基于Motorola单片机的机器人追跑控制系统

机器人作为人类20世纪最伟大的发明之一，在短短的40年内发生了日新月异的变化。随着计算机技术、通信技术、传感器技术等的发展，机器人之间的互动成为机器人技术的一大热点。
    本文设计了一种基于摩托罗拉MC68HC08系列单片机的机器人追跑控制系统，用于研究机器人之间的简单互动。
移动机器人行为描述   
    在此系统中，我们将两个移动机器人一个命名为“猫”，一个命名为“鼠”。当两个机器人都无法接收到对方发出的信号时，机器人“猫”以S形前进，机器人“鼠”在原地进行180度摆动；当机器人“猫”检测到机器人“鼠”发出的信号时，以直线追向机器人“鼠”的方向，而机器人“鼠” 同时接收到“猫”的信号，以直线向前移动，以躲避“猫”的追赶，直至逃出“猫”的接收范围，重复无法接收到信号时的行为；如果“猫”在一段时间内都无法发现“鼠”的存在，就发出声音报警。在整个过程中，由于环境未知，“猫”和“鼠”都有避障控制，而且可以根据不同的行为状态，播放不同的音乐。
系统硬件设计   
    “猫”、“鼠”两个机器人的电路设计基本相同，都是由单片机系统、红外收发模块、电机控制模块和语音模块构成，其不同是红外线发射管和接收管阵列的排列有所不同。单片机选用Motorola公司的8位微处理器M68HC908GP32（42管脚封装）；红外收发模块使用PT2262和放大器组成的简单红外线收发电路；电机控制模块选用L293D进行电机驱动；语音模块选用ISD25120控制放音。另外，系统地电源模块使用12V干电池。   
单片机系统   
    MC68HC08系列中的单片机是Motorola公司1999年推出的8位微控制器，具有速度快、功能强、功耗小及价格等特点。
    我们在设计中选用的M C68H C908GP32单片机是MC68HC08系列微控制器的第一 批产品，其特点是片内资源丰富、高性能，低价位，且具有多种保护功能，适用于各种数据处理平台搭建。在这里我们主要用它完成红外信息融合、电机控制及语音播放控制。
    设计中，两个机器人上单片机的主要端口设置相同，如表1所示。另外避碰的三个触点开关控制为PTB0、PTB6、PTA7。   
红外收发模块   
    红外发射模块使用PT2262和红外发射管阵列构成的红外发射电路。红外接收电路使用红外接收管阵列和放大器组成。接收到的信号输入至单片机的PTB7端口，经过A/D转换后，送入处理器，以控制机器人的行为转换。
电机控制模块   
    电机驱动电路采用基于双极性H-桥型脉宽调整方式PWM的集成电路L293D。L293D具有很多优点，如电流连续；电机可四角限运行；电机停止时有微振电流，起到“动力润滑”作用，消除正反向时的静摩擦死区；低速平稳性好等。L293D通过内部逻辑生成使能信号。H-桥电路的输入量可以用来设置马达转动方向，使能信号可以用于脉宽调整（PWM）。另外，L293D将2个H-桥电路集成到1片芯片上，这就意味着用1片芯片可以同时控制2个电机。
    机器人有三个车轮，两个使用电机控制，另一个为万向轮，因此使用1片L293D进行控制即可。将两路PMW控制信号分别接至两路电机控制的使能引脚EN12和EN34，通过调整PWM的占空比可以调整电机的转速。将电机正反转控制线分别接入IN1、IN2、IN3和IN4，，通过写入不同的值控制两个电机的正转和反转。   
语音模块   
    为了区别移动机器人的各个不同状态，我们使其在做出不同动作的同时，可以播放不同的声音。为了达到这个目的，语音控制部分选用语音芯片ISD25120。ISD25120的录放时间为120秒，录音最多能分600段。只要在分段录/放音操作前(不少于300纳秒)，给地址A0"A9赋值，录音及放音功能均从设定的起始地址开始。
    在设计时，除了用单片机控制ISD25120的复位和触发端外，使用四位I/O控制芯片的放音起始地址。在初始化时，分别将两个机器人的不同信息写入语音芯片的A0"A3，选择放音；在动作过程中，在行为发生改变时，写入新的信息，改变放音选择，播放不同音乐。   
系统软件设计   
    系统软件主要由主程序模块、中断服务程序模块、语音控制模块和运动规划模块等部分组成。整个系统的软件部分采用汇编语言编写。
结论   
    经过实验证明，两个机器人在不受外界干扰的情况下，能够正确地完成追跑动作。此设计为研究机器人之间简单互动提供了试验平台。在以后的研究中，通过改变传感器位置及内部程序，可以改变二者间的互动关系，例如协作等，进行更深的研究。