51单片机的智能割草机器人设计
目录
一、智能割草机器人的研究背景和意义 1
（一）面对的环境 1
（二）割草机器人组成概述 1
（三）割草机器人研究的必要性 1
二、硬件设计 2
（一）控制系统方案设计 2
（二）单片机最小系统 2
1.AT89S52单片机 3
2.单片机复位电路 3
3.单片机时钟电路 4
（三）红外线电路模块 4
（四）超声波测距模块 6
（五）传感器模块 6
（七）电动机和太阳能电池板模块 9
三、软件设计 9
（一）总体的流程图 9
（二）探测障碍物的流程 10
（三）机器人避让流程 10
总 结 12
致 谢 13
参考文献 14
附录1 源程序 15
附录2 原理图 22
一、智能割草机器人的研究背景和意义
（一）面对的环境
随着时代的发展，人们越来越看中环境的保护，绿化带发展逐渐迅猛，其中城市街边的草坪修剪成为关注的热点。近几年来政府在对城市乡村街边草坪、学校操场草坪等等有草坪的地方都进行了大量的割草修理，投入了大量的物力、财力以及人力。此外，使用大量的传统除草设备会产生浪费电力、污染环境、制造噪音等一系列问题，很是不便。因此，各个领域的研究目标也逐渐往科学环保、价格低廉、实用性高的产品上转移。
（二）割草机器人组成概述
割草机器人是一种在户外使用的机器人，属于集周边环境感知、运动路径方向、行动的观察、做出抉择、行动控制、执行任务等功能于一体的智能型机器人。见图1—1，是割草机器人工作的主体系统图，其中可以很清楚地看到，割草机器人工作的主要四个系统，分别是：外界环境感知系统、安全移动系统、控制中心单片机系统以及执行命令系统。外界环境感知系统：需要实时监测和感应是否有一些响机器人工作的外界因素出现要及时汇报给单片机系统；安全移动系统：机器人会根据不同类型传感器的指令在监测的安全范围内移动；控制中心单片机系统：根据感知系统和移动系统汇报的数据结果与资料库数据比较给出正确的执
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器人工作的主体系统图，其中可以很清楚地看到，割草机器人工作的主要四个系统，分别是：外界环境感知系统、安全移动系统、控制中心单片机系统以及执行命令系统。外界环境感知系统：需要实时监测和感应是否有一些响机器人工作的外界因素出现要及时汇报给单片机系统；安全移动系统：机器人会根据不同类型传感器的指令在监测的安全范围内移动；控制中心单片机系统：根据感知系统和移动系统汇报的数据结果与资料库数据比较给出正确的执行命令；执行系统：获取中心单片机指令执行命令。由此可见，割草机器人具有现今时代最需要的环保、节能、人力消耗低、安全性高等优点。
图1—1主体系统图
（三）割草机器人研究的必要性
现如今，已经进入了科技发展的时代，越来越多的人开始在生活的方方面面依赖科技，就此因素割草机器人发展的势头不可小觑。此外，人们对环境的要求也逐渐加强，草坪行业的兴起让人不能不注意到，从事与草坪相关的企业在上世纪90年代就达到5000多家，其中年利润高达500万元以上的就有50多家，因此在绿带上的花费国家也逐渐重视，而从国外引进割草机器人的技术成本颇高、依赖性太强，并且容易制约我国在此方面技术的突破，所以怎样更好的发展割草机器人成了当务之急。
综上所述，智能割草机器人的前景非常可观，社会投入使用的可能性非常高，所以很值得研究。
二、硬件设计
（一）控制系统方案设计
见图2-1所示，是智能割草机器人控制系统的大概框图。整个控制功能大体划分成电机驱动单元、电机控制单元和传感系统信号处理单元。所有相关的传感器所得到的信号均传送到传感系统信号处理单元，再由传感系统信号处理单元传给电机控制单元，电机控制单元再将信号传给电机驱动单元，最后通过码盘把信号反馈给传感系统信号处理单元，环环紧扣。其中电机控制单元则是整个这能割草机器人控制系统的核心部分。
图2-1控制系统设计图
（二）单片机最小系统
单片机最小系统或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。
见图2-2：单片机的最小系统主要由AT89S52单片机、晶振电路、复位电路组成。
图2-2单片机最小系统
1.AT89S52单片机
