Diseño e investigación de un sistema de control de robot inteligente basado en un microordenador de un solo chip
Instituto de Gestión de la Industria de la Aviación de Zhengzhou) Chen Zi
Chen Yu
Basado en las características de conversión fotoeléctrica de los sensores infrarrojos, el microcontrolador AT89C51 se utiliza como unidad de control central para procesar las señales de detección para completar el control del robot inteligente.
Diseño del sistema. Este artículo presenta en detalle la estructura del sistema y los métodos de diseño de software y hardware. El sistema de control del robot se diseñó basándose en tecnología infrarroja y tecnología de microcontrolador, y se implementó cada paso.
Conducción, seguimiento, evitación de obstáculos, estimulación, voz, control por voz, pantalla LCD, detección de suelo y otras funciones. El sistema cumple con requisitos más altos en términos de inteligencia, precisión y rendimiento en tiempo real.
Tiene buenas perspectivas de aplicación.
Palabras clave: microcontrolador; tecnología infrarroja; sistema de control inteligente
Número de clasificación de la Biblioteca de China: TP216 Código de identificación del documento: b.
Utilizando las características fotoeléctricas de los sensores infrarrojos piroeléctricos. La señal de detección es procesada por el chip
AT89C5 1. Su estructura y métodos de diseño de software y hardware se presentan en detalle. El logotipo del sistema de control
Un robot inteligente basado en tecnología infrarroja y tecnología de microcomputadora de un solo chip. El robot realiza conversaciones, seguimiento, evitación de obstáculos, ajuste de ritmo, voz, control de ruido, pantalla LCD, detección de conexión a tierra, etc. El sistema ha cumplido requisitos más elevados, como inteligencia, precisión y rendimiento en tiempo real, y tiene amplias perspectivas de aplicación.
Palabras clave: microcontrolador, tecnología infrarroja, robot. , Sistema de control inteligente
Introducción
La tecnología de microcomputadora de un solo chip es uno de los núcleos de la tecnología de control automático. Es ampliamente utilizado
en control industrial, instrumentos inteligentes, productos mecánicos y eléctricos, electrodomésticos y otros campos. Uso de la microelectrónica
Con el rápido desarrollo de la subtecnología, las funciones de los microcontroladores son cada vez más poderosas. Este diseño se basa en una microcomputadora de un solo chip
Utiliza tecnología de microcomputadora de un solo chip y tecnología infrarroja para completar el diseño de un sistema de control de robot inteligente. Máquinas inteligentes
Es destacable que la investigación humana desempeñe un papel muy destacado en el campo actual de la investigación en robótica.
¿Cuáles son sus características como percepción ambiental, toma de decisiones, interacción persona-computadora y otras funciones? . Esta revista
El sistema robótico implementa principalmente funciones como caminar, seguimiento, evitación de obstáculos, estimulación, voz,
control por voz, pantalla LCD y detección del suelo. cuando las condiciones externas cambian.
Cuando llegue el momento, el robot tomará diferentes medidas para mostrarlo bien.
Capacidad de pensamiento.
Corrección de paso
Módulo de voz
Detección de infrarrojos
Detección de suelo
Control MCU
MCU1
Control MCU
MCU2
Circuito de accionamiento
Conversión fotoeléctrica
Módulo táctil
p>Componentes de la pantalla
Figura 1 Diagrama de estructura del sistema de control del robot
1 Introducción a los robots inteligentes
1.1 Diagrama de bloques del sistema
Inteligente El sistema de control del robot utiliza dos chips AT89C5 1121, uno de los cuales es un solo chip.
MCU1 se utiliza para controlar todo el sistema y MCU2 se utiliza para conducir.
Chen Yu: Maestro conferenciante.
La pantalla LCD LCM1602 funciona con normalidad. Se comunican entre sí a través de puertos de E/S para lograr dos funciones.
Coordinación y control del trabajo del microcontrolador. Diagrama de bloques del sistema [3l~l Figura 1.
En el diseño, P1.0 y P1.3 de MCU1 están en contacto con los sensores, P1.6-P1.7 respectivamente.
