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Investigación y diseño de un sistema de control de robot inteligente basado en un microordenador de un solo chip
Diseño e investigación de un sistema de control de robot inteligente basado en un microordenador de un solo chip
fInstituto de Gestión de la Industria de Aviación de Zhengzhou) Chen Zi
CHEN YU
Resumen: Utilización Características de conversión fotoeléctrica del sensor infrarrojo. El microcontrolador AT89C51 se utiliza como unidad de control central para procesar la señal de detección y completar el diseño del sistema de control del robot inteligente. El artículo presenta en detalle la estructura del sistema y los métodos de diseño de software y hardware. El sistema de control del robot está diseñado en base a tecnología infrarroja y tecnología de microcomputadora de un solo chip, y realiza funciones como caminar, rastrear, evitar obstáculos, ajustar el ritmo, voz, control de voz, pantalla de cristal líquido y detección del suelo. El sistema ha alcanzado altos requisitos en términos de inteligencia, precisión y rendimiento en tiempo real, y tiene buenas perspectivas de aplicación.
Palabras clave: microcontrolador; tecnología infrarroja; sistema de control inteligente
Número CLC: TP216 Código de identificación del documento: B
Resumen: Mediante el uso del fotovoltaje Características del sensor infrarrojo piroeléctrico. La señal de detección se procesó con el núcleo de AT89C5 1. Se presentaron en detalle su construcción y los métodos de diseño de hardware y software. El designador del sistema de control del robot inteligente basado en tecnología infrarroja, tecnología de microcontrolador de un solo chip. Este robot realiza conversaciones, rastreo, evitación de obstáculos, ajuste de pasos, habla, control de ruido, visualización de cristal líquido, detección de suelo, etc. El sistema cumple con requisitos más altos,
como una operación inteligente, precisa y en tiempo real, y su primer plano de aplicación es brillante.
Palabras clave: Microcomputador de un solo chip, tecnología de infrarrojos, 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. Con el rápido desarrollo de la tecnología microelectrónica, las funciones de la microcomputadora de un solo chip son cada vez más poderosas. Este diseño se basa en la tecnología de microcomputadora de un solo chip y la tecnología de infrarrojos para completar el diseño del sistema de control de robot inteligente. La investigación de máquinas inteligentes ocupa una posición muy destacada en el campo actual de la investigación en robótica, y sus características notables incluyen la percepción ambiental, el juicio y la toma de decisiones, la interacción persona-computadora y otras funciones. Este sistema de robot inteligente implementa principalmente funciones como caminar, rastrear, evitar obstáculos, ajustar el ritmo, voz, control por voz, pantalla de cristal líquido y detección del suelo.
Al encontrar cambios en las condiciones externas
. El robot tomará diferentes medidas para demostrar mejor su capacidad de pensamiento.
Corrección de ritmo
Módulo de voz
Detección de infrarrojos
Detección de suelo
Control MCU
Instrumento MCU1
Control de microordenador de un solo chip
Instrumento MCU2
Circuito de accionamiento
Conversión fotoeléctrica
Módulo táctil
Módulo de visualización
Figura 1 Diagrama de estructura del sistema de control del robot
1 Introducción a los robots inteligentes
1.1 Diagrama de bloques del sistema
El sistema de control de robot inteligente está controlado por dos AT89C5 1121. Una computadora de un solo chip MCU1 se usa para controlar todo el sistema y la otra computadora de un solo chip MCU2 se usa para conducir.
Chen Yu: Profesor Maestro
Trabajando con la pantalla LCD LCM1602. Se comunican a través del puerto de E/S para lograr la coordinación y el control mutuos de las dos computadoras de un solo chip que trabajan juntas. El diagrama de bloques del sistema [3l~l se muestra en la Figura 1.