AT89S52是一个拥有低功耗、高性能CMOS8位微控制器。它拥有8K在系统可编程Flash存储器。因为运用了经典的MCS-51内核，能完成许多最初始单片机所不能完成的任务。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，为此AT89S52能完成很多灵活性强、有效性高的任务。
AT89S52单片机有较强的中断能力，包含了5个中断源，外部中断2个，定时器中断2个，串行中断1个寄存，有2个中断优先级。中断控制电路主要包括用于中断控制的四个寄存器：定时器控制器TCON，串行口控制寄存器SCON，中断优先级控制寄存器IP以及中断允许控制寄存器IE等。它的程序储存储器是8K字节可冲擦写Flash闪速存储器，闪烁存储器允许在+5V电的情况下擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。
2.单片机复位电路
图2-3 复位电路
见图2-3是复位电路。单片机的置位和复位都是指把电路初始化成一个确定的状态。RST引脚的外部复位电路有两种工作方式：上电自动复位和手动按键复位。单片机复位电路原理就是在复位脚RST上外接电容和电阻，实现了上电复位。如果复位电平持续了不止两个周期那么表明了这个复位时有效的。所以说复位电平持续时间就要大于单片机两个机器周期。其中具体的数值就靠RC电路计算时间常数。另外一种是按键复位电路，本文就是选择的按键复位电路。此电路是将复位电容并联上了开关S2，S2按下电容就放电，RST就被拉到了高电平，电容的充电会保持高电平一段时间来让单片机复位。
3.单片机时钟电路
时钟是单片机极其重要的一部分。单片机的所有的功能部件运行都是离不开时钟频率，这样才能有条不紊的工作着。正是因为时钟频率会影响单片机工作的速度，所以时钟电路的质量就起着决定性的作用了。我们常见的时钟电路就有两种分别为内部时钟方式和外部时钟方式。
AT89S52单片机片内有一个用来构成振荡器的高增益反相放大器。其中芯片的引脚XTAL1是高增益的反相放大器的输入端，芯片引脚XTAL2就是高增益反相放大器的输出端，这两个引脚跨接一个石英晶体振荡器和微调电容就形成了稳定的自激电
一、智能割草机器人的研究背景和意义 1
（一）面对的环境 1
（二）割草机器人组成概述 1
（三）割草机器人研究的必要性 1
二、硬件设计 2
（一）控制系统方案设计 2
（二）单片机最小系统 2
1.AT89S52单片机 3
2.单片机复位电路 3
3.单片机时钟电路 4
（三）红外线电路模块 4
（四）超声波测距模块 6
（五）传感器模块 6
（七）电动机和太阳能电池板模块 9
三、软件设计 9
（一）总体的流程图 9
（二）探测障碍物的流程 10
（三）机器人避让流程 10
总 结 12
致 谢 13
参考文献 14
附录1 源程序 15
附录2 原理图 22
一、智能割草机器人的研究背景和意义
（一）面对的环境
随着时代的发展，人们越来越看中环境的保护，绿化带发展逐渐迅猛，其中城市街边的草坪修剪成为关注的热点。近几年来政府在对城市乡村街边草坪、学校操场草坪等等有草坪的地方都进行了大量的割草修理，投入了大量的物力、财力以及人力。此外，使用大量的传统除草设备会产生浪费电力、污染环境、制造噪音等一系列问题，很是不便。因此，各个领域的研究目标也逐渐往科学环保、价格低廉、实用性高的产品上转移。
（二）割草机器人组成概述
割草机器人是一种在户外使用的机器人，属于集周边环境感知、运动路径方向、行动的观察、做出抉择、行动控制、执行任务等功能于一体的智能型机器人。见图1—1，是割草机器人工作的主体系统图，其中可以很清楚地看到，割草机器人工作的主要四个系统，分别是：外界环境感知系统、安全移动系统、控制中心单片机系统以及执行命令系统。外界环境感知系统：需要实时监测和感应是否有一些响机器人工作的外界因素出现要及时汇报给单片机系统；安全移动系统：机器人会根据不同类型传感器的指令在监测的安全范围内移动；控制中心单片机系统：根据感知系统和移动系统汇报的数据结果与资料库数据比较给出正确的执
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
