一种基于AVR单片机的移动机器人控制系统的制作方法

本实用新型涉及移动机器人控制技术领域，具体为一种基于AVR单片机的移动机器人控制系统。

背景技术：

随着计算机、网络、机械电子、信息、自动化以及人工智能等技术的飞速发展，移动机器人的研究进入了一个崭新的阶段。同时，太空资源、海洋资源的开发与利用为移动机器人的发展提供了广阔的空间。目前，智能移动机器人，无人自主车等领域的研究进入了应用的阶段，随着研究的深入，对移动机器人的自主导航能力，动态避障策略，壁障时间等方面提出了更高的要求。地面智能机器人路径规划，是行驶在复杂动态自然环境中的全自主机器人系统的重要环节，而地面智能机器人全地域全自主技术的研究，是当今国内外学术界面临的挑战性问题。

移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标自主运动，从而完成一定功能的机器人系统。理想的自主移动机器人可以不需人的干预在各种环境中自主完成规定任务，具有较高的智能水平，但目前全自主的移动机器人还大多处于实验阶段，进入实用的多为自主移动机器人，通过人的干预在特定环境中执行各种任务，而遥控机器人则完全离不开人的干预。

智能移动机器人是一类能够通过传感器、感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标自主运动，从而完成一定功能的机器人系统。移动机器人技术研究综合了路径规划、导航定位、路径跟踪与运动控制等技术。涉及包括距离探测、视频采集、温湿度以及声光等多种外部传感器，作为移动机器人的输入信息。移动机器人的运动控制主要是完成移动机器人的运动平台，提供一种移动机器人的控制方式。性能良好的移动机器人运动控制系统是移动机器人运行的基础，能够服务于移动机器人研究的通用开发平台。

随着移动机器人技术的发展及其在工业军事等领域中的广泛应用，有关移动机器人的理论设计制造和应用的新的技术学科——机器人学，已经逐渐形成，并越来越引起人们广泛的关注。机器人学是一门综合性很强的学科，它涉及现代控制技术、传感器技术、计算机系统和人工智能等多门学科.但是它又有自身的系统性和专业性。内容极为丰富、广泛，其中专业性比较强的有机器人动力学和运动学、机器人轨迹规划和运动控制、机器人的传感技术、机器人的编程语言、机器人的智能和任务规划等。其中机器人的运动控制是实现机器人航迹控制的关键。

技术实现要素：

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种基于AVR单片机的移动机器人控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种基于AVR单片机的移动机器人控制系统，包括：控制器，所述控制器上连接有串口通信电路、仿真电路接口，所述控制器通过串口通信电路、仿真电路接口连接于舵机 及传感器驱动电路，所述舵机及传感器驱动电路连接有移动机器人舵机、传感器组，所述控制器包括单片机，所述单片机上连接有时钟电路、复位电路、I/O端口扩展电路，所述控制器上连接有电源供电电路。

所述传感器组红外距离传感器、转矩传感器、红外遥控器、声音探测传感器、光度探测传感器、温度探测传感器和蜂鸣器。

所述电源供电电路包括12V蓄电池组、调压稳压电路，12V蓄电池组通过调压稳压电路连接于控制器上。

所述单片机为AVR单片机，AVR单片机工作电压宽，在1.8～6V之间。

所述时钟电路用于为系统提供时钟源，时钟电路外接了一个16M的外部晶振，即在ATmega128片内振荡器的反相放大放大器输入端XTAL 1和输出端XTAL2与外部晶振的两端相连，晶振两端均需要接22pF左右的电容。

所述串口通讯电路有两个串口:USARTO与USARTI，其中串口0用于跟舵机的半双工通信；串口1用于与PC机的异步串行通信。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型设计合理、新颖，整体控制功耗小，反应灵敏，可以大大提高移动机器人的操作精度。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理图。

图2为本实用新型的单片机电路原理图。

图3为本实用新型的仿真电路接口电路原理图。

图4为本实用新型的串口通信电路电路原理图。

图5为本实用新型的舵机及传感器驱动电路电路原理图。

图6为本实用新型的调压稳压电路电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1～6所示，一种基于AVR单片机的移动机器人控制系统，包括：控制器，所述控制器上连接有串口通信电路、仿真电路接口，所述控制器通过串口通信电路、仿真电路接口连接于舵机及传感器驱动电路，所述舵机及传感器驱动电路连接有移动机器人舵机、传感器组，所述控制器包括单片机，所述单片机上连接有时钟电路、复位电路、I/O端口扩展电路，所述控制器上连接有电源供电电路。

