智能巡线机器人控制系统的研究设计

【摘要】本论文首要以单片机AT89C52为体系操控中心进行智能巡线机器人操控体系的研讨规划，运用PWM操控方法完结智能机器人的电机驱动、运用超声波传感器和红外反射式传感器完结智能机器人的智能避障及自动循迹，运用高清摄像头完结防水、防风、防碰击、防火灾、防短路电流等灾祸全过程记载。

【关键词】智能机器人；巡线；反射式红外传感器

1前言

跟着城市的发展，电网越来越庞大，变电站越建越多，但是变电站巡检人员却有限，雷电、大风雨等极点气候中电力工人户外作业艰难。要是一味地延续以往的巡视保护作业方法，企业将要投入更多的人力物力，引入智能机器人可以大大减轻作业人员在运维作业中的压力。更重要的是，可以进步巡检质量。机器人经过精准的核算及监控手法，对电力设备无死角巡视，可以发现一般肉眼难以发现的状况，杜绝人工巡视时呈现的疲惫作业现象，确保巡视作业保质高效完结。本规划就是在这样的布景下提出的，为了适应变电站巡线的发展对智能机器人的要求，提出简易智能巡线机器人的构想，规划出了一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等功用于一体的综合体系。

2智能机器人简介

智能机器人选用电机与车轮一对一驱动方法，L298D驱动模块合作单片机完结四轮驱动功用，其间包含机器人的行进功用、后退功用、左转功用以及右转功用。选用红外对管传感模块将信号反应给单片机的方法完结红外循迹避障功用，其间包含机器人的黑白线自动循迹功用、机器人的红外感应避障功用。选用高清摄像头完结防水、防风、防碰击、防火灾、防短路电流等灾祸全过程记载功用。

2．1体系架构

智能机器人的整体功用与操控体系的功用有很大的联系，一个好的操控体系是规划一个功用优良的机器人的基础。本为以AT89C52单片机为中枢，树立具有驱动体系、人机交互体系、传感体系及图画识别体系组成的操控体系，一起，由电压转化设备和电力贮藏设备构成的供电体系为智能机器人的正常作业供给了电力支撑。

2．2完结功用

智能机器人的规划方针是机器人能在变电站正常环境中安稳作业，它的行为既可以由操作人员操控也可以自主完结。本文规划的机器人可以完结的功用如下:(1)正常运动功用:机器人的行进功用、后退功用、左转功用以及右转功用。(2)寻线功用:依据规划好的途径，在地上上做出导航线，要求机器人可以沿导航线自行移动:要求机器人具有自主防撞才能，在作业中遇到人或障碍物时，可以暂停移动。(3)避障规划:在设有障碍物的道路上，可以自动识别并避开障碍物，规划处最优途径，到达预定目的地。(4)图画识别功用:机器人依照预设轨道巡查变电站设备及输电线路，完结防水、防风、防碰击、防火灾、防短路电流等灾祸全过程记载，可以记载灾祸的全过程－倒搭影响全过程、位移改动曲线、气候全过程数据等。

3体系规划

3．1驱动模块

因为服务机器人的作业空间首要在变电站，地上平整，不需求太大的输出扭矩，必须能灵活操控，而且要求体积小，重量轻、方便检修，咱们在一般电机和直流伺服电机之间做了比较。与一般电机比较，因为伺服电机在调速规模，机械特性和调理特性的线性度，响应快速性等方面均占优，且当操控电压改动为零时能当即停止滚动;一般电机则做不到。一起从结构上比较，两者的差异在于电枢铁心的长度与直径之比，伺服电机较大，而气隙较小，因此在精密定位和宽调速规模的应用场合，一般都选用伺服电机。智能机器人将借助L293D驱动芯片来驱动以及操控四轮小车的4个直流电机，每个L293D驱动芯片可驱动及操控两个直流电机。L293D具有很强的驱动力，可以一起操控独立改动各个电机的滚动方向;可以经过PWM操控使能端的信号输入完结直流电机的转速操控。与操控板连接，承受操控信号，并可以经过改动输入端的逻辑电平完结电机正转与回转。

