紅外避障小車課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、隨著生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展需要， 機(jī)器人已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用到生 產(chǎn)自動(dòng)化上，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 機(jī)器人的傳感器種類也越來越多， 其中紅外傳感器已經(jīng)成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。紅外的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)， 機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 避障功能就必須要感知障礙物， 感知障礙物相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺功 能。智能避障是基于紅外傳感系統(tǒng)， 采用紅外傳感器實(shí)現(xiàn)前方障礙物 檢測(cè)，并判斷障礙物遠(yuǎn)近。由于時(shí)間和水平有限， 我們暫選最基本的避障功能作為此次設(shè)計(jì) 的目標(biāo)。本設(shè)計(jì)通過小車這個(gè)載體再結(jié)合由 AT89S51 為核心的控制板可 以達(dá)到其基本功能， 再輔加由漫反射式光電開關(guān)組成的避障電路、 555 組成的轉(zhuǎn)速

2、控制電路、 電源電路、差分驅(qū)動(dòng)電路就可以完善整個(gè)設(shè)計(jì)。目錄1目 2摘 3功厶匕能 3硬件3避障 4單片機(jī)概設(shè)電7電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路-7電源電路8電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 9主程序設(shè)計(jì)12小結(jié)-23參考文獻(xiàn)231. 【摘 要】: 本文提出一種智能避障小車的設(shè)計(jì)方法，利用紅外技 術(shù)檢測(cè)障礙物信息，米用AT89S5單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)智能避 障，智能小車采用后輪驅(qū)動(dòng)，兩輪各用一個(gè)直流電機(jī)控制，避障用的 傳感器米用紅外漫反射式傳感器?！娟P(guān)鍵詞】 : 避障 光電開關(guān) 差分控制 LCD2. 功能概述智能小車米用前輪驅(qū)動(dòng)， 前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 分別 控制兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)從而達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的， 后輪是萬向輪，

3、起支撐的 作用。將三個(gè)紅外線光電傳感器分別裝在車體的左中右， 當(dāng)車的左邊 的傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)， 主控芯片控制右輪電機(jī)停止左輪轉(zhuǎn)動(dòng)， 車 向右方轉(zhuǎn)向， 當(dāng)車的右邊傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)， 主控芯片控制左輪 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，車向左方轉(zhuǎn)向，當(dāng)前面有障礙物時(shí)規(guī)定車右轉(zhuǎn)。于此 同時(shí)測(cè)定速度并顯示，在避障小車前進(jìn)的同時(shí)從 LCD點(diǎn)陣液晶顯示器 上顯示小車當(dāng)時(shí)速度。在小車左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時(shí)在顯示器上顯示出左或3. 硬件設(shè)計(jì)如下圖所示，是本次設(shè)計(jì)智能小車的電路框圖。以AT89S5偽電路的中央處理器，來處理傳感器采集來的數(shù)據(jù)，處理完畢之后以便去 控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電源部分是為整個(gè)電路模塊提供電 源，以便能正

4、常工作。4. 避障電路（1） 障礙物探測(cè)方案的選擇方案一：脈沖調(diào)制的反射式紅外線發(fā)射接受器。由于采用該有交流分 量的調(diào)制信號(hào)，則可大幅度減少外界干擾；另外紅外線接受官的最大 工作電流取決于平均電流。如果采用占空比小的調(diào)制信號(hào)，再品均電 流不變的情況下，順勢(shì)電流很大（50 100mA，則大大提高了信噪 比。并且其反應(yīng)靈敏，外圍電路也很簡(jiǎn)單。它的優(yōu)點(diǎn)是消除了外界光 線的干擾提高了靈敏度。方案二：采用超聲波傳感器，如果傳感器接收到反射的超聲波，則通 知單片機(jī)前方有障礙物， 如則通知單片機(jī)可以向前行駛。 市場(chǎng)上很多 紅外光電探頭也都是基于這個(gè)原理。 這樣不但能準(zhǔn)確完成測(cè)量， 而且 能避免電路的復(fù)雜性由