Conectar el sensor infrarrojo visual. P2.0-P2A 13 circuito de accionamiento del relé de control, P2.513.
Conectar al sensor de detección de tierra.
P2.6-P2.7 están conectados al optoacoplador de corrección de pasos y P3.0-P3.5 están conectados.
Chip de voz ISD25120
Función de implementación 1.2
Cuando el robot se mueve, emitirá un mensaje de voz: "El objetivo está buscando".
Pantalla LCD: "'El objetivo está buscando';"; Encuentra el objetivo durante el progreso, idioma
Mensaje de voz: "Objetivo encontrado": Pantalla LCD: "Objeto encontrado" ”, el bot enviará automáticamente a esto.
Dirección del objetivo; después de apuntar al objetivo, suena el mensaje de voz: "Bloquear el objetivo", la pantalla LCD:
"Bloquear" y el robot continúa moviéndose hacia el objetivo. ; si el robot alcanza el objetivo, el mensaje de voz
Mensaje de voz: "Hay un obstáculo más adelante", pantalla LCD: "Obstáculo acercándose", máquina.
Siguiendo el orden de colisión de la antena, el robot giró unos 100 grados en la dirección opuesta.
Continúe avanzando: hay una falla en el suelo y la voz indica: "¡Peligro, adelante!"
Hay una falla en la superficie y la pantalla LCD muestra " Advertencia, fallo por delante." Al mismo tiempo, el robot
dará unos pasos hacia atrás, se dará la vuelta y seguirá avanzando si la velocidad del robot es incorrecta durante el giro
cuando está confundido; , el programa de ajuste de velocidad se ejecutará automáticamente para corregir el ritmo.
2 Diseño del sistema
2.1 Circuito de accionamiento
Para que el robot tenga una capacidad de caminar estable, es necesario elegir un motor de accionamiento estable.
Sistema dinámico. En este diseño, la corriente del puerto de E/S del microcontrolador se amplifica a través de un triodo.
Amplifica y acciona relés para controlar la rotación del motor. Y no tendrá ningún impacto en la corriente de entrada.
Puede proporcionar una gran corriente al motor. Asegurar el funcionamiento estable del circuito.
El circuito de accionamiento del motor utiliza dos transistores NPN para controlar las E/S del microcontrolador AT89C5 1.
La señal de corriente de salida del puerto O se amplifica y las resistencias R19 y R20 sirven como base del transistor.
Protección de línea. Cuando el puerto de E/S del microcontrolador tiene una salida de señal, la corriente pasa a través de la resistencia y se envía a la revista central de robótica china "Información de microcomputadoras (integrada y SOC)" 2007 Volumen 23 Edición 12.2.
La base del transistor de primera etapa enciende el diodo de primera etapa, y la corriente conductora se envía a otras a través de la resistencia.
La base del segundo transistor amplifica aún más la corriente para alcanzar la corriente de accionamiento del relé.
Según los cálculos, la corriente del relé es amplificada por un circuito amplificador bipolar.
S2 Times, 9014 se utiliza aquí como interruptor. El relé se activa después de dos etapas de amplificación. Como
Como se muestra en la Figura 2.
l
Figura 2 Esquema del circuito de accionamiento del motor
Cada relé equivale a un interruptor unipolar de doble tiro. Por lo tanto, dos interruptores SPDT.
Gire el interruptor para formar un circuito de control de avance y retroceso del motor para realizar el movimiento de avance y retroceso del robot.
Acción.
2.2 Circuito Visual
En este diseño, solo requerimos que el robot encuentre y rastree el objetivo, pero no lo necesitamos.
Confirma el objetivo. Por lo tanto, los sensores reflectantes infrarrojos más utilizados se utilizan en robots.
La función de visión del robot puede detectar si hay un objetivo delante del robot. Esta función se implementa mediante
Dos sensores de reflexión de infrarrojos son TX05D. TX05D de uso común
El interruptor de proximidad reflectante de infrarrojos tiene un tubo transmisor de infrarrojos y un conector de infrarrojos en su interior.
