基于單片機的紅外線小車

1、基于單片機的紅外線迷宮小車學號：姓名日期：摘要隨著電子、信息技術(shù)的應(yīng)用與迅速普及，人們對電子技術(shù)的要求越來越高。迷宮小車的出現(xiàn)為今后能夠更好地使用機器人來代替人工活動墊定了扎實的基礎(chǔ)。經(jīng)過完善的迷宮小車將可以廣泛用于軍事排雷、火災(zāi)現(xiàn)場的救災(zāi)搶險、有害氣體中毒的搶救等活動中。然而，目前存在的一些迷宮車主要還是停留在人工遠程控制階段，真正穩(wěn)定完備，并能實現(xiàn)自主學習的智能小車還有待繼續(xù)研發(fā)。本課題設(shè)計了一個基于單片機控制的迷宮小車系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用STC89S51單片機為主控制核心，實現(xiàn)信號采集，路線判斷，以控制小車的運動；循跡防撞電路采用紅外發(fā)射接收電路，通過紅外發(fā)射管一直發(fā)射紅外線，當接收管接收到

2、信號后，證明遇到障礙物，單片機就會做出相應(yīng)指示，指示驅(qū)動電路讓電機驅(qū)動小車退后。驅(qū)動電路：小車中驅(qū)動電路采用L9110電機驅(qū)動，單片機發(fā)送信號給L9110，然后L9110控制小車正反轉(zhuǎn)關(guān)鍵詞：迷宮小車；單片機；傳感器目錄摘要i第1章緒論31.1 課題背景31.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況3第2章系統(tǒng)總體設(shè)計42.1 系統(tǒng)方案的選擇42.1.1 迷宮小車的系統(tǒng)方案42.1.2 傳感器的選擇與比較4車體的選擇與比較42.1.4 前進路徑與返回路徑的最優(yōu)選擇4傳感器個數(shù)的比較與選擇522 系統(tǒng)總體設(shè)計5第三章小車的硬件設(shè)計63.1 硬件選型6機械部分6單片機部分73.1.3 電路部分9驅(qū)動電路103.2 系統(tǒng)

3、硬件結(jié)構(gòu)電路圖12第四章迷宮小車的軟件設(shè)計134.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖13參考文獻14第1章 緒論1.1 課題背景隨著電子、信息技術(shù)的應(yīng)用與迅速普及，人們對電子技術(shù)的要求越來越高。迷宮小車的出現(xiàn)為今后能夠更好地使用機器人來代替人工活動墊定了扎實的基礎(chǔ)。經(jīng)過完善的迷宮小車將可以廣泛用于軍事排雷、火災(zāi)現(xiàn)場的救災(zāi)搶險、有害氣體中毒的搶救等活動中。然而，目前存在的一些迷宮車主要還是停留在人工遠程控制階段，真正穩(wěn)定完備，并能實現(xiàn)自主學習的智能小車還有待繼續(xù)研發(fā)。1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況智能迷宮小車也可以稱為智能迷宮機器人，既然是智能機器人，那么就應(yīng)當具備以下幾個特征功能：識別，處理，執(zhí)行，學習。目前全世界

4、各國所舉辦的大大小小關(guān)于機器人的比賽C數(shù)不勝數(shù)，其中的宗旨是一致的都是為了培養(yǎng)創(chuàng)新精神，激發(fā)思維想象力，并估計理論與實踐相結(jié)合。在我國高校的機器人比賽中，最為廣泛的是“飛思卡爾”杯大學生智能車競賽，該比賽充分的利用學生的各方面知識，并要求將其運用至切實的實踐中，極好的詮釋了上述的機器人比賽宗旨。正因目前的機器人發(fā)展越來越迅速，越來越多智能機器人產(chǎn)品或已經(jīng)或正在投入到農(nóng)業(yè)、工業(yè)的生產(chǎn)當中，代替人工勞作。同樣，在搶險救、軍事活動中，智能迷宮機器人也可以達到同樣的功效第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 系統(tǒng)方案的選擇 迷宮小車的系統(tǒng)方案本迷宮小車選用8位89C51單片機為控制器，通過4個紅外光電傳感器TCR

5、T5000對信號進行采集，采集到的信號經(jīng)比較器LM358處理后傳給89C51單片機，經(jīng)單片機處理后，發(fā)出控制命令給L9110，驅(qū)動2臺直流電動機進行相應(yīng)的動作。 傳感器的選擇與比較紅外對管可以智能識別黑與白兩種顏色由于現(xiàn)場條件，并不能對其造成干擾，而且其反應(yīng)速度快，響應(yīng)時間短，故此，我們選用紅外對管傳感器。車體的選擇與比較采用三輪小車，前面兩輪由兩個電機分別控制，用其速度差來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎與調(diào)整，后前輪為萬向輪，用來維持小車的平衡。 前進路徑與返回路徑的最優(yōu)選擇由于小車需要避開障礙物到終點，故小車應(yīng)能識別迷宮的路況，我們給小車加上了識別路口程序，并且讓小車按照右手原則前進，在每個路口處讓小車記錄出所

