摘 要
室内移动机器人作为现代的新发明，是未来的发展方向，它能够在一个环境里按照预定的模式自行运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等用途。近几年来，定位技术是移动机器人的主要研究方向之一。随着信息产业的发展，全球定位系统GPS运用广泛，但是GPS难以用于室内环境.另一方面，室内移动机器人的社会需求也越发广泛，定位是移动机器人实现自主导航的基础，所以采用AT89S52单片机为控制核心，通过超声波传感器来实现室内移动机器人的全局定位。
关键词：室内移动机器人，定位，超声波
Abstract
ndoor mobile robot as a modern invention, is the future direction of development. It can in an environment according to the predetermined pattern operate on their own, do not need artificial management, can be used in scientific exploration and other purposes. In recent years, positioning technology is one of the main research directions of mobile robots. With the development of information industry and the global positioning system (GPS) is widely used. However, GPS can be used in indoor environment. On the other hand, the social needs of the indoor mobile robot is more and more widely, positioning is to realize autonomous navigation of mobile robot. So the AT89S52 microcontroller as the control core, by means of ultrasonic sensors to achieve indoor mobile robot global localization.
Keywords: indoor mobile robot, localization, ultrasonic
目 录
摘 要........................................................................................................... 错误！未定义书签。 Abstrac .......................................................................................................... 错误！未定义书签。 第一章 绪论................................................................................................. 错误！未定义书签。
1.1超声波测距系统概述..................................................................... 错误！未定义书签。 1.2单片机应用系统概述..................................................................... 错误！未定义书签。 1.3本设计任务的主要内容................................................................. 错误！未定义书签。 第二章 超声波测距系统............................................................................................................... 9
2.1超声波的概述................................................................................................................... 9
2.1.1超声波的传播速度.............................................................................................. 9 2.1.2超声波的物理性质............................................................................................ 10 2.1.3超声波对声场产生的作用................................................................................ 12 2.2超声波传感器........................................................................................................ 13 2.3 超声波测距系统............................................................................................................ 13 2.3.1超声波测距系统的组成.............................................................................................. 13 2.3.2超声波测距系统的原理.................................................................................................... 14 第三章 系统主要硬件的设计..................................................................................................... 16
3.1方案论证与比较............................................................................................................. 16
3.1.1超声波发射电路................................................................................................ 16 3.1．2超声波接收电路.............................................................................................. 17 3.2单片机主机系统电路..................................................................................................... 20
3.2.1单片机电路........................................................................................................ 21 3.2.2复位电路............................................................................................................ 21 3.2.3时钟电路............................................................................................................ 22 3.2.4按键电路............................................................................................................ 22 3.2.5蜂鸣器电路........................................................................................................ 23 3.3超声波发送电路............................................................................................................. 23 3.4超声波接收电路............................................................................................................. 24 3.5温度采集DS18B20电路 ............................................................................................... 25 3.6LCD显示电路................................................................................................................. 26 3.7电源电路......................................................................................................................... 27 第四章 系统软件的设计............................................................................................................. 29
