小型轮式机器人设计

南京理工大学电力系统自动装置论文
学院
(系):自动化学院
题目: 小型轮式移动机器人控制系统设计
李胜
指导老师：
摘要
由于传统单任务顺序执行机制不能满足智能轮式移动机器人对控制系统实时性的要求，而且对于复杂系统来说可靠性不高。

所以本项目重点设计一套适用于小型轮式移动机器人的控制系统，要求其实时性好，可靠性高，具有灵活的可扩展性和可重构性，以提高它各项功能的响应速度（包括制动、加速、减速、爬坡等）。

本文设计的控制电路实现的传感器功能包括红外传感器、光敏传感器、碰撞传感器等。

控制电路实现对两个直流电机的驱动控制。

机器人采用这样的控制电路可以完成诸如自主避障、自主循迹等实验。

使得轮式移动机器人的实时性好，可靠性高，且因为外部接口具有同用性，故具有灵活的可扩展性和可重构性。

最后对电路进行了调试，证明其满足要求
关键词轮式机器人控制系统调试
目录
1 绪言------------------------------------------------------------------03
1.1 机器人简单知识的介绍-----------------------------------------------03 1.2课题背景-------------------------------------------------------------------------------------------------03
1.3课题来源及目的---------------------------------------------------------------------------------------04
1.4 论文主要内容------------------------------------------------------04
2 小型轮式移动机器人控制电路的总体设计----------------------------------04 2． 1 需求分析-----------------------------------------------------------------------------------------------------------04
2．2 机器人功能的总体结构----------------------------------------------05 3 具体设计-------------------------------------------------------------05
3.1Protel电路设计软件简介----------------------------------------------05
3.2 控制电路的总体设计------------------------------------------------06
3.3各模块具体介绍------------------------------------------------------07
3.4 实验用移动机器人控制电路的PCB图----------------------------------18
4 机器人控制电路的调试-------------------------------------------------19
4．1 直流电机功能调试结果----------------------------------------------19
4．2 红外传感器电路调试结果--------------------------------------------22
4．3 光敏传感器调试结果------------------------------------------------22
4.4 碰撞传感器调试结果-------------------------------------------------23
结论 ------------------------------------------------------------------24
感谢 ------------------------------------------------------------------24
附录控制电路实物图------------------------------------------------------25
参考文献--------------------------------------------------------------26
1绪言
1.1 机器人简单知识的介绍
移动机器人的结构由几个主要部分组成[1]，如图1.1。

机械结构：相当于移动机器人的骨架，包括基座、支架等，用来物理支撑其他组成部分[2]。

执行机构：相当于移动机器人的手脚，用来提供运动的动力，常用的有电动、液压和气动，运用最多的是电机[3][4]。

传感器：相当于移动机器人的感知器官，分为外部传感器和内部传感器。

内部传感器可用来感知机器人各个部件的位置和姿态等，如GPS、陀螺等；外部传感器用来获取环境参数，如红外传感器、光敏传感器、力检测器等[5]。

控制器：相当于移动机器人的大脑，处理机器人上传感器反馈来的信息，综合判断分析后，发出控制信号给执行机构执行。

软件系统：相当于移动机器人的记忆和知识，用来指导控制机器人的运动方式。

传感器机械结构
控制器
软件系统
执行机构
传感器
图1.1机器人的组成结构
1.2课题背景
目前世界上最先进的机器人属于第三代机器人，既所谓的智能机器人。

这类机器人上配有多类传感器，能够感知环境中更多类型的信息，具备了更多的功能。

它就像一个人类一样，具备视觉、力觉、触觉、听觉等，甚至能进行语言对话。

这类机器人将各个传感器传递来的信息进行综合处理（多传感器的信息融合），更为有效地适应环境的变化，同时还具备一定的自学自治能力。

功能的多样化也就势必对控制系统提高了更高的要求。

需要控制系统能够实时地接受外部的信息，快速做出反应。

同时可靠性也要足够得到保证。

而且考虑到推广性和经济性，要求控制电路能够具有很好的灵活性和可扩展性。

所以本课题就是在这样的背景下开展起来的。

致力于设计一套适用于小型轮式移动机器人的控制系统，要求其实时性好，可靠性高，具有灵活的可扩展性和可重构性，以提高它各项功能的响应
速度（包括制动、加速、减速、爬坡等）。