Hazte cargo de la tubería. El tubo transmisor emite rayos infrarrojos. Si no hay ningún objeto delante, entonces el tubo receptor
no recibe la señal de retroalimentación infrarroja. Cuando un objeto aparece frente a usted, la señal infrarroja será reflejada por el objeto que pasa. En este momento, el tubo receptor recibe la señal y la envía al microcontrolador.
Una señal de alto nivel notifica al microcontrolador que hay un obstáculo más adelante.
Dos sensores de infrarrojos están instalados a ambos lados de la parte frontal del robot.
Cuando están en funcionamiento, los dos sensores siempre emiten señales de detección por infrarrojos. Cuando uno de ellos
Cuando el sensor recibe la señal de retroalimentación, envía una señal de alto nivel al microcontrolador para notificar
El microcontrolador ha encontrado el objetivo en esta dirección, y después juicio, controla el motor para que se mueva en esta dirección.
La dirección de rotación realiza la función de seguimiento. Cuando ambos sensores detectan un objetivo, la máquina
el robot camina directamente hacia el objetivo hasta que lo golpea.
2.3 Circuito de ajuste de ritmo
Cuando el robot avanza, si la velocidad del motor es inconsistente o gira.
Si el ritmo se interrumpe durante este proceso, la función de ajuste de ritmo se activará en este momento, lo cual es beneficioso
Esto se hace con dos optoacopladores. En las patas del robot hay dos bloques que pasan por el optoacoplador.
Cuando el robot camina normalmente, el deflector abrirá y cerrará alternativamente el optoacoplador. Si
El estado de los dos optoacopladores es siempre diferente. Eso significa que el ritmo del robot es normal.
Cuando los estados del optoacoplador son iguales, significa que el ritmo del robot está desordenado y necesita ser corregido.
En este momento, una "pata" se detendrá aleatoriamente y esperará a que la otra "pata" vaya a la posición correcta, es decir,
Cuando el optoacoplador esté en la posición opuesta estado, avanzará sincrónicamente. El circuito se muestra en la Figura 3.
Figura 3 Diagrama esquemático del circuito de corrección de pasos
2.4 Circuito de visualización
Esta función implementa principalmente una plataforma visual para la interacción persona-computadora. Este diseño utiliza
Módulo de pantalla de cristal líquido LCM1602, que es el módulo de pantalla en inglés más utilizado.
Contiene fuentes en inglés, fáciles de usar y económicas. Coincidencia de funciones de pantalla LCD
La función de voz * * * se utiliza junto con la función adicional cuya función es mostrar la corriente.
Estado para realizar la función de visualización de interacción persona-computadora del robot.
LCM1602 es un módulo LCD de caracteres, 16 caracteres, x2 líneas.
Modo de conexión por cable y modo de conexión de puerto analógico. Este diseño utiliza conectores de puerto analógico.
Comparado con el anterior, el circuito es más sencillo. En este circuito, el puerto P1 está conectado a la pantalla.
Transmisión de datos, P3.0 a P3.2 controlan el estado de lectura y escritura de datos en la pantalla de visualización. El pin VL está conectado a tierra a través de una resistencia de 1 K y se utiliza para limitar la cromaticidad de la pantalla de cristal líquido. BLA y
BLK son interfaces de alimentación de retroiluminación. El circuito se muestra en la Figura 4.
La figura 4 muestra el esquema del circuito.
En el diseño, el puerto P2 se utiliza para comunicarse con MCU1. Es monitoreado constantemente.
El estado de MCU1. para mantener sincronizados el contenido de la pantalla y la voz.
2.5 Circuito de Lenguaje
Para garantizar la corrección de la operación, se utiliza el sonido para el segundo mensaje.
El chip de voz ISD25120 utilizado en el sistema es una grabación de alta fidelidad producida por American ISD Company.
Circuito integrado de voz de estado sólido de un solo chip, reproducción y grabación integradas, tiempo de reproducción de 120 segundos, transportable.
El procesamiento de información de múltiples segmentos de línea se puede grabar repetidamente 100.000 veces6, utilizando ISD25 120.
No es necesario considerar cómo controlar el chip de voz, solo use 51 para controlar la voz.
El tiempo de activación del circuito puede reproducir un archivo de sonido pregrabado para implementar el robot.