所述传感器组红外距离传感器、转矩传感器、红外遥控器、声音探测传感器、光度探测传感器、温度探测传感器和蜂鸣器。

所述电源供电电路包括12V蓄电池组、调压稳压电路，12V蓄电池组通过调压稳压电路连接于控制器上。

所述单片机为AVR单片机，AVR单片机工作电压范围宽，工作电压宽，在1.8～6V之问，电源的抗干扰能力强；低功耗，AVR单片机具有6种休眠功能:空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以及扩展的Standby模式，并且能够从低功耗模式中迅速唤醒。

所述时钟电路用于为系统提供时钟源，虽然ATmega128已经内置RC振荡线路，可以产生1M,2M,4M,8M的时钟信号作为系统时钟源。不过，内置的毕竟是RC振荡，在一些要求较高的场合，比如要与RS232通信需要比较精确的波特率时，建议使用外部的晶振线路。因此，外接了一个16M的外部晶振，即 在ATmega128片内振荡器的反相放大放大器输入端XTAL 1和输出端XTAL2与外部晶振的两端相连，晶振两端均需要接22pF左右的电容。

复位电路用于为系统复位，其实ATmega128已经内置了上电复位设计，并且在熔丝位里，可以控制复位时的额外时间，故AVR外部的复位线路在上电时，可以设计得很简单:直接拉一个10K的电阻到VCC即可(R1)。为了可靠，再加上一个0.1uF的电容(C15)以消除干扰、杂波。D1(1N4148)的作用有两个:一是将复位输入的最高电压钳在VCC+0.5V左右，另外一个事系统断电时，将R1(10K)电阻短路，让C15快速放电，让下一次来电时，能产生有效的复位。另外，当AVR在工作时，按下S1开关时，复位脚变成低电平，触发AVR芯片复位。

所述串口通讯电路有两个串口:USARTO与USARTI，两个串口都可以实现半双工或全双工通信。其中串口0用于跟舵机的半双工通信；串口1用于与PC机的异步串行通信。RS-232是PC机与下位机通信中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232的电平为EIA电平，采用负逻辑，即-3～15V表示逻辑“1”，+3～+15V表示逻辑“0”。而ATmega128的TXD,RXD引脚上是TTL电平，因此必须通过接口转换芯片，将TTL电平转换为PC机串口匹配的电平。其中J1为9针串口头，它的各引脚功能为载波检测、接收数据、发送数据DTE准备好、信号地、DCE准备好、请求发送、清楚发送以及振铃指示，但是在实际操作中，一般只需三条线，即将第2,3,5脚接到对应的信号上即可。T1IN和R1OUT端为TTL电平端，分别与单片机的TXD1和RXD1相连，T1OUT和R1IN端为RS-232接口端，分别接DB9的2,3脚，把地线接一块共地就可以了。

所述红外距离传感器是以红外线为介质，利用红外线反射原理对障碍物距离进行探测反馈。它由一对红外信号发射管和接收管构成，发射管发射特定频率的红外信号，接收这种频率的红外信号，当检测方向有障碍物时，反射回来的红外信号被接收管接收，经过处理之后，就能获得障碍物的距离数据。红外传感器有不受可见光影响，白天黑夜均可测量的优点，而且角度灵敏度高、结构简单、价格较便宜。

所述转矩传感器是利用扭轴把转矩转换成扭应力或扭转角，再转换成与转矩成一定关系的电信号的传感器。扭轴的形式有实心轴、空心轴、矩形轴等。按照作用原理不同，扭应力式转矩传感器可分为电阻应变式和压磁式两种；扭转角式转矩传感器可分为振弦式、光电式和相位差式三种。

所述声音探测传感器是机器人另一种必需的外传感器，它原理是是将声源通过空气振动产生的声波转化为电信号进行测量。AX-S1以3800Hz的频率来检测声音，不但能检测声音的大小，还能检测声音的次数，并把数据存放在相应的寄存器地址中。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。