1.3 课题来源及目的
本课题是南京理工大学自动化学院针对轮式移动机器人，提出设计一款实时性好，可靠性高，灵活性强的移动机器人控制电路。

电路提供的外部接口能够直接匹配机器人的电源、传感器、直流电机、编码器、LCD等。

1.4 论文主要内容
论文包括了控制电路的设计原理图，模块设计思路，以及对该电路的功能进调试的波形图。

从调试结果论证了电路的有效性。

第一部分简单介绍了移动机器人的组成部分，本课题的背景、来源和目的。

第二部分主要介绍了整体的设计思想，包括需求分析、总体设计及工作原理等
第三部分分功能模块详细介绍控制电路的原理图及其分析，为本文的核心内容。

第四部分分功能模块对控制电路板进行调试，通过实验测量及观察电路波形，论证成品的有效性。

2 小型轮式移动机器人控制电路的总体设计
2.1 需求分析
结合机器人的组成结构，以及对控制系统实时性，可靠性，以及灵活性的要求。

采用从顶至下的设计思想，本文主要从以下几个方面来完成对控制系统的设计。

1）微控制器（MCU）：包括MCU芯片工作的外围电路。

2）执行机构：包括电机驱动电路等。

3）电源：用于给各个芯片供电和供给电机电能。

4）传感器：包括红外传感器、光敏传感器、碰撞传感器等。

2.2机器人控制电路的总体结构
微控制器（MCU ）
传感器模块
红外传感器
光敏传感器碰撞传感器麦克风光电码盘电机驱动电路
电源模块
动力电源
控制电源
扬声器驱动电路
串口通信扬声器
直流电机
PC
3 具体设计
3.1Protel 电路设计软件简介
PROTEL 是Altium 公司在80年代末推出的EDA 软件，在电子行业的CAD 软件中，它当之无愧地排在众多EDA 软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL 。

2005年年底，Protel 软件的原厂商Altium 公司推出了Protel 系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。

Altium Designer 6.0，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。

Altium Designer 是业界首例将
设计流程、集成化PCB 设计、可编程器件（如FPGA ）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB 和FPGA 设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。

这款最新高端版本Altium Designer 6.除了全面继承包括99SE ，Protel2004在内的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能。

Altium Designer 6.0拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA 设计功能和SOPC 设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA 与PCB 设计以及嵌入式设计集成在一起。

3.2 控制电路的总体设计
复位电路MC68HC11E1CFN2
8MHz 晶振电源监控DS1233D 芯片手动复位
电平转换MAX232芯片
PC
双极性直流电机驱动电路SN754410芯片
左右直流电机左右编码器红外传感器
电路
光敏传感器
电路
麦克风电路LM386N 芯片
碰撞传感器
电路
启动电路电源稳压电路稳压芯片MAX603
6.6V 电池VCC(+5V)
扬声器驱动电路
地址锁存器74HC573N
32K RAM 28C256芯片
XTAL EXTAL VCC
PE3
RESET-PD4、PD5
PA5、PA6
PWM
PWM
脉冲
PA0、PA7
PE3
PE4
PD2、PD3PE0、PE1
TXD RXD PE2
PC0-PC7
STRA
D0-D7
LE
PC0-PC7
D0-D7
A8-A14
PB0-PB6
E A15
STRB
W-RESET-PB7PA3
图3.2 控制电路的总体设计
3.3各模块具体介绍
3.3.1电源模块
本文电源采用的是稳压芯片MAX603
1 MAX603介绍
MAX603是MAXIM公司生产的低压差线性稳压器，具有完善的欠压、过载、过热、输出短路等保护功能。