La función de hablar. El circuito se muestra en la Figura 5.
“——It's Song
Figura 5 Diagrama del circuito del habla
2.6 Circuito receptor subultrasónico
El robot está equipado con un Módulo receptor subultrasónico. Al recibir ondas subulsónicas externas, el robot se detendrá y funcionará para realizar la función auditiva del robot.
Sí, en el diseño. La señal de salida se convierte en un voltaje bajo que puede activar el puerto de E/S del microcontrolador.
La señal del interruptor plano informa al microcontrolador del estado actual del interruptor ultrasónico.
El circuito es el siguiente
Como se muestra en la Figura 6. Finalidad y otra información y datos; módulo de acceso a Internet, utilizado para el acceso de banda ancha a Internet; rojo
El módulo externo controla el envío y la recepción del control remoto, seleccionando programas de TV u otras implementaciones.
Función; la RAM de doble puerto se utiliza para intercambiar datos con STI5518.
4 Software y funciones de los decodificadores de redes digitales
Debido a que el software del sistema integrado está estrechamente relacionado con los microprocesadores, generalmente se utiliza software del sistema integrado
Capas En el modelo, la estructura de capas del software se divide en capa de firmware, capa de controlador,
middleware y capa de aplicación, de modo que una vez que cambia el módulo de hardware, solo es necesario modificar el software
Relacionado con el hardware La capa de firmware, el middleware y la capa de aplicación pueden permanecer sin cambios y pueden
reducir el esfuerzo de programación y acortar el tiempo de desarrollo de software. Principios que se deben seguir en la construcción en capas:
Un módulo en una determinada capa puede llamar al módulo de la capa inferior y ser llamado por la capa superior al mismo tiempo.
Generalmente no se puede llamar entre.
Los componentes de hardware de un decodificador de red digital equivalen al total de un ordenador funcionando con III.
Descodificador de Word, por lo que su función no solo puede completar las funciones de la computadora sino también completar las digitales.
Las funciones del decodificador de Word. Las principales funciones del decodificador de red digital son:
1) Recepción de programas de TV digital
2) DVB universal* *algoritmo de descodificación y acceso condicional.
3) Soporte PAUNTSC/SECAM.
4) Soporta calidad de imagen y sonido MP3 y Dolby 5.1 MPEG-2.
51 educación a distancia
6) TV de pago para ver programas
7) Guía electrónica de programación
Acceso 81 a Internet
9) Almacenamiento de programas de TV digital
10) Vídeo bajo demanda
11) Juegos de TV interactivos, etc. Se puede ver que la función del decodificador de TV de red digital
es muy poderosa.
5 Resumen
La innovación del autor de este artículo es completar la numeración en base a ARM9 y STi5518.
Diseño de plataforma hardware descodificador de red. Este artículo compara los decodificadores digitales tradicionales con los decodificadores de redes digitales y proporciona la lógica de hardware de los decodificadores de redes digitales.
Diagramas de bloques, modelos de software y funcionalidad. Una vez implementado el diseño, no solo puede completar la función de transmisión del decodificador digital, sino también completar el almacenamiento e interconexión de programas de TV.
Funciones de red, hay motivos para creer que con la llegada de la era de la televisión digital, el diseño está disponible.
Amplia gama de aplicaciones.
Referencia
[1] Philips Electronics Co., Ltd. TDA827x Manual del usuario [OL].2003.
[2]ST Electronics Co., Ltd. Sti5518 Manual del usuario [OL].2001.
[31 Zhang Ying, Lin Xiaokang. Diseño de puerta de enlace integrada FJ basada en ARM y FPGA
Información informática.
[4]Hou Dongjing, Zhao Jin. Diseño de plataforma de recolección remota de datos basada en ARM9 y GSM
FJI, desarrollo e innovación de productos electromecánicos. 2006, 2: 84 ~ 85.
[5]Manual del usuario del microprocesador Samsung Electronics Co., Ltd. 3C2410X
Manual [OL].
Sobre el autor: Hou Dong U ~ (1974 ~): hombre (Tujia), de Zhangjiajie, Hunan, y Jishou, Hunan.
