轮式移动机器人控制电路设计

时间：2025-03-07

轮式移动机器人控制电路设计

闫瑞涛　　史洁

（黑龙江农业经济职业学院　　黑龙江牡丹江　　１５７０４１）

摘　要：介绍了轮式移动机器人实际试验中的主要电路原理以及各主要部件的工作原理，并调试了电机、传感器、数字罗盘等。通过试验，验证了轮式移动机器人规划的可行性，成功实现避障功能，并准确到达目标点。关键词：轮式移动机器人　　控制　　硬件电路设计　　传感器　　数字罗盘

中图分类号：Ｔ

Ｐ

２

４

　　文献标识码：Ａ

　　文章编号：１６７３－０５３４（２００７）０６（ａ）－０００６－０３

本移动机器人以８０３１单片机为控制系统的核心，因为单片机控制的主要优点有：

⑴单片机的功能完善。单片机内部包含了计算机的所有基本功能，运算速度高，实时控制功能特别强，能满足很多应用领域对硬件的功能要求。

⑵单片机的体积小。由于单片机应用系统结构简单，体积小，因此能够满足多种场合的要求。

⑶单片机系统可靠性高。其信息传输线大多数在芯片内部，因此不易受到外界的干扰。

⑷使用方便，性能价格比高。单片机系统扩展方便，应用系统的硬件设计非常简单，各种单片机的开发工具具有很强的调试功能和辅助设计手段，使得单片机的应用极为方便，而且单片机的性能价格比高于一般的微型系统。

图１　　　控制系统硬件框图

图２　　　光电开关的布置图３　　　传感器的固定

１　硬件电路设计

选用了８０３１单片机作为主ＣＰＵ，由于本电路耗电量较大的是电机，电机的功耗无法消除，比较可行的做法是采用功耗较低的芯片，选用８９Ｃ５２单片机。

对电路的基本功能要求如下：

⑴能够给电机提供２个方向信号，２个脉冲信号（控制行走机构）；

⑵能够通过对脉冲的个数对电机进行开环位移控制；

⑶能够方便地对电机进行速度控制；⑷能够与数字罗盘进行通信；⑸能够接收光电开关的信息。

为满足以上要求，需要大量的计数器和脉冲发生器，以及扩展足够数量的Ｉ／Ｏ口，并考虑到与主芯片之间的连接，主要选择了

８１５５

和

８２５３，选择情况如表

１

所示。

　　　　　表１　　主要芯片的选择理由

２　传感器

外界传感器由于其接触与非接触状态取得的消息不同，又可分为非接触传感器与接触传感器。移动机器人在运动空间要探测自身与周围环境物体之间的相对位置，要用到一种接近觉传感器，它是也属于外界传感器，它的使用对机器人在工作过程中适时地进行轨迹规划与防止机器人与外界物体碰撞很有意义的。

接近觉是机器人接近物体所感知的距离物体远近程度的信息，它具有视觉和触觉的中间功能，能敏感对象物和障碍物的位置、姿态、运动等。这种传感器主要有以下三个作用：

⑴在接近对象物前得到必要的信息，以便准备后续动作；

⑵发现前方障碍物时限制行程，避免碰撞；⑶获取对象物表面各点间距离的信息，从而测出对象物表面形状。

接近觉传感器有光电式、电磁式、气压式、电容式和超声波式。

红外式接近觉传感器的基本工作原理：它包括两个组成部分——发送器与接收器。发送器往往为红外发光二极管，而接收器一般为光敏晶体管。发送器向某物发出一束红外光后，该物体发射红外光，并被接收器所接收。通过反射与接收达到判断物体的存在的目的，经过信号处理与解算，又可获得其相对距离，从而确定其位置。红外式接近传感器的明显优点是在于它的发送器与接收器都很小，因此可以方便安装在机器人的各个部位。且它的应答性好，维修方便，是目前应用较多的—种接近觉传感器。一般把它用于移动机器人的路径探测和躲避障碍物。

本机器人的底盘上布置了５个红外线光电开关Ｅ１８－Ｄ３０Ｂ１，其布置如图２所示，其固定见图３所示。

设定传感器感应有效距离为６００ｍｍ，通过

传感器判断障碍物以后，其转弯规则如表

２

所

示。

　　　　　　　　　表

２　　　转弯规则

其中，传感器的信号０表示低电平，前方有障碍物；信号１表示高电平，前方没有障碍物。在路径规划规则中，Ｌｅｆｔ、Ｒｉｇｈｔ分别起始时向左、向右转弯。

３　数字罗盘

３．１　性能简介

ＴＤＣＭ３是一款高性能、低损耗的数字罗盘，一旦主机提出请求，它通过串口连接向主机系统传输数据。ＴＤＣＭ３内有一个高度集成的标定程序用来补偿周围有铁磁介质引起的失真。