MAX603的管脚定义如图1。

各管脚说明如下：
IN：电源输入脚，范围为2.7-11.5V；
GND：接地；
OFF：输出关闭控制脚，低电平时输出关闭；
SET：输出电压反馈输入脚，该管脚接地时，MAX603固定输出5V，外接电阻网络时，可调节输出电压；
OUT：电压输出脚。

图1 MAX603管脚定义
2 电源模块电路原理图及分析
外接电源的接口如图2。

其中VBAT为控制电源接口（驱动小功率电机时，可复用为动力电源），VEXT为动力电源接口。

图2 电源接口原理图
充电电路以及开关电路如图3。

PWR1为充电接口。

当充电口接上外部充电电源时，VBAT 电池的电压小于外接电源电压，导致三极管Q801导通，发光二级管CHR发出红光提示正在充
电；当电池饱和时，电压与充电电源电压相近，三极管Q801关断，发光二极管CHR熄灭表示充电结束。

R804和R805为两个功率电阻，与二极管D802组成的回路组成电池充电电路。

F801为保险丝，KAIGUAN电路即为弹簧开关。

图3 充电及开关电路原理图
稳压电路及保护电路如图4。

SET端接地，使得输出为5V。

当电源正常连接时，OFF-端输入为高电平，输出打开，VCC为5V，发光二极管PWR发出绿光；当电源反接时，此时VDD 为负值，导致二极管ZD5导通，三极管Q7导通，集电极和发射极电位近似为地，OFF-端输入为低电平，输出关闭，保护主板不被损坏。

图4 稳压及保护电路原理图
电机电源复选电路如图5。

BEXT和SBAT为两个跳线（不可同时接通），当SBAT接通时VMOT 与VDD等势，表示动力电源与控制电源复用；当BEXT接通时VMOT与VEXT等势，表示动力电源与控制电源分离，使用独立的动力电池。

图5 电机电源复选电路原理图
3.3.2 微控制器电路
微控制器的电路包括单片机、启动电路以及系统时钟电路。

3.3.2.1 微控制器电路原理图及分析
结合对成本，运算速度，容量等多方面的考虑。

微处理器我们采用的是MC68HC11系列的单片机。

下面对此系列单片机做简单介绍
MC68HC11有4种工作模式，根据MODA和MODB来确定，如表2.1。

表2.1 MC68HC11单片机工作模式
MODB MODA 工作模式
1 0 单片模式
1 1 扩展模式
0 0 自引导模式
0 1 测试模式
（1）单片模式
使用时需要先将应用程序写入片内ROM，需要有合适的应用程序，否则无法工作。