4.1系统程序的结构 ................................................................................................. 29 4.2系统主程序..................................................................................................................... 29 4.340KHz超声波发送程序 ................................................................................................. 30 4.4超声波的接收和处理..................................................................................................... 30 4.5DS18B20温度采集程序 ................................................................................................. 30
4．5.1DS18B20的初始化 ......................................................................................... 30 4.5.2字节写入DS18B20程序 ................................................................................ 31 4.5.3字读DS18B20程序 ......................................................................................... 31
4.5.4DS18B20温度读取函数 .................................................................................. 31 4.6距离计算程序................................................................................................................. 31 4.7数据转换程序................................................................................................................. 32 4.8LCD显示程序................................................................................................................. 32 4.9基于Proteus的软件仿真............................................................................................... 32 5.1元件选择......................................................................................... 错误！未定义书签。 5.2Altium Designer原理图的绘制 ...................................................... 错误！未定义书签。 5.3元件封装的建立............................................................................. 错误！未定义书签。 5.4PCB的电磁兼容设计 ..................................................................... 错误！未定义书签。
5．4.1抑制干扰源 ................................................................... 错误！未定义书签。 5.4.2切断干扰传播途径 ......................................................... 错误！未定义书签。 5.4.3提高敏感器件抗干扰性能 ............................................ 错误！未定义书签。 5.4.4其他常用抗干扰措施 .................................................... 错误！未定义书签。 5.4.5印制电路工艺抗干扰 .................................................... 错误！未定义书签。 5.5PCB板的布局布线 ......................................................................... 错误！未定义书签。 第六章 误差分析及改进 .......................................................................... 错误！未定义书签。
6.1误差分析......................................................................................... 错误！未定义书签。 6.2改进................................................................................................. 错误！未定义书签。 参考文献....................................................................................................... 错误！未定义书签。 结束语........................................................................................................... 错误！未定义书签。 附录............................................................................................................... 错误！未定义书签。
附录A系统原理图： .......................................................................... 错误！未定义书签。
附图一........................................................................................... 错误！未定义书签。 附图二........................................................................................... 错误！未定义书签。 附录B、C源程序： ................................................................... 错误！未定义书签。
1 绪论
1.1 移动机器人的研究历史
上个世纪60年代，随着微电子学和计算机技术的迅速发展，自动化技术也取得了飞跃性的变化。开始出现了现在普遍意义上的机器人。1959年，美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，取名“尤尼梅逊”，意为“万能自动”。尤尼梅逊的样子像一个坦克炮塔，炮塔上伸出一条大机械臂，大机械臂上又接着一条小机械臂，小机械臂再安装着一个操作器。这三部分都可以相对转动、伸缩，很像是人的手臂了。它的发明人专门研究运动机构与控制信号的关系，可以编制程序让机器记住并模仿、重复进行某种动作。英格伯格和德沃尔认为汽车制造过程比较固定，适合用这样的机器人。于是，这台世界上第一个真正意义上的机器人，就应用在了汽车制造生产中。
经过半个多世纪的发展，机器人已经在很多领域中取得了巨大的应用成绩，其种类也不胜枚举，几乎各个高精尖端的技术领域更是少不了它们的身影。在这期间，机器人的成长经历了三个阶段。第一代机器人是简单的示教再现型机器人，这类机器人需要使用者事先教给它们动作顺序和运动路径，再不断地重复这些动作。目前在汽车工业和电子工业自动线上大量使用的就是这类机器人。它们基本上没有感觉也不会思考。第二代机器人是低级智能机器人，或称感觉机器人。和第一代机器人相比，低级智能机器人具有一定的感觉系统，能获取外界环境和操作对象的简单信息，可对外界环境的变化做出简单的判断并相应调整自己的动作，以减少工作出错、产品报废。因此这类机器人又被称为自适应机器人。20世纪90年代以来，在生产企业中这类机器人的台数正逐年增加。第三代机器人是高级智能机器人。它不但有第二代机器人的感觉功能和简单的自适应能力，而且能充分识别工作对象和工作环境，并能根据人给的指令和它自身的判断结果自动确定与之相适应的动作。这类机器人目前尚处于实验室研究探索阶段。
移动机器人是一种集环境感知，路径规划，行为控制等多项功能于一体的高智能化机械系统，能够连续、实时地实现自主控制。其中环境感知是指机器人所使用的各种传感器，它相当于机器人的感觉器官，目前机器人应用比较多的传感器有：超声波传感器、红外传感器、视觉传感器、激光测距传感器、味觉传感器等等。而超声波机器人由于它的成本低，不易受空气环境的影响，一直是机器人发展的一个方向。
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1.2 移动机器人的研究意义
机器人的应用越来越广泛，从工业走向农业、服务业；从产业走进医院、家庭；从陆地潜入水下、飞往空间??机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。
我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：家务型机器人、操作型机器人、程控型机器人、示教再现型机器人、数控型机器人、感觉控制机器人、适应控制型机器人、学习控制型机器人、智能机器人等。
家务型机器人：能帮助人们打理生活，做简单的家务活。
操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。
程控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。 示教再现型机器人：通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。
数控型机器人：不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。
感觉控制型机器人：利用传感器获取的信息控制机器人的动作。 适应控制型机器人：能适应环境的变化，控制其自身的行动。
学习控制型机器人：能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。
智能机器人：以人工智能决定其行动的机器人。
在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。
由此可知，无论是对民生还是军事，各个国家都已经把发展机器人技术放在重要位置上了。
所以说，对于超声波机器人或者智能机器人的研究是十分有意义的。