En el diseño, P1.0 y P1.3 de MCU1 están conectados respectivamente al sensor táctil, y P1.6 a P1.7
están conectados al sensor infrarrojo visual. . P2.0 a P2A 13 circuito de accionamiento del relé de control, P2.5 13
Sensor de detección de plano de tierra. P2.6 a P2.7 están conectados al optoacoplador de corrección de ritmo y P3.0 a P3.5 están conectados al
chip de voz ISD25120
1.2 Función de implementación
Cuando el robot se esté moviendo, emitirá un mensaje de voz: "El objetivo está buscando" y, al mismo tiempo,
la pantalla LCD mostrará: "'El objetivo está buscando"'; encuentra el objetivo durante el avance, el mensaje de voz
>
Mensaje de voz: "Buscar objetivo": Pantalla LCD: "Buscar objeto", el robot gira automáticamente hacia el
objetivo; después de alinearse con el objetivo, el mensaje de voz: "Bloquear objetivo", pantalla LCD:
"Bloquearlo", y el robot continúa moviéndose hacia el objetivo, si el robot alcanza el objetivo, el mensaje de voz: "Hay obstáculos más adelante" y la pantalla LCD: "Obstáculos inminentes", el robot girará unos 100 grados en la dirección opuesta de acuerdo con la secuencia de colisiones de tentáculos y continuará avanzando: cuando haya un falla en el terreno adelante, el mensaje de voz será: "Peligro, hay una falla en el terreno adelante", la pantalla LCD mostrará: "Advertencia, falla adelante". Al mismo tiempo, el robot retrocederá unos pasos, girará y continuará hacia adelante; si el robot se sale de orden durante el proceso de giro, ejecutará automáticamente un programa de ajuste de ritmo para corregir el ritmo.
2 Diseño del sistema
2.1 Circuito de accionamiento
Si desea que el robot tenga una capacidad de caminar estable, debe elegir un motor de accionamiento estable
Activar el sistema. Este diseño utiliza la función de amplificación del transistor para amplificar la corriente del puerto de E/S del microcontrolador y accionar el relé para controlar la rotación del motor. No tendrá ningún impacto en la corriente de entrada y puede proporcionar una gran corriente al motor. Asegúrese de que el funcionamiento del circuito sea estable.
El circuito de control del motor utiliza dos tubos NPN para amplificar la salida de señal de corriente desde el puerto de E/S del microcontrolador AT89C5 1, y utiliza las resistencias R19 y R20 como base del transistor.
Protección de fila. Cuando el puerto de E/S del microcontrolador tiene una salida de señal. La corriente se envía a través de la resistencia a la base del transistor de primer nivel, lo que hace que el transistor de primer nivel se encienda al transistor Level_One, y la corriente de conducción se envía a través de la resistencia
La base del El segundo transistor amplifica aún más la corriente para alcanzar la corriente de accionamiento del relé.
Según los cálculos, la corriente del relé emisor se amplifica aproximadamente
S2 veces a través del circuito amplificador bipolar, donde el 9014 realiza la función de conmutación. Después de dos etapas de amplificación, se activa el relé. Como se muestra en la
Figura 2.
l
Figura 2 Diagrama esquemático del circuito de accionamiento del motor
Cada relé equivale a un interruptor unipolar de doble tiro. de este modo. Dos interruptores unipolares de dos posiciones forman un circuito de control de avance y retroceso del motor para realizar los movimientos de avance y retroceso del robot.
2.2 Circuito visual
En este diseño. Solo requerimos que el robot encuentre y rastree el objetivo, no que lo reconozca. Por lo tanto, el sensor de reflexión de infrarrojos más utilizado se utiliza como función de visión del robot para detectar si hay un objetivo delante del robot. Esta función se implementa mediante dos sensores de reflexión de infrarrojos del modelo TX05D. TX05D es un interruptor de proximidad reflectante de infrarrojos de uso común. Tiene un tubo transmisor de infrarrojos y un tubo receptor de infrarrojos. El tubo transmisor emite rayos infrarrojos. Si no hay ningún objeto directamente delante de él, el tubo receptor no puede recibir la señal de retroalimentación infrarroja. Cuando un objeto aparece frente a usted, la señal infrarroja se refleja en el objeto. En este momento, el tubo receptor recibe la señal y envía una señal de alto nivel al microcontrolador para informarle que hay un obstáculo frente a él.
Se instalan dos sensores de infrarrojos a ambos lados de la parte frontal del robot cuando el robot está funcionando
Los dos sensores emiten siempre señales de detección por infrarrojos. Cuando uno de los sensores recibe una señal de retroalimentación, envía una señal de alto nivel al microcontrolador para informarle que se ha encontrado el objetivo en esa dirección. , el microcontrolador controla el motor para que se mueva en esa dirección /p>
Dirección de dirección para lograr la función de seguimiento. Cuando ambos sensores detectan el objetivo, el robot se moverá directamente hacia el objetivo hasta que lo alcance.