（2）扩展模式
单片机提供外界数据总线和地址总线。

允许用户扩展RAM、EPROM和I/O。

扩展的地址和数据总线占用两个8位I/O口。

（3）自引导模式
单片机加电复位后，可以从串行口向芯片内部的256个字节RAM中装入一段程序，并开始执行这段程序。

（4）测试模式
该模式是工厂对产品进行测试用到。

3.3.2.2 MC68HC11系列单片机功能管脚[6]
MC68HC11系列单片机采用HCMOS技术制造，其CPU和I/O功能比其他系列单片机有大幅度
提高。

该型号单片机有8个模拟口，5个输入捕捉，3个PWM输出，16位地址，8位数据总线，串口以及4个通用I/O，内部结构框图如图2.2。

图2.2 MC68HC11单片机内部结构框图
1.电源和地线
VDD：电源，一般接+5V，也有低电源芯片，接+3.3V。

VSS：地线。

2.时钟线
EXTAL、XTAL：提供单片机的工作节拍时钟。

E信号：时钟信号频率的四分之一。

高进行外部总线操作，低进行内部操作。

3.数据和地址总线
数据总线口PC0-PC7在扩展模式下，数据总线和地址总线低位是复用的。

C口提供数据总线D0-D7D，并提供地址总线低8位A0-A7。

高八位地址总线由PB0-PB7提供。

4.串行接口（SCI）
TXD：数据发送。

RXD：数据接收。

5.复位和中断
RESET：复位信号，给出单片机工作起点。

IRQ、XIRQ：外部中断请求线。

6.工作模式选择线
MODA、MODB：复位信号锁存这两条管脚的电平状态决定单片机的初始工作模式，具体见上节内容。

7.参考电平
VRH、VRL：A/D变换用的参考电平输入线。

8.I/O口
PA0-PA7：A口与定时/计数有关的8条引线。

PE0-PE7：E口与A/D变换有关的8条引线。

PD2-PD5：SPI口与串行外设接口相关的4条引线。

本课题采用的是MC68HC11系列单片机中的MC68HC11E1CFN2。

MC68HC11E1CFN2单片机的管脚设置及系统时钟电路原理图如图2.3。

时钟电路由一个8M 晶振及电容电阻组成，接入单片机时钟线EXTAL、XTAL。

另外模拟参考输入VRH通过一个电感与VCC相连，使用电感的原因是在系统掉电后，电感释放储蓄的电能保证VRH任然维持在5V一段时间。

启动电路很简单，如图2.4。

单片机读取模拟输入PE3端口电压值判断，按钮松开时PE3的电压值保持为0，直到按钮按下使得PE3的电压值抬高至VCC，判断为启动成功。

图2.3 单片机及时钟电路原理图
图2.4启动电路原理图
3.3.2.3 MC68HC11E1CFN2单片机的功能管脚分配
单片机的管脚分配及对应的功能如表3.1。

表3.1 单片机管脚分配
管脚号管脚名称功能
1 VSS 接地，单片机电源供应端之一
2、3 MODB、MODA 单片机工作模式选择
4 STRA 接入地址锁存器，作为地址使能LE
5 E 输出为总线时钟2MHz
6 STRB 接入32K的RAM作为写控制
7、8 EXTAL、XTAL 接入8MHz晶振电路
9-16 PC0-PC7 数据总线D0-D7
17 RESET- 低电压复位
18 VPPE/XIRQ- 非可屏蔽中断置高
19 IRQ- 引出至功能扩展接口，作为功能扩展卡的中断请求
20、21 PD0/RXD、PD1/TXD 串口通信的接收与发送
22、23 PD2/MISO、PD3/MOSI 左右红外传感器发射控制端
SPI通信端口
24、25 PD4/SCK、PD5/SS- 控制电机转向
26 VDD 接入5V，单片机电源供应端之一
27、34 PA7、PA0 左右编码器脉冲信号输入端
28、29 PA6、PA5 左右电机PWM信号
30 PA4 LCD使能控制信号
31 PA3 扬声器、单极性直流电机、伺服电机驱动信号
32、33 PA2、PA1 功能扩展接口的输入捕捉口
35-42 PB7-PB0 高8位地址线A15-A8
43、45 PE0、PE1 左右光敏传感器信号采样输入
44 PE4 红外传感器红外线接收端信号输入
46、48、50 PE5、PE6、PE7 功能扩展接口模拟输入端
47 PE2 麦克风模拟信号输入端
49 PE3 碰撞传感器信号输入端、启动信号输入端
51、52 VRL、VRH 模拟输入参考电压
3.3.3 直流电机驱动
直流电机的驱动采用的是PWM控制方式。

电路的设计是使用芯片SN754410等效。

3.3.3.1 SN754410介绍
SN754410芯片是专用于直流电机驱动的芯片，能够实现半桥和全桥驱动，其管脚定义如图3.1。

图3.1 SN754410芯片管脚定义
12EN、34EN：输出使能控制端；
nA、nY：输入和输出信号；
（在使能端为高电平时，输入为高则输出为高，输入为低则输出为低。