5、以上兩種方案比較可知。方案二要比方案一優(yōu)勢(shì)大，市場(chǎng)上 很多紅外觀點(diǎn)探頭也都基于這個(gè)原理。其電路簡(jiǎn)單，工作可靠，性能 比較穩(wěn)定。 從而避免了電路的復(fù)雜性， 因此我先用方案二作為小車的 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。避障電路采用漫反射式光電開關(guān)進(jìn)行避障。 光電開關(guān)是集發(fā)射頭 和接收頭于一體的檢測(cè)開關(guān)，其工作原理是根據(jù)發(fā)射頭發(fā)出的光束， 被障礙物反射， 接收頭據(jù)此做出判斷是否有障礙物。 當(dāng)有光線反射回 來時(shí)，輸出低電平；當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平。單片機(jī)根 據(jù)接收頭電平的高低做出相應(yīng)控制， 避免小車碰到障礙物， 由于接收 管輸出TTL電平，有利于單片機(jī)對(duì)信號(hào)的處理。光電開關(guān)工作原理：光電開關(guān)是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)

6、換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。 光電開關(guān)在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和 檢測(cè)電路。避障電路如下:避障電路功能表:傳感器避障電路輸出（上升沿動(dòng)作）待執(zhí)行命令左中右左轉(zhuǎn)信號(hào)（P2.1）右轉(zhuǎn)信號(hào)（P2.0）0 0 0V右轉(zhuǎn)0 0 1V右轉(zhuǎn)0 1 0V右轉(zhuǎn)0 1 1V右轉(zhuǎn)1 0 0V左轉(zhuǎn)1 0 1V右轉(zhuǎn)1 1 0V左轉(zhuǎn)111 III 前進(jìn)注解（“0”表示有障礙物；“ 1”表示無障礙物）4.單片機(jī)電路本設(shè)計(jì)的主控芯片選擇AT89S51負(fù)責(zé)檢測(cè)傳感器的狀態(tài)并向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出動(dòng)作命令。復(fù)位電路采用手動(dòng)復(fù)位。單片機(jī)電路如下：5. 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路由555時(shí)基電路構(gòu)成多諧振蕩器提供一個(gè)

7、 PWM信號(hào)，通過控制該信號(hào)的占空比來實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。阻容元件的取值初步定為圖中所示多諧振蕩器如下:其中占空比：q=(R1+Rx1)/(R1+R2+Rx)周期：T=(R1+R2+Rx)CIn26. 電源電路本系統(tǒng)所有芯片都需要+5V的工作電壓，而干電池只能提供的 電壓為1. 5V的倍數(shù)的電壓，并且隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，其電壓會(huì)逐 漸下降，則需要LM7805穩(wěn)壓芯片。L7805能提供300至500mA的電 流，足以滿足芯片供電的要求。雖然微處理器和微控制器不需要支持 電路，功耗也很低，但必須要加以考慮。電源電路擬定為:7. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路市場(chǎng)上用很多種類的小電壓直流電動(dòng)機(jī)， 很方便的選擇到。 主要 有

8、普通電動(dòng)機(jī)、和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。方案一： 采用步進(jìn)電機(jī)， 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是 具有快速啟動(dòng)和停止能力， 能夠達(dá)到我們所要求的標(biāo)準(zhǔn)。 如果負(fù)荷不 超過步進(jìn)電機(jī)所能提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值， 就能夠立即是步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)或 反轉(zhuǎn)。其轉(zhuǎn)換靈敏度比較高。正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制靈活。但是步進(jìn)電機(jī)的 價(jià)格比較昂貴，對(duì)于我們的現(xiàn)狀相差太遠(yuǎn)。方案二：采用普通的直流電機(jī)。 直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便。調(diào)整范圍廣；過載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊 負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無極快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。能滿足各種不容的 特殊運(yùn)行要求。由于普通直流電機(jī)價(jià)格適宜，更易于購(gòu)買，并且電路相對(duì)簡(jiǎn)單， 因此采用直流電機(jī)作為動(dòng)力源本設(shè)計(jì)采用