2.3 Circuito de ajuste de ritmo
Cuando el robot avanza. Si la velocidad del motor es inconsistente o el ritmo se interrumpe durante el proceso de dirección, se activará la función de ajuste del ritmo. Esta función se logra mediante el uso de dos optoacopladores. En las patas del robot, hay dos deflectores que pasan a través del optoacoplador. Cuando el robot camina normalmente, los deflectores abrirán y cerrarán el optoacoplador alternativamente. Si
El estado de los dos optoacopladores es siempre diferente. Esto significa que el ritmo del robot es normal.
Cuando los estados del optoacoplador son iguales, significa que el ritmo del robot está desordenado y es necesario corregir el ritmo.
En este momento, una "pierna" se detendrá aleatoriamente y esperará a que la otra "pierna" camine en la posición adecuada, es decir,
Cuando se invierte el estado del optoacoplador , avanzará sincrónicamente. El circuito se muestra en la Figura 3.
Figura 3 Esquema del circuito de corrección de ritmo
2.4 Circuito de visualización
Esta función realiza principalmente la 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 internamente, lo cual es fácil de usar y económico. La función de pantalla LCD es una función adicional que se utiliza junto con la función de voz. Su función es mostrar el estado actual para realizar la función de visualización de interacción persona-computadora del robot.
LCM1602 es un módulo LCD de 16 caracteres x 2 líneas. Existen principalmente métodos de conexión de bus y métodos de conexión de puertos analógicos. Este diseño utiliza el método de conexión del puerto analógico. En comparación con el anterior, el circuito es más sencillo. En este circuito, el puerto P1 transmite datos a la pantalla de visualización
, y 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, que se utiliza para limitar la profundidad de color 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
Bajo diseño. El puerto P2 se utiliza para comunicarse con MCU1. Siempre monitorea el estado de
MCU1. para mantener sincronizados el contenido de la pantalla y la voz.
2.5 Circuito de lenguaje
Para garantizar la precisión de la operación, se utiliza el sonido para el segundo mensaje. El chip de voz ISD25120 utilizado en este sistema es un circuito integrado de voz de estado sólido de un solo chip de grabación de alta fidelidad producido por American ISD Company. El tiempo de grabación y reproducción es de 120 segundos. procesamiento de información segmentada y puede grabar repetidamente 100.000 veces6, y cuando se usa ISD25 120
No es necesario considerar cómo manejar el chip de voz, solo necesita controlar directamente la voz con 51
El tiempo de activación del circuito reproduce el archivo de sonido pregrabado para realizar la función de habla del robot
. El circuito se muestra en la Figura 5.
“- -Is Song
Figura 5 Esquema del circuito de voz
2.6 Circuito receptor subultrasónico
El robot está equipado con A Módulo receptor sub-ultrasónico. Al recibir el sub-ultrasonido externo, el robot realizará acciones de parada y ejecución para realizar la función auditiva del robot. En el diseño, se obtuvo la señal de salida convertida a través de un fotoeléctrico. cambie a una señal de conmutación de bajo voltaje que puede activar el puerto I/0 del microcontrolador. Para informar al microcontrolador del estado actual del interruptor subultrasónico, el circuito es el siguiente
La Figura 6 muestra el propósito. y otra información y datos; el módulo de acceso a Internet se utiliza para el acceso de banda ancha a Internet; rojo
El módulo externo controla el envío y la recepción del control remoto, selecciona programas de TV o implementa otras funciones; -La RAM de puerto se utiliza para intercambiar datos con el software y las funciones del decodificador de red digital STI5518.4
Dado que el software del sistema integrado está estrechamente relacionado con el microprocesador, generalmente se describe mediante
modelo en capas La jerarquía de software se divide en capa de firmware, capa de controlador,
middleware y capa de aplicación. De esta manera, una vez que cambia el módulo de hardware, la modificación del software solo ocurre en el. La capa de firmware relacionada con el hardware La capa de middleware y aplicación puede permanecer sin cambios, lo que puede
reducir la carga de trabajo de programación y acortar el tiempo de desarrollo de software. Los principios seguidos en la construcción jerárquica son:
Módulos. en un cierto nivel puede llamar a módulos de nivel inferior y al mismo tiempo ser utilizado por módulos de nivel superior. La composición de hardware de un decodificador de red digital es equivalente a una computadora Ben III y un decodificador digital. , su función no solo puede completar las funciones de una computadora sino también la función de un decodificador digital. Las funciones principales del decodificador de red digital son:
1) Recepción de TV digital.