3．2传感器模块

要想使移动式机器人在运动空间中安全安稳的行走，就需求对机器人本身及其周围环境物体之间的相对位置和距离进行探测，可以用到一种外界传感器，即接近觉传感器。这种传感器对机器人在作业过程中进行途径规划以及避免机器人与外界物体相撞十分有含义。咱们在智能机器人上安装了超生传感器和红外寻线传感器。选用最常用的超声传感器来作为机器人的视觉功用，它内部有一超声波发射管和一超声波接纳管。发射管宣布超声波，如果其正前方没有物体，那么接纳管接纳不到超声波反应信号。当前方呈现物体时，超声波信号经过物体被反射了回来，这时接纳管接纳到信号，向单片机宣布高电平信号，以奉告单片机其前方呈现障碍物。从光学上考虑，白色对光的反射程度很高，黑色与白色相反，黑色会吸收光线，对光的反射程度很低。所以红外二极管发射红外线后，小车经过黑线时会被吸收很多红外线，红外接纳器接纳少数红外产生很低的反应电流，在白色区域行进则获得很多红外反射，红外接纳器反应电流大。依据传感器反应的电流值，经过比较器的筛选，可以转为单片机可接纳的高/低电平，单片机遭到电平的不同，经过程序对电平讯号进行处理后改动小车的行动。以小车行进方向为车头，在车头两边对称安装射向地上的红外对管，在地上布置一条黑线，让小车沿着黑线行进，小车正常行进时，红外对管正对这地板，地板将很多红外线反射到红外接纳管，传感器输出高电平，小车继续行进。当小车违背原本轨道，其间任一红外对管正对黑色线，红外射线被黑线很多吸收，红外接纳管输出信号为低电平，则小车在往低电平侧原地转向，直到两边红外对管都输出高电平，小车继续行进。

3．3人机交互模块

智能机器人输入输出设备包含蓝牙键盘和红外操控器。咱们可以经过经过蓝矛键盘或红外操控器输入操控信息，进而完结人机交互，完结对机器人的远程实时操控。红外操控器首要有一个接纳芯片和一个红外发射操控板组成，红外接纳芯片可以承受并识别发射器发射的不同操控信号，并把信号发给操控板，操控板宣布指令，使服务机器人履行不同动作。

3．4图画识别模块

经过在机器人云台上装设高清摄像头，机器人依照预设轨道巡查变电站设备及输电线路，完结防水、防风、防碰击、防火灾、防短路电流等灾祸全过程记载，可以记载灾祸的全过程－倒搭影响全过程、位移改动曲线、气候全过程数据等，为后期对灾祸剖析供给有力的数据及影像支撑。此项技能可以广泛用于防备恶劣气候灾祸，直接保证了各类电力用户的用电安全;经过与变电站操控后台的视频视觉识别及线路传感器丈量的数据交融及决策体系连接，可以以极地的本钱大大的进步变电站线路及设备在线监测的准确性，防灾预警，降低多类灾祸发生的概率，经济效益可观.

3．5电源模块

电源体系对智能机器人来说是相当重要的，可以说电源是机器人的生命源，机器人操控体系各芯片的运作，驱动体系电机的作业等都需求电源供给原动力。电源体系有电池和电源办理模块组成。依据咱们的需求，咱们在规划中选用镍镉蓄电池。电源办理模块的基本要求是供给安稳的电压，各路电压信号不能互相干扰。它的作用是对7．2V1800mA镍镉蓄电池进行电压调理。依据体系各部分正常作业的需求，各模块的电压值可分为5V、6．5V、7．2V三个档。电源办理单元首要用于以下三个方面:(1)选用稳压管芯片LM2576将电源电压稳压到5V后，给单片机体系电路供电。(2)经过一个二极管降至6．5V左右后供给摄像头。(3)直接给直流驱动电机、驱动芯片LQ7960M电路供电。

4结语

在完结了软、硬件规划的基础上，制作了智能机器人样机，并进行了实验。运用STC－ISP软件对单片机进行程序的烧录，对软件进行设置后，经过串口把程序烧录到单片机中，并对智能机器人进行了功用测验，机器人完结了预设功用。最后将编译完好、正确的应用程序烧录到操控芯片，进行固化后的程序作业，机器人可以按程序设定完结预期功用，而且经过长期作业，功用可靠。此款智能机器人预设功用的完结，在出产和学术研讨中均有重要含义。本文所提出的处理思路对这些方面的研讨有必定的参考含义。