导言
发掘机的呈现使人类从深重的体力劳动中摆脱出来，但是传统的发掘机操作杂乱，对操作者的技术要求很高。人们一向追求更省力、更高功率和更能完成准确轨道的发掘作业形式。跟着微电子技术的进一步开展，集成电路的集成度和功用进步、价格下降，以微处理器为根底，完成发掘机的机电一体化、机器人化、智能化进程，已经成为工程项目施工办理的一个重要研究课题与开展方向。本文以发掘机器人为例，规划一种依据AVR单片机的发掘机器人操控体系。
1 整体方案规划
发掘机器人由发掘机器人本体机械体系、红外传感器组成的传感器体系、直流电机驱动体系、以AVR单片机为中心的操控体系等四部分组成，其根本结构如图1所示。
图1 发掘机器人的根本结构
发掘机器人的作业进程首要如下：传感体系选用红外线距离传感器，来完成对周围环境中障碍物的实时检测，丈量信号送入以AVR单片机为中心的操控体系，单片机依据丈量状况在内部进行决议计划，输出操控信号经过驱动体系操控伺服电动机，带动发掘机器人各个关节运动完成直行、撤退、左转、右转、自主发掘等功用。
2 操控体系的硬件规划
本规划以ATMEL公司的ATmega128微操控器为中心，经过红外线间隔传感器收集外部数据，经过功率驱动带动电机完成自动操控。传感器经过后向反应通道将信息不断传递给微操控器，微操控器经过前向操控通道实时调整小车的行车状况，然后构成闭环操控体系，如图2所示。
图2 发掘机器人操控体系硬件规划框图
依据操控体系硬件框图，结合本身的特色，硬件渠道的规划包括主操控器的规划、传感器的规划、直流电机驱动电路的规划。
2.1 主操控器的规划
2.2传感器电路的规划
发掘机器人操控体系选用了红外发射管D1和一只红外接纳模块U1构成红外线间隔传感器体系，其间红外接纳模块选用韩国Kodenshi公司的KSM-603LM，其内部集成了红外接纳管，前置扩大管，限幅扩大管，带通滤波器峰值检波器，整流电路和输出扩大电路，灵敏度很高，如图3所示。它的功用是首要用来检测前方、左面、右侧的障碍物。红外线间隔传感器的测距根本原理为发光管宣布红外光，光敏接纳管接纳前方物体反射光，据此判别前方是否有障碍物。依据发射光的强弱能够判别物体的实践间隔，它的原理是接纳管接纳的光强随反射物体的间隔而改动的，间隔近则反射光强，间隔远则反射光弱。
图3 红外线传感器体系原理图
2.3 直流电机驱动电路的规划
驱动电路的挑选也是非常重要的，一般选用的驱动电路是由晶体管操控继电器来改动电机的转向和进退。这种办法适用于大功率电机的驱动，但关于中小功率的电机则极不经济，由于每个继电器要耗费20～100mA的电流。还能够运用组合三极管/MOSFET管的办法，但比较费事，电路也比较杂乱，本规划选用集成电路的驱动办法，极大增强了电路可靠性和简明性。选用SGS公司的恒压恒流桥式驱动芯片L293，其内部包括4通道逻辑驱动电路，额外作业电流为1A，最大可达1.5A，Vss为集成芯片作业电压，电压最小为4.5V，Vs为输出给电机的电压，最大可达36V，Vs电压有必要比Vss电压高。由L293构成的电机驱动电路如图4所示。
直流电机转速选用ATmega128两路PWM操控输出电压，经过编程使占空比以1/16的最小间隔在1/16－14/16间改动，以完成速度的调理。
图4 L293电机驱动电路
3 操控体系的软件规划
操控体系软件与硬件电路紧密结合一起完成对发掘机器人的操控，根本规划思维是发掘机器人在动作进程中，由本身的红外检测设备即时从外界收集信号。其间，红外线间隔传感器分别安装在传感器体系的前方、左面、右侧。当按下发掘机器人发动按钮时，发掘机器人进入初始化的状况，然后发掘机器人向前跋涉。当红外线间隔传感器检测到前方有障碍物时，将信号传给操控体系，当操控体系断定前方有障碍物，发掘机器人做发掘的动作而且向右旋转90度，然后继续前进。反之，发掘机器人继续前进；当传感器检测到左面方位有障碍物时，发掘机器人的机械臂向左旋转90度后回到初始方位，然后继续前进，反之发掘机器人继续前进；当传感器检测到右边有障碍物，发掘机器人的机械臂向右旋转90度后回到初始方位，然后继续前进，反之发掘机器人继续前进。发掘机器人的运动操控流程图如图5所示。
图3 红外线传感器体系原理图
2.3 直流电机驱动电路的规划
驱动电路的挑选也是非常重要的，一般选用的驱动电路是由晶体管操控继电器来改动电机的转向和进退。这种办法适用于大功率电机的驱动，但关于中小功率的电机则极不经济，由于每个继电器要耗费20～100mA的电流。还能够运用组合三极管/MOSFET管的办法，但比较费事，电路也比较杂乱，本规划选用集成电路的驱动办法，极大增强了电路可靠性和简明性。选用SGS公司的恒压恒流桥式驱动芯片L293，其内部包括4通道逻辑驱动电路，额外作业电流为1A，最大可达1.5A，Vss为集成芯片作业电压，电压最小为4.5V，Vs为输出给电机的电压，最大可达36V，Vs电压有必要比Vss电压高。由L293构成的电机驱动电路如图4所示。
直流电机转速选用ATmega128两路PWM操控输出电压，经过编程使占空比以1/16的最小间隔在1/16－14/16间改动，以完成速度的调理。
图4 L293电机驱动电路
3 操控体系的软件规划
操控体系软件与硬件电路紧密结合一起完成对发掘机器人的操控，根本规划思维是发掘机器人在动作进程中，由本身的红外检测设备即时从外界收集信号。其间，红外线间隔传感器分别安装在传感器体系的前方、左面、右侧。当按下发掘机器人发动按钮时，发掘机器人进入初始化的状况，然后发掘机器人向前跋涉。当红外线间隔传感器检测到前方有障碍物时，将信号传给操控体系，当操控体系断定前方有障碍物，发掘机器人做发掘的动作而且向右旋转90度，然后继续前进。反之，发掘机器人继续前进；当传感器检测到左面方位有障碍物时，发掘机器人的机械臂向左旋转90度后回到初始方位，然后继续前进，反之发掘机器人继续前进；当传感器检测到右边有障碍物，发掘机器人的机械臂向右旋转90度后回到初始方位，然后继续前进，反之发掘机器人继续前进。发掘机器人的运动操控流程图如图5所示。
