1 设计思想与总体方案
1.1 简易智能 机器人的设计思想
本机器人能在任意区域内沿引导线行走，自动绕障，在有光源引导的条件下能沿光源行走。同时，能检测埋在地下的金属片，发出声光指示信息，并能实时存储、显示检测到的断点数目以及各断点至起跑线间的距离，最后能停在指定地点，显示出整个运行过程的时间。
1.2 总体设计方案和框图
本设计以AT89C5l单片机作为检测和控制核心。采用红外光电传感器检测路面黑线及障碍物，使用金属传感器检测路面下金属铁片， 应用光电码盘测距，用光敏电阻检测、判断车库位置，利用PWM(脉宽调制)技术动态控制电动机的转动方向和转速。通过软件编程实现机器人行进、绕障、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示。通过对电路的优化组合，可以最大限度地利用51单片机的全部资源。
P0口用于数码管显示，P1口用于电动机的PWM驱动控制，P2，P3口用于传感器的数据采集与中断控制。这样做的优点是：充分利用了单片机的内部资源，降低了总体设计的成本。该方案总体方案见图1。
2 系统的硬件组成及设计原理
此系统的硬件部分由单片机单元、传感器单元、电源单元、声光报警单元、键盘输入单元、电机控制单元和显示单元组成，如图2所示。
2.1 单片机单元
本系统采用AT89C51单片机作为中央处理器。其主要任务是扫描键盘输入的信号启动机器人，在机器人行走过程中不断读取传感器采集到的数据，将得到的数据进行处理后，根据不同的情况产生占空比不同的PWM脉冲来控制电机，同时将相关数据送显示单元动态显示，产生声光报警信号。其中，P0用于数码管动态显示，P1.0一P1.5控制2个电机，P1.6、P1.7为独立式键盘接口，P2接传感器，P3.2接计里程的光电码盘，P3.7接声光报警单元，P3.4、P3.5、P3.6接用于显示断点数目的发光二极管。
2.2 电机控制单元
本机器人采用了双电机双轮驱动的小车作为其底座。2个电机分别独立控制其左右两边的车轮，靠两边电机的转速的不同来实现转弯功能，还可让其原地转弯，便于控制。而传统的小车是靠动力电机和转向电机驱动，转弯角度难以控制，不便于使用。
电机控制电路采用大功率对管BDl39、BDl40组成的H型驱动电路，通过单片机产生占空比不同的PWM脉冲，精确调整电机的转速。这种电路由于工作在晶体管饱和或截止状态，避免了在线性放大区工作时晶体管的管耗，可以最大限度地提高效率;H型电路保证了可以简单地实现电机转速和方向的控制;电子开关的速度和稳定性也完全可满足需要，整套驱动电路是一种被广泛采用的电机驱动技术。电路见图3。
2.3 传感器单元
整个机器人共采用了9个传感器，分布在整个机器人的不同部位，相互配合起不同的作用，见图4。
图4中各传感器说明如下：
传感器1置于机器人正前方朝下的金属探测传感器，用于探测金属。
传感器2置于机器人正前方朝前的超声波传感器，用于检测障碍物。超声波来源于555产生40 kHz的方波信号，经超声波发射头发出。发射头不断发出信号，当遇到障碍物时，信号会被反射回来，从而接收头会接受到信号，将信号送入单片机进行相应的判断和处理。
传感器3置于机器人正前方朝下的红外光电传感器，用于检测停止线。红外发射管发出信号，经不同的反射介质反射，根据红外接收管是否接收到信号做出相应的判断。
传感器4、5置于机器人底座下方朝下的红外光电传感器，用于检测地面的引导线，原理同传感器3。
传感器6、7置于机器人正前方朝前的光敏电阻传感器，用于寻找光源。当机器人前方有光源照射时，光敏电阻的大小将会改变，将2个传感器的改变量进行比较处理后送入单片机，单片机将会产生相应的调整信号，使机器人朝光强的方向行走。
传感器8置于机器人后方两侧朝外的超声波传感器，用于在机器人遇到障碍物时的转弯处理，判断机器人是否完全绕开障碍物，原理同传感器2。
传感器9置于机器人正后方的光电码盘，用于计里程，借助于鼠标原理，选用直径为2.6 cm的塑料小轮自制光电码盘，经过打磨使其周长为8 cm，再在该小轮上打等距离的8个孔，如图5所示。最小测距精度可达到1 cm，足以满足要求，两侧装上光电传感器，将其安装在车尾，使之与车的行驶同步。就实际情况自制出来的各个孔之间的距离无法精确相等，但经过具体测量该光电码盘，能保证行驶50 cm产生50个脉冲，于是采用其作为计算距离的基准单位。在直道区，可由该电路产生的脉冲数，计算出铁片中心线至起跑线间的距离。
此外，为了清楚直观地观察到各传感器的工作状态，电路中还专门为每个传感器设计了工作指示灯，实时显示每个传感器的工作状态。
2.4 键盘输入单元
键盘输入单元采用独立式键盘，由2个按键组成，其中一个为启动键，另一个为显示切换键，当机器人行走完全程后，按下该键，将显示整个行走过程的时间。
2.5 显示单元
显示单元由2个7段数码管组成，为了减少整个系统的功耗，采用了由单片机软件译码，动态显示，实时显示每个断点到起点的距离以及整个运行过程的时间。
2.6 声光报警单元
用555作为振荡源，用单片机触发振荡源驱动电磁讯响器作为声音指示器和1只发光二极管作为光指示装置，从而组成声光报警单元。
2.7 电源单元
本系统采用2套电源分别对电机和控制电路进行单独供电。系统控制电路采用经7805稳压后的输出供电(5V)，电机则采用4节AA电池来供电。
3 系统的软件设计
该系统配套的软件程序采用模块结构，由C语言编写完成。主要由初始化程序、偏道调整程序、偏离光源调整程序、声光指示子程序、读传感器状态、显示程序、定时器0的中断服务程序、定时器1的中断服务程序、外部中断0的服务程序、停车处理等模块组成。系统的主体流程如图6所示。
4 结束语
该机器人在认为设定的跑道上经过多次实验，达到了预期的效果，但是其智能化程度还远远不够。随着人工智能和神经网络技术的不断研究和深入，智能机器人的发展前景将会越来越广阔。