）
VCC、GND：电源、地线。

3.3.3.2 直流电机驱动及编码器接口电路原理图及分析
左右轮直流电机驱动电路如图3. 2。

其中LPWM1、LPWM2引出作为左轮直流电机供电，RPWM1、RPWM2引出作为右轮直流电机供电。

单片机产生的PWM信号从PA5、PA6引出至EN、EN2。

U7-10、U7-2分别U7-15、U7-7逻辑取反，如图3.8.4。

U7-10、U7-2接连单片机的PD4、PD5，分别控制左右电机的转向。

图3. 2直流电机驱动电路原理图
编码器的接口和电机接口设计在一起，和机器人上的电机与编码器排线匹配，如图3. 2。

其中PA0和PA7接入单片机的PA0和PA7端，作为左右两个编码器传来的脉冲输入捕捉端口。

图3. 2 直流电机及编码器接口电路
3.3.4 红外传感器电路
红外传感器主要用于探测周围障碍物或障碍物的距离。

3.3.4.1 红外传感器及其工作原理介绍
在机器人的控制电路板前端的左右角上装设红外传感器发送端的接入接口，外接两只红外发射管（波长970nm ）；电路板前端的中间装设红外传感器接收端的接入接口，外接红外接收模块（接收滤波器的中心频率为38KHz ，可以检测的距离为10-80cm ）。

红外传感器在机器人上的布局如图4.1。

发射端向外以60度的散射角发射红外光。

遇到有障碍物时，红外光线发射回来，到达接收端。

机器人在一个检测周期内，左端发射红外光线，然后检测是否有左端反射回来的红外光，接着右端发射红外光线，然后检测是否有右侧反射回来的红外光。

可见接收端是分时复用的，可以把两次结果记录下来，在一个周期内可以检测到机器人周围的障碍物及其大致的方向。

障碍物
发射端
接收端
发射端
60°
图4.1 红外传感器的工作原理
3.3.
4.2 红外传感器电路原理图及分析
由于红外接收模块内部有一个38KHz 的带通滤波器，因此需要将红外发送端的信号调制在38KHz 左右，因此需要38KHz 的载波信号发生电路，如图
4.2
图4.2 载波发生器电路原理图
其中U6-1通过74HC14P反相输出U6-2（波形整形为方波），U6-2与U6-4逻辑取反，如图4.3因此U6-4端为38KHz方波信号。

红外线发射的控制如图4.4。

U6-10和U6-12用来控制三极管Q3和Q4的开关（低电压开，高电压关），进而控制IRL和IRR接口上红外线发射管的工作。

U2-22和U2-23连接单片机的PD2和PD3端。

当单片机的PD2和PD3端输出低电平时，二极管D2和D3导通，U6-11和U6-13为低电平，U6-10和U6-12为高电平，三极管Q3和Q4关闭，发射端不工作；当单片机的PD2和PD3端输出高电平时，二极管D2和D3关闭，U6-11和U6-13的电位同U6-4为38KHz方波信号，进而通过反向器得到的U6-10和U6-12也是一个38KHz的方波信号，三极管Q3和Q4按38KHz的频率打开和关闭，这样发射端的工作频率亦为38KHz，实现将红外线信号调制在38KHz。

图4.4 红外传感器信号处理原理图
变阻器AR1和AR2可以控制发射管的发射强度，如图4.5，引出端相当于是分压。

三极管Q3、Q4的基极电压越大，分配在发射管上的电压就越小，发射功率越小，实现红外发射强度的调整。

接受端接口引出电源下拉电阻和地线作为能源供给。

接收端的信号线接入单片机模拟口PE4，供单片机采样。

图4.5红外传感器发射端和接收端接口原理图
3.3.5 光敏传感器电路
3.3.5.1 光敏传感器及其工作原理
光敏传感器的原理基于光敏电阻的阻值随光线强度变化而变化的特性。