Profesor, Máster, Escuela de Información Física de la Universidad, dedicado principalmente a la investigación de tecnología ARM y sistemas integrados.
Un estudio de la unidad.
Biología: Hou Dongqing (1974 I: Hombre (nacionalidad Tu).
Profesor Hanan Zhangjiajie, Facultad de Ciencias Físicas
Ingeniería de la Información, Universidad Hunan Jishou. Master,
La dirección de la investigación es tecnología ARM y sistemas integrados
(416000 Escuela de Ciencias Físicas e Ingeniería de la Información de la Universidad Hunan Jishou) Hou Dongjing
Dirección de correspondencia ~ f: (416000 Escuela de Ciencias Físicas e Ingeniería de la Información de la Universidad Hunan Jishou)
Hou Dongqing
(Fecha de recepción: 2007.9.13) (Fecha de revisión: 2007.11.15)
Figura 6 Esquema del circuito receptor subultrasónico
3 Resumen
El diseño de este sistema robótico simula hasta cierto punto la visión y el tacto humanos.
Habilidades sensoriales, auditivas, de pronunciación y de pensamiento simple y, hasta cierto punto, a.
La interacción persona-computadora más básica muestra la función del robot, pero los nuevos requisitos y tareas también son adecuados para la máquina.
Imponer mayores requisitos al rendimiento de los robots. El sistema utiliza microcontroladores duales para una buena comunicación.
Resuelto con éxito el problema de coordinación entre sensores y el problema de respuesta prioritaria entre sensores
Responde la pregunta.
La innovación del autor: 1. Este diseño se basa en tecnología de microcomputadora de un solo chip y tecnología de infrarrojos.
El diseño de sistemas de control de robots inteligentes y la investigación de robots inteligentes son puntos calientes actuales en la investigación de robots.
El campo de la investigación ocupa una posición muy destacada, y su característica distintiva es que tiene conciencia ambiental,
juicio y toma de decisiones, interacción persona-computadora y otras funciones: 2. Los robots inteligentes se basan hasta cierto punto en modelos.
Para la visión humana, el tacto, el oído, el sonido y las capacidades de pensamiento simple, en uno.
Hasta cierto punto, se realizan las funciones de visualización de interacción persona-computadora más básicas del robot: 3.
En el diseño del sistema, se utilizan dos piezas de AT89C5l para el control y el sistema es modular.
El sistema tiene funciones ampliadas, alta flexibilidad y amplia aplicabilidad.
Materiales de referencia:
[1] Qiu, Wang Haichun. Investigación sobre robots inteligentes con ruedas basados en un sistema de control distribuido.
Información de microcomputadores[m].2006, 22, 4-2, 181-182.
Fan Linan, Li Xuefei, Yin Shuyuan. Diseño de sistema de control de microcomputadora de un solo chip [M]. Beijing
Beijing: Prensa Popular de Correos y Telecomunicaciones 2004, 1-100.
[3]Xu Guanlei, Ge Dehong. Los niveles portátiles basados en el microcontrolador MCX5 l deben
estar diseñados para su uso. Información de microcomputadoras[M] .2003, 9, 6, 56-57.
Qian Dongbo. Sistema de control de temperatura basado en RTX51. Información del microordenador [M].
2005.7, 77-78.
Ye Qiuxiang, Zheng Jianli. Desarrollo de un práctico dispositivo de autenticación de identidad. Microordenador
Información[m].2005, 21, 4, 158-159.
Sobre el autor: Chen Yu (1978 ~), hombre (nacionalidad Han), de Zhengzhou, Henan, es electricista en el Instituto de Aeronáutica y Astronáutica de Zhengzhou.
Profesor de la maestría, mención en comunicaciones electrónicas y tecnología de control automático.
Trabajos de investigación e investigación
Currículum vitae: Chen Yu (1978-), hombre, de Zhengzhou, Henan, profesor de la Universidad de Zhengzhou
Departamento de Mecánica y Eléctrica Ingeniería, Universidad de Zhengzhou
Máster del Institute of Aviation Industry Management. Principalmente -
Dedicado a la enseñanza e investigación de comunicaciones electrónicas
Tecnología de control automático y de iones