9、差分放大驅(qū)動(dòng)使電機(jī)正反轉(zhuǎn)從而做到前進(jìn)，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)。 采 用四個(gè)大功率晶體管組成 H 橋式電路，四個(gè)大功率晶體管分為兩組， 交替導(dǎo)通和截止， 用單片機(jī)控制使之工作在開關(guān)狀態(tài)， 進(jìn)而控制電機(jī) 的運(yùn)行。該控制電路由于四個(gè)大功率晶體管只工作在飽和與截止?fàn)顟B(tài)下，效率非常高，并且大功率晶體管開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng), 是一種廣泛采用的電路。米用與門對(duì)兩電機(jī)進(jìn)行選擇控制，從而實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電路原路框圖如下：注釋：將圓盤12等分 半徑2CM周長(zhǎng)4*pi .用程 序設(shè)定1S內(nèi)采集到的脈沖 數(shù)可以轉(zhuǎn)化為速度。單位時(shí)間內(nèi)前進(jìn)距離 為S ,貝心速度V大小為S。驅(qū)動(dòng)狀態(tài)表:注解:“ 0”代表低電平1”代表高

10、電平）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路功能表輸入小車狀態(tài)P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5111110前進(jìn)111100停止100011左轉(zhuǎn)010011右轉(zhuǎn)8.主程序流程圖源程序:RS BIT P2.2RW BIT P2.3E BIT P2.4ORG 0000HLJMP MAINORG 0030HMAIN: MOV P2,#0FFHMOV P1,#1FH ; 前進(jìn)MOV TMOD,#10HMOV R1,#0C8HSETB TR1TIME:MOV TH1,#0D8HMOV TL1,#0F0HJNB TF1,$DJNZ R1,TIMECLR TR1MOV R7, #00H ; 脈沖個(gè)數(shù)MOV R1, #6

11、4HMOV TMOD, #10HSETB TR1LOOP6: MOV TH1, #08HMOV TL0, #0F0HNEXT: MOV C, 0判斷TF1是否溢出JB TF1, LOOP7 ;ORL C, P3.4判斷C是否為1內(nèi)出現(xiàn)的脈沖個(gè)數(shù)JNC LOOP6INC R7 ;1SJB TF1, LOOP7SJMP NEXTLOOP7: DJNZ R1, LOOP6CLR TR1CLR CMOV A,R7ADDC A,R7MOVR7,AMOVA,#01H ;MOVB,R7MULAB5DAA5MOVR5,AMOVA,B ;BJNCLOOP8 ;判斷INCACLRCLOOP8: DA A1MOV

12、R6, A脈沖個(gè)數(shù)乘以 2一個(gè)碼格的弧長(zhǎng)計(jì)算總弧長(zhǎng)十進(jìn)制調(diào)整的值給 A卜進(jìn)制調(diào)整是CY有沒有被置1十進(jìn)制調(diào)整JNCLOOP9INC70H ;十進(jìn)制調(diào)整如果CY被置1, 70H賦值1CLRCLOOP9: MOV A, R6 ;解釋R6, R5分別表示總長(zhǎng)的高位和低位ANLA, #0F0H；取R6的高四位，賦給71HSWAPAMOV71H, AMOVA, R6ANLA, #0FH；取R6的低四位，賦給72HMOV72H, AMOVA, R5ANLA, #0F0H；取R5的高四位，賦給73HSWAPAMOV73H, AMOVA, R5ANLA, #0FH；取R5的低四位，賦給74HMOV73H, A

