MC68HC08系列單片機應用于機器人追跑控制系統設計

本文設計了一種基于摩托羅拉MC68HC08系列單片機的機器人追跑控制系統，用于研究機器人之間的簡單互動。

移動機器人行為描述

在此系統中，我們將兩個移動機器人一個命名為“貓”，一個命名為“鼠”。當兩個機器人都無法接收到對方發出的信號時，機器人“貓”以S形前進，機器人“鼠”在原地進行180度擺動；當機器人“貓”檢測到機器人“鼠”發出的信號時，以直線追向機器人“鼠”的方向，而機器人“鼠” 同時接收到“貓”的信號，以直線向前移動，以躲避“貓”的追趕，直至逃出“貓”的接收范圍，重復無法接收到信號時的行為；如果“貓”在一段時間內都無法發現“鼠”的存在，就發出聲音報警。在整個過程中，由于環境未知，“貓”和“鼠”都有避障控制，而且可以根據不同的行為狀態，播放不同的音樂。

系統硬件設計

“貓”、“鼠”兩個機器人的電路設計基本相同，都是由單片機系統、紅外收發模塊、電機控制模塊和語音模塊構成，其不同是紅外線發射管和接收管陣列的排列有所不同。單片機選用Motorola公司的8位微處理器M68HC908GP32（42管腳封裝）；紅外收發模塊使用PT2262和放大器組成的簡單紅外線收發電路；電機控制模塊選用L293D進行電機驅動；語音模塊選用ISD25120控制放音。另外，系統地電源模塊使用12V干電池。

單片機系統

MC68HC08系列中的單片機是Motorola公司1999年推出的8位微控制器，具有速度快、功能強、功耗小及價格等特點。

我們在設計中選用的M C68H C908GP32單片機是MC68HC08系列微控制器的第一 批產品，其特點是片內資源豐富、高性能，低價位，且具有多種保護功能，適用于各種數據處理平臺搭建。在這里我們主要用它完成紅外信息融合、電機控制及語音播放控制。

設計中，兩個機器人上單片機的主要端口設置相同，如表1所示。另外避碰的三個觸點開關控制為PTB0、PTB6、PTA7。

紅外收發模塊

紅外發射模塊使用PT2262和紅外發射管陣列構成的紅外發射電路。紅外接收電路使用紅外接收管陣列和放大器組成。接收到的信號輸入至單片機的PTB7端口，經過A/D轉換后，送入處理器，以控制機器人的行為轉換。

電機控制模塊

電機驅動電路采用基于雙極性H-橋型脈寬調整方式PWM的集成電路L293D。L293D具有很多優點，如電流連續；電機可四角限運行；電機停止時有微振電流，起到“動力潤滑”作用，消除正反向時的靜摩擦死區；低速平穩性好等。L293D通過內部邏輯生成使能信號。H-橋電路的輸入量可以用來設置馬達轉動方向，使能信號可以用于脈寬調整（PWM）。另外，L293D將2個H-橋電路集成到1片芯片上，這就意味著用1片芯片可以同時控制2個電機。

機器人有三個車輪，兩個使用電機控制，另一個為萬向輪，因此使用1片L293D進行控制即可。將兩路PMW控制信號分別接至兩路電機控制的使能引腳EN12和EN34，通過調整PWM的占空比可以調整電機的轉速。將電機正反轉控制線分別接入IN1、IN2、IN3和IN4，，通過寫入不同的值控制兩個電機的正轉和反轉。

語音模塊

為了區別移動機器人的各個不同狀態，我們使其在做出不同動作的同時，可以播放不同的聲音。為了達到這個目的，語音控制部分選用語音芯片ISD25120。ISD25120的錄放時間為120秒，錄音最多能分600段。只要在分段錄/放音操作前(不少于300納秒)，給地址A0A9賦值，錄音及放音功能均從設定的起始地址開始。

在設計時，除了用單片機控制ISD25120的復位和觸發端外，使用四位I/O控制芯片的放音起始地址。在初始化時，分別將兩個機器人的不同信息寫入語音芯片的A0A3，選擇放音；在動作過程中，在行為發生改變時，寫入新的信息，改變放音選擇，播放不同音樂。

系統軟件設計

系統軟件主要由主程序模塊、中斷服務程序模塊、語音控制模塊和運動規劃模塊等部分組成。整個系統的軟件部分采用匯編語言編寫。

結論

經過實驗證明，兩個機器人在不受外界干擾的情況下，能夠正確地完成追跑動作。此設計為研究機器人之間簡單互動提供了試驗平臺。在以后的研究中，通過改變傳感器位置及內部程序，可以改變二者間的互動關系，例如協作等，進行更深的研究。