一種基于51單片機的智能安防機器人設計

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境進行監測，通過無線技術實現遠程控制和數據傳輸。除了固有的險情報警、環境檢測、自動巡邏等功能外還預留接口供日后功能的拓展。該方案成本低，易維護，應用前景廣闊。

關鍵詞：安防機器人；51單片機；傳感器

引言

智能安防機器人是現今智能安防技術發展的一個方向，相較于傳統的人力安防，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和控制系統，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，任意設置監測點。這使其具有了很廣闊的研發和應用前景。

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，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51單片機所有的功能外還集成了模數轉換器（ADC）、脈沖寬度調制輸出（PWM）、同步串行外圍接口（SPI）和片內電可擦可編程只讀存儲器（EEPROM）等拓展功能。

1.2 驅動器

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步進電機驅動，電機使用型號為L298的雙H橋電機驅動芯片和型號為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點。

1.3 傳感器

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

為了使制作和數據處理方便，上述傳感器大都選用數字式輸出的器件或模塊。如DHT11傳感器可提供溫濕度數據，BMP085提供溫度和氣壓數據，MQ系列傳感器提供煙霧報警功能，US-100模塊可產生超聲波進行測距，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直接給驅動部分供電，另外一組5000mAh經降壓至5V后給控制部分和傳感器供電。

2 系統方案

機器人電氣結構如下圖所示

3 軟件方案

由于機器人由兩塊單片機聯合控制，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，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雜，故簡化為以下單一流程圖。

4 總結

本方案設計的智能安防機器人具有結構簡單，可靠實用，價格低廉的優點。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控站。本設計的提出給企業提供了降低勞動成本的選擇方案，同時能推進智能化產業的發展，有廣闊的應用前景。

參考文獻

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