一種基于51單片機的智能安防機器人設(shè)計

李辰迪　王艷新　馬立婧　藺鶴　余虹

摘 要：就人力安防而言，機器人安防更具實時性和可靠性。本文提出了一種智能安防機器人的設(shè)計方案，機器人以51單片機為核心，使用輪子進行移動，利用各類傳感器對環(huán)境進行監(jiān)測，通過無線技術(shù)實現(xiàn)遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸。除了固有的險情報警、環(huán)境檢測、自動巡邏等功能外還預(yù)留接口供日后功能的拓展。該方案成本低，易維護，應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：安防機器人；51單片機；傳感器

引言

智能安防機器人是現(xiàn)今智能安防技術(shù)發(fā)展的一個方向，相較于傳統(tǒng)的人力安防，智能安防機器人更具有實時性和可靠性，在各種危險場所（如化學(xué)品倉庫等）尤為突出。智能安防機器人基本組成是一套傳感器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，針對定點放置報警器使用范圍小和不靈活的缺點，安防機器人能夠自由移動，任意設(shè)置監(jiān)測點。這使其具有了很廣闊的研發(fā)和應(yīng)用前景。

目前市面上已有的安防機器人大都進口于國外，價格十分昂貴，維護也比較困難。故設(shè)計一個成本低，維護簡易的安防機器人很有意義。本文所提供的方案采用了51單片機為核心，模塊化的傳感器和驅(qū)動裝置。這使得軟硬件制作和維護成本控制在了很低的范圍內(nèi)，性能價格比十分突出。

1 硬件方案

1.1 控制器

機器人的控制器使用型號為STC12C5A60S2的51單片機。其主要特性是一個時鐘指令周期，除了具備傳統(tǒng)51單片機所有的功能外還集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、脈沖寬度調(diào)制輸出（PWM）、同步串行外圍接口（SPI）和片內(nèi)電可擦可編程只讀存儲器（EEPROM）等拓展功能。

1.2 驅(qū)動器

機器人采用輪子進行移動，由兩個差速輪和兩個萬向輪（用作支撐）組成，主動輪直接用42步進電機驅(qū)動，電機使用型號為L298的雙H橋電機驅(qū)動芯片和型號為L297步進電機控制芯片組成。其具有外圍元件和控制信號線少的優(yōu)點。

1.3 傳感器

擬采用溫度、濕度、氣壓、光敏傳感器來檢測環(huán)境數(shù)據(jù)，熱釋電紅外、火焰、煙霧傳感器作為報警依據(jù)，紅外、地磁、超聲波傳感器用來控制機器人運動和避障。

為了使制作和數(shù)據(jù)處理方便，上述傳感器大都選用數(shù)字式輸出的器件或模塊。如DHT11傳感器可提供溫濕度數(shù)據(jù)，BMP085提供溫度和氣壓數(shù)據(jù)，MQ系列傳感器提供煙霧報警功能，US-100模塊可產(chǎn)生超聲波進行測距，還有HMC5883指南模塊為機器人辨別方向。

1.4 遠程控制器

使用者要對機器人進行控制除了直接通過機器人身上的按鍵外還可利用無線通信來控制。近距離控制可采用紅外來遙控，遠距離控制擬采用2.4G無線傳輸模塊。目前較為常見的型號有NRF24L01，其具有體積小、功耗低、傳輸速率快、性價比搞的優(yōu)點，很適合用來連接用戶的電腦和機器人進行通訊。

1.5 電源

使用鋰電池提供能源，分兩組7.2V供電，一組8000mAh直接給驅(qū)動部分供電，另外一組5000mAh經(jīng)降壓至5V后給控制部分和傳感器供電。

2 系統(tǒng)方案

機器人電氣結(jié)構(gòu)如下圖所示

3 軟件方案

由于機器人由兩塊單片機聯(lián)合控制，之間靠串口通訊，所以需要編寫兩套程序。1號單片機用來操作行走、避障和無線收發(fā)，2號單片機用來操作傳感器、顯示器和存儲器等。由于一一列出程序流程圖比較復(fù)雜，故簡化為以下單一流程圖。

4 總結(jié)

本方案設(shè)計的智能安防機器人具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠實用，價格低廉的優(yōu)點。日常生活中可實地用于倉庫、檔案室、圖書館和實驗室等地，通過加裝遠程攝像頭還能兼作移動監(jiān)控站。本設(shè)計的提出給企業(yè)提供了降低勞動成本的選擇方案，同時能推進智能化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]魏立明.智能建筑消防與安防[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010，03.

[2]吳波，陳琪主編.工程創(chuàng)新設(shè)計與實踐教程——創(chuàng)新設(shè)計及機器人實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009，01.

[3]王文杰，許文斌.單片機應(yīng)用技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008，06.

[4]劉海濤.8051單片機C語言程序設(shè)計與實例解析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[5]王俊杰.傳感器與檢測技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，2011.