其阻值在很暗的环境下为几百千欧，室内照度下几千欧，阳光或强光下几十欧姆。

利用阻值变化这个特性，可以将其转化为电压信号的变化，给单片机模拟输入端口读取。

在实验用机器人的控制电路板的左上角和右上角有光敏传感器的接入接口，两个引线接光敏电阻的两端。

光敏传感器电路因其原理本身简单，因此电路的设计也简单，如图 5.1。

可以看到左右两个传感器的光敏电阻与10千欧的电阻串联分压。

PE1和PE0端接连单片机的模拟输入口PE1和PE0，它们的电压即为两个光敏电阻的电压，该电压值随着光敏电阻大小变化而分压发生变化。

图5.1 光敏传感器电路原理图
3.3.6 碰撞传感器电路
3.3.6.1 碰撞传感器及其工作原理
电路原理如图6.1。

中间四个箭头即碰撞开关，未碰撞时接地，电位输出0。

当发生机械碰撞时，开关跳变，接连到右侧的回路中，电位输出端电压即发生了变化。

这样根据对电位输出端电压值读取，即可得知那个碰撞开关发生碰撞，也就知道了该碰撞开关所在方位发生碰撞。

VCC
电位输出46.7K
46.7K
46.7K
46.7K
3.9K
2.2K
1K
1K
图6.1 碰撞传感器工作原理
3.3.6.2 碰撞传感器电路原理图及分析
碰撞传感器原理图的设计就是按照图6.1设计的。

电路原理图如图6.2。

这里需要解释的是由碰撞开关至电位输出端的四个电阻采用排阻的方式，RP1即为排阻接口。

PE3为电位输出端，接入单片机的PE3模拟输入口。

BP1、BP4、BP7、BP10接连碰撞开关的固定端。

BP2、BP5
、BP8、BP11接连碰撞开关碰撞接入端。

图6.2 碰撞传感器及接口电路原理图
3.4 实验用移动机器人控制电路的PCB图
上面几节已经分模块介绍各个功能模块的电流原理图，最后在Protel软件平台上绘制了实验用移动机器人控制电路的PCB图，如图3.4
图3.4 实验用移动机器人控制电路的PCB图
4 机器人控制电路的调试
上面完成了对电路设计的介绍，本章将对成品进行调试。

调试使用到的工具包括万用表、示波器。

调试使用的软件平台是交互式C语言（JC）。

4．1 直流电机功能调试结果
4.1.1 调试方法
利用JC编程实现电机不同转速下的正反转。

记录正反转在100%、50%、25%、0%的PWM 占空比下，单片机控制端口（PA5、PA6）的输出波形以及直流电机端口电压波形及其平均值。

4.1.2 调试结果
直流电机端口的电压平均值随着单片机产生的不同占空比PWM信号的变化如表1.2。

可见电机接口两端的电压在正转时取正，反转时取负，停止时取值基本为0（测得的平均电压受噪声干扰），并且电压的大小随PWM占空比单调变化。

表1.2 直流电机电压平均值测试结果
控制信号停止
正转反转
100% 50% 25% 100% 50% 25%
电压（V）-0.013 6.058 4.762 3.304 -6.023 -4.797 -3.267 示波器波形图如下
对于正转100%占空比，PA5口及电机接口的电压波形如图1.2
图1.2正转100%占空比时的PA5口波形（左）和电机接口波形（右）对于正转50%占空比，PA5口及电机接口的电压波形如图1.3
图1.3 正转50%占空比时的PA5口波形（左）和电机接口波形（右）对于正转25%占空比，PA5口及电机接口的电压波形如图1.4
图1.4正转25%占空比时的PA5口波形（左）和电机接口波形（右）对于停止时，PA5口及电机接口的电压波形如图1.5
图1.5 电机停止时的PA5口波形（左）和电机接口波形（右）
对于反转25%占空比，PA5口及电机接口的电压波形如图1.6
图1.6 反转25%占空比时的PA5口波形（左）和电机接口波形（右）对于反转50%占空比，PA5口及电机接口的电压波形如图1.7
图1.7 反转50%占空比时的PA5口波形（左）和电机接口波形（右）对于反转100%占空比，PA5口及电机接口的电压波形如图1.8
图1.8反转100%占空比时的PA5口波形（左）和电机接口波形（右）
4．2 红外传感器电路调试结果
4.2.1 调试方法
利用JC编程驱动红外传感器。

