基于STC89C52RC的恒距目标跟踪移动机器人制作

宋世乐

摘要：基于STC89C52单片机对小型的智能移动机器人进行了设计，使之能完成目标跟踪功能。硬件组成主要分为传感器模块、直流电机驱动模块、液晶显示模块、单片机控制模块以及电源模块；软件部分主要介绍了系统软件的设计方法及流程图。该机器人起停由按键控制，能在其传感器可视范围内自动调整速度及转向，保持对环境目标的恒距跟踪，通过液晶显示器实时显示其与目标物的距离。整个系统结构简单，稳定可靠。

关键词：恒距跟踪；实时显示；STC89C52单片机

引言

伴随着人们的生产、生活对智能化的要求与日俱增，如今智能机器人发展迅速，各种机器人粉墨登场。人们对智能追踪技术在不断探索和创新，这项技术也日益变得成熟和向着更智能化迈进，比如机器人能够自主对周围环境做出判断，自己找到准确的路线，能看懂地图，也能记录路线。这项技术的发展将在军事 、工业、生活、娱乐上大放光彩，作为智能运输车可以克服很多人难以克服的环境和条件，比如穿越沙漠或深海探险等，在生产上可以作为很好的智能助手，生活娱乐中也将让人们的生活更加舒适[1]-[3]。

1.移动机器人的硬件结构

系统采用两片STC89C52单片机作为控制核心，接收来自红外对光传感器和超声波探头的输入信号，运算处理后输出相应的控制信号，一方面控制LCD1602进行液晶显示，另一方面输出到L298N电机驱动芯片以控制车轮转动。

硬件组成主要分为传感器模块、直流电机驱动模块、液晶显示模块、单片机控制模块以及电源模块。传感器模块中，红外传感器发出红外线，如果遇到障碍物，红外接收器接收到障碍物反射回来的红外线，其输出端电平就会发生变化。机器人根据该电平的变化，可以判断是否有障碍物；超声波传感器测距时探头首先发出一定频率的超声波，当其遇到障碍物时会被反射回来被探头接收。测量出超声波从发射到接收所用的时间t，则可算出超声波与目标物之间的距离S。在直流电机驱动模块设计中采用15脚封装L298N模块，它拥有4个控制端口，由外接电源供电，内含两个H桥式的高电压大电流全桥式驱动器，接受标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。液晶显示模块采用了LCD1602液晶显示器进行机器人运动状态的简单显示。控制器选用STC89C52。它是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有 8K 在线系统可编程Flash 存储器。在芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。经过多次测试发现，在同一片控制器上同时使用四个红外传感器和超声波传感器，跟随功能可以完整实现，但是由于两者之间的相互干扰容易造成超声波模块液晶显示结果发生乱码，为了能够让机器人整体的工作效果更加稳定，最后采用两片单片机工作，以保证两个模块工作间互不影响。其中片一为主控芯片，负责跟随的功能的完整实现；片二负责将超声波传感器的探测结果通过液晶屏实时显示。两片控制器之间互不干扰。实验结果表明效果很好。

2.移动机器人的软件结构

软件设计思想为：系统上电后，先进行系统初始化的一部分工作，再将运行参数传送给电机的驱动控制模块。传感器模块进行环境信息采集处理，将结果传送给控制模块，控制模块一方面按照既定的算法输出控制信号到驱动模块，驱动模块接收参数后，输出相应电压控制直流电机运行；同时另一方面控制LCD液晶实时显示机器人与目标物之间的距离。通过改变对电机的控制命令，可以改变电机运行状态以完成相应的目标定位与跟踪任务。3.结论

整个机器人系统控制芯片为两片STC89C52单片机（U1和U2）。U1主要通过超声波传感器的输入信号测算出机器人与目标物的实际距离，将其送给LCD1602进行液晶显示。U2单片机主要用于控制机器人对目标物的恒距跟踪。它首先根据三个红外对管传感器检测目标物的位置信息，时刻保持正对目标物，再根据另一个红外传感器探测距离信号，当机器人与目标物的距离小于设定距离的时候，使机器人执行后退指令，直到距离大于设定距离为止，从而保持恒距跟踪。当系统上电后，电源指示灯、控制器指示灯亮，液晶屏幕亮，机器人开始运行。当目标物出现在其左边时，其左侧红外对光传感器指示灯点亮，表示检测到目标物，机器人转向左方；目标物出现在右侧时同理。但是只要正前方的指示灯亮（不论左右是否亮），机器人执行前进命令。若机器人与目标物两者之间距离小于程序设定值时，机器人将后退，以使距离不再继续减小。在机器人对目标物进行跟踪的同时，距离值将通过其上的LCD液晶屏实时显示。按下停止电源按键机器人停止工作。

参考文献：

[1]刘金会，郝静如；自主移动机器人导航定位技术研究初探.技术与运用[J].1006-883X（2005）01-0023-04

[2]张祥德，牛纪祥，董再励；基于测角的自主移动机器人定位算法.东北大学学报（自然科版）[J]1005-3026（2002）12-1143-04

[3]任彦硕.自动控制原理[M].北京：机械工业出版社，2009.05.