器人工作的主体系统图，其中可以很清楚地看到，割草机器人工作的主要四个系统，分别是：外界环境感知系统、安全移动系统、控制中心单片机系统以及执行命令系统。外界环境感知系统：需要实时监测和感应是否有一些响机器人工作的外界因素出现要及时汇报给单片机系统；安全移动系统：机器人会根据不同类型传感器的指令在监测的安全范围内移动；控制中心单片机系统：根据感知系统和移动系统汇报的数据结果与资料库数据比较给出正确的执行命令；执行系统：获取中心单片机指令执行命令。由此可见，割草机器人具有现今时代最需要的环保、节能、人力消耗低、安全性高等优点。
图1—1主体系统图
（三）割草机器人研究的必要性
现如今，已经进入了科技发展的时代，越来越多的人开始在生活的方方面面依赖科技，就此因素割草机器人发展的势头不可小觑。此外，人们对环境的要求也逐渐加强，草坪行业的兴起让人不能不注意到，从事与草坪相关的企业在上世纪90年代就达到5000多家，其中年利润高达500万元以上的就有50多家，因此在绿带上的花费国家也逐渐重视，而从国外引进割草机器人的技术成本颇高、依赖性太强，并且容易制约我国在此方面技术的突破，所以怎样更好的发展割草机器人成了当务之急。
综上所述，智能割草机器人的前景非常可观，社会投入使用的可能性非常高，所以很值得研究。
二、硬件设计
（一）控制系统方案设计
见图2-1所示，是智能割草机器人控制系统的大概框图。整个控制功能大体划分成电机驱动单元、电机控制单元和传感系统信号处理单元。所有相关的传感器所得到的信号均传送到传感系统信号处理单元，再由传感系统信号处理单元传给电机控制单元，电机控制单元再将信号传给电机驱动单元，最后通过码盘把信号反馈给传感系统信号处理单元，环环紧扣。其中电机控制单元则是整个这能割草机器人控制系统的核心部分。
图2-1控制系统设计图
（二）单片机最小系统
单片机最小系统或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。
见图2-2：单片机的最小系统主要由AT89S52单片机、晶振电路、复位电路组成。
图2-2单片机最小系统
1.AT89S52单片机
AT89S52是一个拥有低功耗、高性能CMOS8位微控制器。它拥有8K在系统可编程Flash存储器。因为运用了经典的MCS-51内核，能完成许多最初始单片机所不能完成的任务。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，为此AT89S52能完成很多灵活性强、有效性高的任务。
AT89S52单片机有较强的中断能力，包含了5个中断源，外部中断2个，定时器中断2个，串行中断1个寄存，有2个中断优先级。中断控制电路主要包括用于中断控制的四个寄存器：定时器控制器TCON，串行口控制寄存器SCON，中断优先级控制寄存器IP以及中断允许控制寄存器IE等。它的程序储存储器是8K字节可冲擦写Flash闪速存储器，闪烁存储器允许在+5V电的情况下擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。
2.单片机复位电路
图2-3 复位电路
见图2-3是复位电路。单片机的置位和复位都是指把电路初始化成一个确定的状态。RST引脚的外部复位电路有两种工作方式：上电自动复位和手动按键复位。单片机复位电路原理就是在复位脚RST上外接电容和电阻，实现了上电复位。如果复位电平持续了不止两个周期那么表明了这个复位时有效的。所以说复位电平持续时间就要大于单片机两个机器周期。其中具体的数值就靠RC电路计算时间常数。另外一种是按键复位电路，本文就是选择的按键复位电路。此电路是将复位电容并联上了开关S2，S2按下电容就放电，RST就被拉到了高电平，电容的充电会保持高电平一段时间来让单片机复位。
3.单片机时钟电路
时钟是单片机极其重要的一部分。单片机的所有的功能部件运行都是离不开时钟频率，这样才能有条不紊的工作着。正是因为时钟频率会影响单片机工作的速度，所以时钟电路的质量就起着决定性的作用了。我们常见的时钟电路就有两种分别为内部时钟方式和外部时钟方式。
AT89S52单片机片内有一个用来构成振荡器的高增益反相放大器。其中芯片的引脚XTAL1是高增益的反相放大器的输入端，芯片引脚XTAL2就是高增益反相放大器的输出端，这两个引脚跨接一个石英晶体振荡器和微调电容就形成了稳定的自激电
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