【摘 要】 智能机器人集中了传感器技术，机械工程计算机工程，自动化控制工程及人工智能等多科学研究的成果，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。出于研究和教学需要，我们设计和实现了带有手机控制的智能机器人。设计是基于STC15系列单片机，板子采用PCB板，开发工具采用keil，实现智能车型机器人的寻光、循迹、避障和蓝牙控制等功能。
【关键词】 手机控制;寻光;智能机器人
中图分类号： Ｇ64 文献标识码： Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2019）09-044-02
1.引言
近年来，自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。智能机器人是一个集环境感知，动态决策与规划，行为控制与执行等多功能与一体的综合系统，它集中了传感器技术，机械工程计算机工程，自动化控制工程及人工智能等多科学研究的成果，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。智能移动机器人是目前机器人发展的主流，随着其应用领域的不断扩展和自动化程度的进一步提高，对机器人的功能提出了更高的要求，特别是需要各种具有不同智能程序的机器人，能够设定自己的目标，规划并执行自己的任务动作，不断适应环境的变化。在机器人系统中，自主导航控制是一项核心技术，也是机器人研究领域的重点和难点问题。因为机器人感知环境的手段通常是不完备的。智能移动机器人如何在未知的、复杂的环境中自主规划路径，并且躲避障碍是智能机器人的最基本、最重要的能力之一，是其他应用的基础。
2.研究设计过程
我们的设计是基于STC15系列单片机，板子采用PCB板，开发工具采用keil，实现智能车型机器人的寻光、寻迹、避障和蓝牙控制等功能。
1)研发制板
开发研究采用PCB板，电路设计镶嵌其中。印制板(PCB)的主要材料是覆铜板，而覆铜板(敷铜板)是由基板、铜箔和粘合剂构成的。基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板。基板材料为高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层压板可以作为敷铜板的基板，铜箔是制造敷铜板的关键材料，必须有较高的导电率及良好的焊接性。
顶层电路设计如图1所示：
图2底层电路设计图
另外还有顶层丝印层、底层丝印层、禁止布线层、机械(多)层、顶层锡膏层、顶层阻焊层、底层锡膏层和底层阻焊层。
2)寻光设计
从机器人功能出发，需要寻光功能，便于在黑暗环境下寻找光源。在开发研究中，寻光电路如下图：
图3寻光电路图
当有光照情况下，光敏电阻R1变小， V2变大。假设V2=4.6VT，V3电压 4V，V2>V3，反向端大于同向端，参考模电课程，运放作为比较器部分，则OUT5输出低电平为低0给单片机识别，单片机通过if来扫描out5给的引脚。
当无光照情况下，光敏电阻R1变大， V2变小。假设V2=3.2V，V3电压不变还是4V，V2<V3，同向端大于反向端，参考模电课程，运放作为比较器部分，则OUT5输出为高电平1给单片机识别，单片机通过if来扫描out5给的引脚。
3)循迹设计
循迹是指在特定环境下，智能机器人按照特定路线，沿特殊路线进行工作的情况，适合特殊情况下的工作。寻迹电路如图：
图4寻迹电路图
①没有检测到黑线
H4发光到白纸光反射到H4接收端，H4接收端导通，导通则T1接地=0（提问会不会等于0，哪位有测试）。
②有检测到黑线
H4发光到黑线光全部被吸收，H4接收端，没有收到任何信号，因为H4不导通（截止），则T1=VCC（提问T1会不会等于5V，哪位有测试）。
检测到白纸有接收到反射光LM324，2脚比较器反向端T1=0V，3脚比较器同向端=3V，同向端大于反向端则OUT1输出1。检测到黑线没接收到反射光LM324，2脚比较器反向端T1=5V，3脚比较器同向端=3V，反向端大于同向端则OUT1输出0。
寻迹算法：单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法如下表所示：
表1 电机驱动电路控制小车运行方式
4)避障设计和蓝牙控制设计
避障是指遇到障碍物可以通过算法左转或右转避开障碍物。避障与寻迹相类似，电路相近，设计方式相同。
分析硬件，V1在电源通电后持续发光（红外），V2负责接收，当有障碍物挡住时，V1发出的光将反射回被V2接收，此时即有障碍物，然后将信号由P1^5传送给单片机，单片机读取P1^5口状态。P1^4端口同理。单片机读取P1^4、P1^5状态，条件式控制电机的运转，实现小车自动避障功能。
蓝牙控制主要的功能在于遥控，用于近距离遥控的是蓝牙串口模块。首先基于arduino平台的智能控制小车上连接上蓝牙模块，然后在手机端打开蓝牙串口调试助手，可通过设置近距离遥控智能小车，实现前进，后退，向左转，向右转，停止的操作。
蓝牙串口模块原理图如图：
图5蓝牙串口模块原理图
头文件及函数声明如下：
#define IN1 9
#define IN2 10 //左轱辘连接引脚
#define IN3 5 //右轱辘连接引脚
#define IN4 6
/******************** *************************/
#define IN5 12
#define a A2
float sinVal;
int toneVal;
unsigned long tepTimer ;
/***********************************************/
int potPin = A0; //电位器连接到模拟A0
int ledPin =11; //LED连接到数字11
void forward();//蓝牙用于控制小车的函数，前进
void back();//后退
void turnLeft();//左转
void turnRight();//右转
void _stop();//停止
智能机器人涉及多个学科，集成了多学科的科学研究的成果，本文设计和实现了带有手机控制的智能机器人，确定了移动机器人巡航方案，包括循迹、避障、走迷宫、无线控制等功能的解决方法，设计是基于STC15系列单片机，板子采用PCB板，开发工具采用keil，实现了智能机器人寻光、避障、循迹、蓝牙控制等功能，编写程序实现控制机器人巡航和无线控制。
参考文献
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[4]程伟林,王胜伟. 基于专利分析的履带式全地形车发展研究[J].汽车工业研究,2017,12(3):32-35.
论文作者:董伟 柴忠良 李媛 刘华
论文发表刊物:《科学教育前沿》2019年09期
论文发表时间:2019/12/2
标签：机器人论文; 蓝牙论文; 智能论文; 单片机论文; 黑线论文; 障碍物论文; 小车论文; 《科学教育前沿》2019年09期论文;