1 设计思想与总体方案

1.1 简易智能机器人的设计思想

       本机器人能在任意区域内沿引导线行走，自动绕障，在有光源引导的条件下能沿光源行走。同时，能检测埋在地下的金属片，发出声光指示信息，并能实时存储、显示检测到的断点数目以及各断点至起跑线间的距离，最后能停在指定地点，显示出整个运行过程的时间。

1.2 总体设计方案和框图

       本设计以AT89C5l单片机作为检测和控制核心。采用红外光电传感器检测路面黑线及障碍物，使用金属传感器检测路面下金属铁片，应用光电码盘测距，用光敏电阻检测、判断车库位置，利用PWM(脉宽调制)技术动态控制电动机的转动方向和转速。通过软件编程实现机器人行进、绕障、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示。通过对电路的优化组合，可以最大限度地利用51单片机的全部资源。

       P0口用于数码管显示，P1口用于电动机的PWM驱动控制，P2，P3口用于传感器的数据采集与中断控制。这样做的优点是：充分利用了单片机的内部资源，降低了总体设计的成本。该方案总体方案见图1。

2 系统的硬件组成及设计原理

       此系统的硬件部分由单片机单元、传感器单元、电源单元、声光报警单元、键盘输入单元、电机控制单元和显示单元组成，如图2所示。

2．1 单片机单元

       本系统采用AT89C51单片机作为中央处理器。其主要任务是扫描键盘输入的信号启动机器人，在机器人行走过程中不断读取传感器采集到的数据，将得到的数据进行处理后，根据不同的情况产生占空比不同的PWM脉冲来控制电机，同时将相关数据送显示单元动态显示，产生声光报警信号。其中，P0用于数码管动态显示，P1．0一P1．5控制2个电机，P1．6、P1．7为独立式键盘接口，P2接传感器，P3．2接计里程的光电码盘，P3．7接声光报警单元，P3．4、P3．5、P3．6接用于显示断点数目的发光二极管。

2．2 电机控制单元

       本机器人采用了双电机双轮驱动的小车作为其底座。2个电机分别独立控制其左右两边的车轮，*两边电机的转速的不同来实现转弯功能，还可让其原地转弯，便于控制。而传统的小车是*动力电机和转向电机驱动，转弯角度难以控制，不便于使用。

       电机控制电路采用大功率对管BDl39、BDl40组成的H型驱动电路，通过单片机产生占空比不同的PWM脉冲，精确调整电机的转速。这种电路由于工作在晶体管饱和或截止状态，避免了在线性放大区工作时晶体管的管耗，可以最大限度地提高效率；H型电路保证了可以简单地实现电机转速和方向的控制；电子开关的速度和稳定性也完全可满足需要，整套驱动电路是一种被广泛采用的电机驱动技术。电路见图3。

2．3 传感器单元

       整个机器人共采用了9个传感器，分布在整个机器人的不同部位，相互配合起不同的作用，见图4。

图4中各传感器说明如下：

        传感器1置于机器人正前方朝下的金属探测传感器，用于探测金属。

        传感器2置于机器人正前方朝前的超声波传感器，用于检测障碍物。超声波来源于555产生40 kHz的方波信号，经超声波发射头发出。发射头不断发出信号，当遇到障碍物时，信号会被反射回来，从而接收头会接受到信号，将信号送入单片机进行相应的判断和处理。

        传感器3置于机器人正前方朝下的红外光电传感器，用于检测停止线。红外发射管发出信号，经不同的反射介质反射，根据红外接收管是否接收到信号做出相应的判断。

        传感器4、5置于机器人底座下方朝下的红外光电传感器，用于检测地面的引导线，原理同传感器3。

       传感器6、7置于机器人正前方朝前的光敏电阻传感器，用于寻找光源。当机器人前方有光源照射时，光敏电阻的大小将会改变，将2个传感器的改变量进行比较处理后送入单片机，单片机将会产生相应的调整信号，使机器人朝光强的方向行走。