2) Algoritmo de descodificación pública DVB *** y acceso condicional
3) Soporte PAUNTSC/SECAM
4) Soporte de imágenes MPEG-2 y MP3. , Calidad de sonido Dolby 5.1
51 Educación a distancia
6) Visualización de televisión de pago
7) Guía electrónica de programación
81 Acceso a Internet
9) Almacenamiento de programas de TV digital
10) Vídeo bajo demanda (VOD)
11) Juegos de TV interactivos, etc., como Se puede ver que el decodificador de TV en red digital
es muy poderoso.
5 Resumen
La innovación del autor de este artículo es completar. la versión digital basada en ARM9 y STi5518.
El diseño de la plataforma de hardware del decodificador de red Este artículo compara el decodificador digital tradicional y el
conjunto de red digital. -top box, y también proporciona la lógica de hardware del decodificador de red digital
Diagrama de bloques, así como modelos y funciones de software. Una vez implementado el diseño, no solo podrá completar las funciones de un decodificador digital tradicional, sino que también podrá almacenar programas de televisión y conectarse a Internet. Hay razones para creer que con la llegada. En la era de la televisión digital, este diseño puede utilizarse ampliamente.
Referencias
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[5]Samsung Electronics Co. , Ltd. Manual del usuario del microprocesador $3C2410X
[OL]． 2003.
Sobre el autor: Hou Dong U~ (1974~): Hombre (Tujia), de Zhangjiajie, Hunan, Jishou, Hunan
Profesor, Escuela de Información Física, Universidad, Maestría , dedicada principalmente a la investigación de tecnología ARM y sistemas integrados
.
Biografía: Hou Dong—qing (1974: hombre (nacionalidad Tu—jian).
Hanan Zhangjiajie, instructor de la Facultad de Física, Ciencias
e Información Ingeniería, Universidad de Jishou, Hunan,
la dirección de investigación es la tecnología ARM y el sistema
integrado
(416000 Universidad de Hunan Jishou, Facultad de Ciencias Físicas y Ciencias Físicas). Ingeniería de la Información) Hou Dongqing
Dirección de correspondencia~f: (416000 Escuela de Ciencias Físicas e Ingeniería de la Información, Universidad Hunan Jishou)
Hou Dongqing
(Fecha de recibo: 2007.9.13) (Fecha de revisión: 2007, 11.15)
Figura 6 Esquema del circuito receptor subultrasónico
3 Resumen
Este diseño del sistema robótico simula la visión humana, el tacto
el oído, la voz y la capacidad de pensamiento simple hasta cierto punto, y hasta cierto punto realiza la función de visualización de interacción humano-computadora más básica de un robot
, pero las nuevas necesidades y tareas también plantean requisitos más altos para el rendimiento del robot. Este sistema utiliza microcontroladores duales para comunicarse mejor. Resuelve el problema de coordinación entre sensores y el problema de respuesta prioritaria entre sensores. p>
Puntos de innovación del autor: 1. Este diseño se basa en tecnología de microcomputadora de un solo chip y tecnología infrarroja.
El diseño de sistemas de control de robots inteligentes juega un papel muy destacado en la actualidad. campo de la investigación de robots
Su característica distintiva es la conciencia ambiental,
Toma de decisiones de juicio, interacción persona-computadora y otras funciones: 2. Este robot inteligente simula la visión humana, el tacto, capacidades de audición, voz y pensamiento simple hasta cierto punto
p>
Hasta cierto punto, se realiza la función de visualización de interacción humano-computadora más básica de un robot: 3. El diseño del sistema adopta dos Control AT89C5l y diseño de sistema modular.
Expansión de funciones del sistema, alta flexibilidad y amplia aplicabilidad.
Referencias:
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Sobre el autor: Chen Yu (1978~), hombre (nacionalidad Han), de Zhengzhou, Henan, ingeniero electromecánico en el Instituto de Aviación de Zhengzhou
Profesor del Departamento de Ingeniería, Maestría , dedicado principalmente a las comunicaciones electrónicas y la automatización, la enseñanza y la investigación de tecnología de control
Biografía: Chen Yu (1978-), hombre, Henan Zhengzhou, profesor del
departamento de Ingeniería de Maquinaria y Electricidad, Zhengzhou
Instituto de Gestión Industrial Aeronáutica, Maestría. Principalmente dedicada a la docencia e investigación sobre la técnica de comunicación electrónica y control automático.