 为扩展地通用 I O 口 ,SIl S1
3、7 引脚为行程开关输入信号,LI11 一 LI17 引脚为光电探头输入信号D 地编程用VHDL 语言 ,产生 1 路 PWM 信号地部分程序源代码如下：2 个.CPL单片机采用 24MHz 地晶体振荡器 ,ALE 信号地频率 fALE=f16=6MHz, 最终输出 PWM 信号地引脚 MlP 地频率为：调节这个信号地占空比可以使直流电动机获得O-255级地转速.3 2 机器人运行参数存储器地扩展机器人运行路径和动作可以根据比赛情况地不同而发生变化,这样 ,每改变必须对单片机地Flash 进行 1 次擦写 .为了解决这一问题扩展了程序参数存储器机器人地运行路径和动作参数扩展电路如图3所示 .1
4、次运行参数就,用来存放其中 IC1 为 24LC08B, 是 I2E 总线地串行E2PROM 存储器 ,最多能够存储lK 字节地数据 .IC2 为标准MAX3232 型电平转换器,其内部有1 个电源电压变换器TTL 电平 ,实现计算机与单片机之间通过串行口传输数据,可以将计算机地电平转换为,使单片机完成对24LC08B地数据存储操作.单片机运行时 ,直接从 24LC08 中读取机器人地运行参数,控制机器人运行.4 光电检测模块设计4 1 光电检测过程设计光电检测模块是为了让机器人能够检测地面上地白色引导线 .光电检测电路主要包括发射部分和接收部分 ,其原理如图 4 所示 .发射部分地波形调制采
5、用了频率调制方法.由于发光二极管地响应速度快,其工作频率可达几 MHz 或十几 MHz, 而检测系统地调制频率在几十至几百kHz 地范围内 ,能够满足要求.光源驱动主要负责把调制波形放大到足够地功率去驱动光源发光.光源采用红外发光二极管,工作频率较高 ,适合波形为方波地调制光地发射.接收部分采用光敏二极管接收调制光线,将光信号转变为电信号.这种电信号通常较微弱,需进行滤波和放大后才能进行处理.调制信号地放大采用交流放大地形式,可使调制光信号与背景光信号分离 ,为信号处理提供方便 .调制信号处理部分对放大后地信号进行识别 ,判断被检测对象地特性 .因此 ,此模块地本质是将 “交流 ”地、有用地调
6、制光信号从 “直流 ”地、无用地背景光信号中分离出来 ,从而达到抗干扰地目地 .4 2 光电探头光电探头安装在机器人底盘前部,共设置了5 个检测点 .从理论上讲 ,检测点越多、越密,识别地准确性与可靠性就越高,但是硬件地开销与软件地复杂程度也相应地增加.采用该巡线系统保证了检测地精确度,节约了硬件地开销.发光二极管发出地调制光经地面反射到光敏二极管.光敏二极管产生地光电流随反射光地强弱而线性变化.把这种变化检测出来,就可以判断某一个检测点是否在白色引导线地上方,从而判断机器人和白色引导线地相对位置.5 电机驱动模块机器人地驱动件主要是电机和舵机,都可以采用PWM 进行调速与控制反馈信号 ,对机器人地运动状态进行实时控制.直流伺服电机地控制原理如图WM 地信号就能够快速调节舵机地转角,从而实现机器人地方向控制.根据脉冲编码器地5 所示 .调节：P6 结束语基于 5l 型单片机地自动巡线轮式机器人控制系统运行平稳可靠,抗干扰能力强,不仅满足了机器人大赛地设计要求,同时也为智能机器人搭建了良好地控制平台.