在机器人前端不同距离上放置障碍物，用万用表记录下单片机上红外接收器信号接收口（PE4）的电压值。

4.2.2 调试结果
当机器人前端没有障碍物，以及分别在5cm、10cm、15cm、20cm处放置障碍物时，PE4口的电压如表2.1所示。

可见在不存在障碍物时，反馈得到5V左右的电压信号；在检测到障碍物时，反馈得到3V左右的电压信号。

这样只要设定比较电压4V即可通过单片机读取电压判断是否有障碍物，红外传感器电路是可行的。

表2.1 红外传感器调试结果
障碍物与机器人距离∞5cm 10cm 15cm 20cm PE4的电压(V) 4.895 3.085 3.024 3.062 3.082
4．3 光敏传感器调试结果
4.3.1 调试方法
只需要在不同光线强度下，读取单片机上相应接口（PE0和PE1）的电压值。

4.3.2 调试结果
光线的强度没有具体数值，只是模糊范畴的表达亮度：极暗、灰暗、白炽灯光照下、强光下。

不同的光线强度下，PE0和PE1端口读取的光敏传感器电压值如表3.1。

可见随着光线强度的增强，读取到的电压值随之变小。

因此单片机通过此光敏传感器可以感知周围光线强度，证实光敏传感器电路是可行的。

表3.1光敏传感器调试结果
光线强度极暗灰暗白炽灯下强光下
PE0（V） 4.916 4.701 3.606 2.643
PE1（V） 4.918 4.593 3.723 2.827
4.4 碰撞传感器调试结果
4.4.1 调试方法
碰撞传感器的原理就是利用碰撞开关来实现分压的变化。

因此调试的方法只要测量几个碰撞传感器开关发生碰撞时，单片机模拟口PE3的电压值。

4.4.2 调试结果
机器人上配有四个碰撞开关，其分布及编号见图 5.1。

调试时，测量了四个碰撞传感器单独机械碰撞闭合以及无碰撞时，PE3口的电压，结果如表5.1。

可见不同碰撞开关发生碰撞，会导致单片机的模拟输入口PE3的电压发生变化，这样单片机就可以由此判断碰撞发生的方向，因此碰撞传感器是可行的。

表4.1 碰撞传感器调试结果
碰撞开关编号 1 2 3 4 无
PE3的电压（V）0.679 1.282 0.198 0.344 0.049
碰撞开关
12
43
图4.1 碰撞开关的分布及编号
结论
本研究是基于传统单任务顺序执行机制不能满足智能轮式移动机器人对控制系统实时性的要求的基础上展开的。

旨在设计出套适用于小型轮式移动机器人的实时性好，可靠性高，灵活性强的控制电路。

控制电路包括了红外传感器模块、光敏传感器模块、碰撞传感器模块、直流电机模块等
主要完成了以下几个方面的工作
1.学习并掌握了Protel电路设计软件；
2.学习并掌握了机器人超声传感器、红外传感器、碰撞传感器、电机等工作
原理；
3.完成了轮式移动机器人控制系统的硬件原理图设计；
4.完成了轮式移动机器人控制系统的PCB板设计；
5制作PCB板实物，并进行调试工作，并完成了本项目的结题报告。

最终从调试结果可以论证本课题设计的实验用移动机器人控制电路是可行的。

使用者可以依靠这款控制电路完成诸如自主避障、自主循迹等功能，并且其实时性，可靠性以及各项功能的响应速度（包括制动、加速、减速、爬坡等）都有很好的提高。

本文设计的控制电路也存在缺点，即地线处理不完善。

在进行电路测试时，地线出现的噪声峰值达到180mV左右，显然噪声太大。

解决办法可以将地线加宽，比电源线宽；在电源线和地线之间加去耦电容；将模拟地和数字地隔离。

感谢
在长达一年的过程中，我们遇到了很多挫折和困难，感谢李胜副教授对我们耐心的指导以及鼓励。

李胜副教授渊博的知识已经循循善诱的教学方法，让我们收获良多。

在此对李胜老师表示由衷的感谢！。