13、/*顯示前進(jìn)*/MOVSP, #50HACALLINITMOV A, 10000000BACALLWC51RMOVA, "G"ACALLWC51DDRMOVA, "0"ACALLWC51DDRMOVA, " "ACALLWC51DDRMOVA, "A"ACALLWC51DDRMOVA, "H"ACALLWC51DDRMOVA, "E"ACALLWC51DDRMOVA, "A"ACALLWC51DDRMOVA, "D"ACALLWC51D

14、DRMOV A, 11000101BACALLWC51RMOVA, 70HACALLWC51DDRMOVA, 71HACALLWC51DDR判斷 P2.0停車右轉(zhuǎn)判斷 P2.1停車左轉(zhuǎn)MOV A, 72HACALL WC51DDRMOV A, "."ACALL WC51DDRMOV A, 73HACALL WC51DDRMOV A, 74HACALL WC51DDRMOV C,P2.0JC LOOP1 ;MOV P1,#0FHLCALL LOOP2MOV P1,#32HLCALL RIGHTLJMP LOOP4LOOP1:MOV C,P2.1JC NEXT1 ;MOV P1

15、,#0FHLCALL LOOP2MOV P1,#31HLCALL LEFTLJMP LOOP4NEXT1:LJMP MAIN*停車定時(shí) */LOOP2:MOV TMOD,#10HMOV R0,#64HSETB TR1LOOP3:MOV TH1,#0D8HMOV TL1,#0F0HJNB TF1,$DJNZ R0,LOOP3CLR TR1RET*轉(zhuǎn)向定時(shí) */LOOP4:MOV TMOD,#10HMOV R1,#0C8HSETB TR1LOOP5:MOV TH1,#0D8HMOV TL1,#0F0HJNB TF1,$DJNZ R1,LOOP5前進(jìn)CLR TR1MOV P1,#1FHLJMP MA

16、IN/* 顯示左轉(zhuǎn) */LEFT: MOV SP, #50HACALL INITMOV A, 10000000BACALL WC51RMOV A, "L"ACALL WC51DDRMOV A, "E"ACALL WC51DDRMOV A, "F"ACALL WC51DDRMOV A, "T"ACALL WC51DDRRET*顯示右轉(zhuǎn) *RIGHT: MOV SP, #50HACALL INITMOV A, 10000000BACALL WC51RMOV A, "R"ACALL WC51DDRMO

17、V A, "I"ACALL WC51DDRMOV A, "G"ACALL WC51DDRMOV A, "H"ACALL WC51DDRMOV A, "T"ACALLWC51DDRRET/*初始化子程序 */INIT: MOVA, #00000001H ; 清屏ACALLWC51RMOV A, #00111000B ;使用 8 位數(shù)據(jù)LCALL WC51RMOV A, #00000110B ; 字符不動(dòng)，光標(biāo)自動(dòng)右移一格LCALL WC51R*檢查忙子程序 */保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)F_BUSY:PUSH ACCPUSH DPHP

18、USH DPLPUSH PSWWAIT: CLR RSSETB RWCLRESETBEMOVA, P1CLREJB ACC.7,WAITPOPPSWPOPDPLPOPDPHPOPACCACALL DELAYRET/* 寫入命令子程序 *WC51R: ACALL F_BUSYCLRECLRRSCLRRWSETBEMOVP1, ACCCLRE忙，等待不忙，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)ACALL DELAYRET* 寫入數(shù)據(jù)子程序 *WC51DDR:ACALL F_BUSYCLRESETBRSCLRRWSETBEMOVP1, ACCCLREACALL DELAYRET*延時(shí)子程序 */DELAY: MOV R6, #5D1: MOV R7, #248 DJNZ R7, $ DJNZ R6, D1 RETEND9. 小結(jié)本文提出了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的智能小車設(shè)計(jì)方法， 給出了從硬件電 路設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)的一系列步驟。 采用了直流電機(jī)作為執(zhí)行元件， E3F 系列光電開關(guān)作為檢測(cè)元件，AT89S51單片機(jī)作為主控芯片，完成了 小車避障功能的實(shí)現(xiàn)