基于51單片機(jī)的紅外遙控小車(chē)設(shè)計(jì)和制作

1、論文摘要：本文介紹一款紅外線遙控小車(chē)，以AT89S51單片機(jī)為核心控制器，用L289驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)工作，控制小車(chē)的運(yùn)行。本款小車(chē)具有紅外線遙控手動(dòng)駕駛、自動(dòng)駕駛、尋跡前進(jìn)等功能。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，軟件用C語(yǔ)言編寫(xiě)。一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求以AT98C51單片機(jī)為核心，制作一款紅外遙控小車(chē)，小車(chē)具有自動(dòng)駕駛，手動(dòng)駕駛和循跡前進(jìn)等功能。自動(dòng)駕駛時(shí)，前進(jìn)過(guò)程中可以避障。手動(dòng)駕駛時(shí)，遙控控制小車(chē)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、加速等操作。尋跡前進(jìn)時(shí)小車(chē)還可以按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的軌跡前進(jìn)。二、系統(tǒng)組成及工作原理本系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要完成紅外編碼信號(hào)的發(fā)射和接受、障礙物檢測(cè)、軌跡檢測(cè)、直流電機(jī)運(yùn)行的發(fā)

2、生等功能。軟件主要完成信號(hào)的檢測(cè)和處理、設(shè)備的驅(qū)動(dòng)及控制等功能。AT89S51單片機(jī)查詢(xún)紅外信號(hào)并解碼，查詢(xún)各個(gè)檢測(cè)部分輸入的信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)處理，包括電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，判斷是否遇到障礙物，判斷是否小車(chē)其那金中有出軌等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。三、主要硬件電路1、遙控發(fā)射器電路該電路的主要控制器件為遙控器芯片HT6221，如圖2所示。HT6221將紅外碼調(diào)制成38KHZ的脈沖信號(hào)通過(guò)紅外發(fā)射二極管發(fā)出紅外編碼。圖2中D1是紅外發(fā)射二極管，D2是按鍵指示燈，當(dāng)有按鍵按下時(shí)D2點(diǎn)亮.HT6221的編碼規(guī)則是：當(dāng)一個(gè)鍵按下超過(guò)36ms，振蕩器使芯片激活，如果這個(gè)按鍵按下且延遲大約108ms，這108ms

3、發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼(9ms)，一個(gè)結(jié)果碼(4.5ms)，低8位地址碼(9ms18ms)，高8位地址碼(918ms)，8位數(shù)據(jù)碼(918ms)和這8位數(shù)據(jù)碼的反碼 (918ms)組成，如果按鍵按下超過(guò)108ms仍未松開(kāi)，接下來(lái)發(fā)射的代碼將僅由起始碼(9ms)和結(jié)束碼(2.5ms)組成。按照上圖的接法，K1K8的數(shù)據(jù)碼分別為：0x00，0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07。圖2 遙控發(fā)射器電路原理圖2、紅外線接收模塊該模塊使用一體化紅外接收頭1838，其電路如圖3所示。瓷片電容104為去耦電容，DOUT即是解調(diào)信號(hào)的輸出端，直接與單片機(jī)的P3.2口相連。有紅外編碼

4、信號(hào)發(fā)射時(shí)，輸出為檢波整形后的方波信號(hào)，并直接提供給單片機(jī)。圖3 紅外接收原理圖3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊該模塊主要由芯片L298控制兩個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，以及改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，其電路如圖4所示。L298 芯片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器。其中SENSEA、SENSEB分別為兩個(gè)H橋的電流反饋腳，不用時(shí)可以直接接地。VCC，VS是接電源引腳，電壓范圍分別是4.57V、2.546V，設(shè)計(jì)中VCC端與單片機(jī)電源端共用5V工作電源，VS端獨(dú)立接9V電源。ENA，ENB為使能端，低電平禁止輸出。IN1，IN2，IN3，IN4為數(shù)據(jù)輸入引腳，OUT1，OUT2，OUT3，OUT4為數(shù)據(jù)輸出引腳。D1D8是保護(hù)二極管

5、（IN5819），用于釋放掉電機(jī)停車(chē)時(shí)產(chǎn)生的反響尖峰電勢(shì)，否則會(huì)擊壞L298。圖4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖4、障礙物檢測(cè)和尋跡模塊障礙物檢測(cè)和軌跡檢測(cè)原理是相同的。從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，該模塊選用了反射式光耦，其電路如圖5所示。反射式光耦由一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)光敏三極管組成。LM324是電壓比較器，當(dāng)3腳的電平大于2腳時(shí)，輸出端1腳輸出高電平，反之輸出低電平。高低電平的值取決于LM324的2腳電平，調(diào)整電位器R23使LM324的2腳電壓為3V。避障電路安裝在小車(chē)的頭部的左右兩邊，分別用于檢測(cè)左右障礙物。工作過(guò)程是：當(dāng)無(wú)障礙物時(shí)，不反射紅外線，光敏三極管截止，LM324的3腳在R16的上拉作用下為高電平(5

6、V),大于2腳電壓(3V)，輸出高電平；當(dāng)遇到障礙物時(shí)，反射紅外線，光敏三極管導(dǎo)通，比較器3腳接地，小于2腳電壓(3V)，輸出低電平。單片機(jī)根據(jù)電平的變化判斷有無(wú)障礙物，當(dāng)左邊遇到障礙物時(shí)小車(chē)右轉(zhuǎn)，當(dāng)右邊遇到障礙物時(shí)小車(chē)左轉(zhuǎn)。循跡電路安裝在小車(chē)的底部的左右兩邊，循跡是通過(guò)辨別黑白色來(lái)行走。工作過(guò)程是：紅外發(fā)射管發(fā)出紅外光，當(dāng)遇到黑色，不反射紅外光，比較器輸出為高電平；當(dāng)遇到白線，紅外光反射回來(lái)，比較器輸出為低電平。當(dāng)左邊檢測(cè)到白色時(shí)小車(chē)右轉(zhuǎn)，當(dāng)右邊檢測(cè)到白色時(shí)小車(chē)左轉(zhuǎn)，當(dāng)兩邊檢測(cè)到的都是黑色時(shí)小車(chē)前進(jìn)，當(dāng)兩邊檢測(cè)到的都是白色時(shí)小車(chē)停止。圖5 障礙物檢測(cè)、軌跡檢測(cè)原理圖四、軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件用C語(yǔ)言編寫(xiě)，分為主程序，外部