摘要:本设计基于单片机及多种传感器，完成了一个自主式移动机器人的制作。单片机作为系统检测和控制的核心，实现对机器人小车的智能　　控制。反射式红外光电传感器检测引导线，使机器人沿轨道自主行走；使用霍尔集成片，通过计车轮转过的圈数完成机器人行走路程测量；接近开关可探测到轨道下埋藏的金属片，发出声光信息进行指示，并能实时显示金属片距起点的位置。
　　关键词：单片机;机器人;传感器

1前言

　　机器人技术是融合了机械、电子、传感器、计算机、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。一些发达国家已把机器人制作比赛作为创新教育的战略性手段。如日本每年都要举行诸如“nhk杯大学生机器人大赛”、“全日本机器人相扑大会”、“机器人足球赛”等各种类型的机器人制作比赛，参加者多为学生，旨在通过大赛全面培养学生的动手能力、创造能力、合作能力和进取精神，同时也普及智能机器人的知识.^[1]

　　开展机器人的制作活动，是培养大学生的创新精神和实践能力的最佳实践活动之一，特别是机电专业学生开展综合知识训练的最佳平台。本文针对具有引导线环境下的路径跟踪这一热点问题，基于单片机控制及传感器原理，通过硬件电路制作和软件编程，制作了一个机器人，实现了机器人的路径跟踪和自动纠偏的功能，并能探测金属，实时显示距离。

2机器人要完成的功能

　　选取一块光滑地板或木板，上面铺设白纸，白纸上画任意黑色线条（线条不要交叉），作为机器人行走的轨迹，引导机器人自主行走。纸下沿黑线轨迹随机埋藏几片薄铁片，铁片厚度为0.5～1.0mm。机器人沿轨迹行走一周，探测出埋藏在纸下铁片，发出声光报警，并显示铁片距离起点的位置。

3 硬件设计方案

机器人总体构成

图1机器人总体构成

如图1所示，以微处理器为核心，接受传感器传来外部信息，进行处理，控制机器人的运行。

系统电源供电部分

　　由于机器人电机，传感器及系统cpu等部分均采用+5v供电，考虑电动车功率和车载质量及摩擦阻力问题，电源我们采用电动车自带干电池组，功耗小、体积小和质量轻，安装较为方便。

电机驱动及pwm调速部分

　　机器人需控制在一个合适的速度行驶，速度太快，因单片机对各传感器传来的信号有一个响应、处理时间，小车极易偏离轨道。小车的速度是由后轮直流电机转速控制，改变直流电机转速通常采用调压、调磁等方式来实现。其中，调压方式原理简单，易与实现。

采用由晶体管组成的h型pwm调制电路。通过图2所示pwm调制电路，用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调状态，实现调速。

图2 电机驱动电路

令单片机p1.7口为低电平，p1.6口为高电平，此时q1、q4导通，q2、q3截止，电动机正常工作。改变p1.6口高电平周期，即改变pwm调制脉冲占空比，可以实现精确调速。脉冲频率对电机转速有影响，脉冲频率高连续性好，但带负载能力差；脉冲频率低则反之^[2]。经实验发现，脉冲频率在30hz以上，电机转动平稳，但小车行驶时，由于摩擦力使电机转速降低很快，甚至停转；脉冲频率在10hz以下，电机转动有跳跃现象，实验证明脉冲频率在25～35hz效果最佳。我们选取脉冲频率为30hz。

引导线检测模块

　　根据白纸和黑线反射系数不同，通过以光电传感器为核心的光电检测电路将路面两种颜色进行区分，转化为不同电平信号，将此电平信号送单片机，由单片机控制转向电机作相应的转向，保证小车沿引导线行驶。考虑到小车与路面的相对位置，采用反射式光电检测电路。

　　红外光电传感器tcrt1000，它是一种光电子扫描，光电二极管发射，三极管接收并输出的装置 .它的特点是尺寸小、使用方便、信号高输出、工作状态受温度影响小。它的外围电路简单，（如图3所示）。二极管的c端和三极管的e端接地，二极管的a端通过一电阻和电源相接，组成偏置电流电路；三极管的c端也通过一电阻和电源相接，组成输出电路。当检测器检测到白色时，其输出低电平；当检测到黑色时，则输出高电平。

　　为提高检测精度，采用了多传感器信息融合技术。设计中，在车头均匀布置三个光电传感器，其中，中间一个（q1）安装在小车正中央。q1的输出经一级比较器和非门，接单片

图3 光电检测转换电路

机的p1.3脚.q1左右两端分别布置一个传感器，经与图3相同的电路