6、走過的路況，并且記憶，以便于小車可以快速到達終點。傳感器個數(shù)的比較與選擇總4個傳感器，其中兩個傳感器用來檢測小車是否偏離軌跡，另外三個傳感器用來檢測小車是否遇到路口（前方.左方及右方各一個），還有一個傳感器配合前方的傳感器來檢測終點。小，可分為小功率，中功率，大功率三種。另外，紅外發(fā)光二極管除頂面發(fā)光型外，還有側(cè)面發(fā)光型。小功率管一般采用全塑封裝，也有部分是采用陶瓷底座，頂端用玻璃或環(huán)氧樹脂透鏡封裝的，中大功率管一般采用帶螺紋金屬底座，以便安裝散熱片。隨著發(fā)光功率得提高，相應(yīng)體積的管子也增大。22 系統(tǒng)總體設(shè)計221智能迷宮小車總體設(shè)計方案該智能迷宮車是由光電傳感器模塊、單片機控制模塊、電機模

7、塊、組成的。迷宮小車采用的是由一個萬向輪作為前輪，以及兩個直流電機驅(qū)動輪作為后輪的結(jié)構(gòu)形式組成的三輪車。該車的特點就是靈活，通過后側(cè)兩個驅(qū)動輪的差速轉(zhuǎn)動實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向。兩電機以相同速度同方向運轉(zhuǎn)時，小車為前進；以相反方向運轉(zhuǎn)時，小車實現(xiàn)繞車體中心自轉(zhuǎn)，十分靈活。222智能迷宮小車控制電路的設(shè)計智能迷宮小車控制電路如圖21所示圖2-1系統(tǒng)控制流程圖該循跡防撞電路采用紅外發(fā)射接收電路，通過紅外發(fā)射管一直發(fā)射紅外線，當接收管接收到信號后，證明遇到障礙物，單片機就會做出相應(yīng)指示，指示驅(qū)動電路讓電機驅(qū)動小車退后。驅(qū)動電路小車中驅(qū)動電路采用L9110電機驅(qū)動，單片機發(fā)送信號給L9110，然后L9110控制

8、小車正反轉(zhuǎn)。第三章 小車的硬件設(shè)計3.1 硬件選型機械部分制作工具及材料，鑷子、電烙鐵、焊錫絲、松香、斜口鉗、十字螺絲刀、多用表、連接線等圖31變速器模型及清單取二個電動機反向放置在左右變速箱側(cè)板內(nèi)的專用位置，一上一下分別將電動機塑殼的對應(yīng)凸嵌入變速箱的對應(yīng)打孔。而軸端穿過對應(yīng)圓孔直至電動機金屬圓凸嵌進圓孔單片機部分本機選用STC89C51單片機作為主控制器。一下為它的引腳圖：表31腳位說明腳號名稱管腳位號名稱管腳位號名稱管腳位號名稱1復(fù)位6P3.2 11P3.716P1.42INT/RXT/P3.0 接收端7P3.312P1.017P1.53TXT/P3.1 數(shù)據(jù)發(fā)射端8P3413P1.11

9、8P1.64XTAL2 外部晶振2介入9P3.514P1.219P1.75XTAL1外部晶振1接收10GND 接地15P1.320VCC 電源它為單時鐘機器周期的單片機，是一款低功耗/高速/超強抗干擾的的新一代8051單片機，內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路。運行電壓：高電壓芯片5V、低電壓芯片3V運行頻率：最高頻率為35Mhz時鐘：外部晶振或內(nèi)部RC震蕩器可選，在用戶下載程序時設(shè)置。芯片內(nèi)EEPPOM功能，擦寫次數(shù)10萬次以上低功耗設(shè)計：空閑模式（可由任意一個中斷喚醒）低功耗設(shè)計：掉電模式（可由外部中斷喚醒），可支持下降沿/上升沿和遠程喚醒1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器8通道，10位高速ADC，速度

10、可達25萬次以上硬件看門狗全雙工異步串行通信端口。 電路部分下面為它的電路板：圖32 小車電路板 這個圖是小車電路部分的PCB板,表32為其元件清單和元件的封裝號 表32 元件清單位號名稱位號名稱位號名稱LBR110k電位器D11N4007S1開關(guān)LBR210k電位器D2紅色LEDR11kLBR310k電位器M1左電機接口RP1200四位排阻LBR410k電位器M2右電機接口RP210k四位排阻RP-110k八位排阻L1L9110L2L9110D3發(fā)射管D4發(fā)射管D5發(fā)射管D6發(fā)射管D7接收管D8接收管D9接收管D10接收管C510uf循跡防撞電路采用紅外發(fā)射接收電路，通過紅外發(fā)射管一直發(fā)射紅

11、外線，當接收管接收到信號后，證明遇到障礙物，單片機就會做出相應(yīng)指示，指示驅(qū)動電路讓電機驅(qū)動小車退后。驅(qū)動電路小車中驅(qū)動電路采用L9110電機驅(qū)動，單片機發(fā)送信號給L9110，然后L9110控制小車正反轉(zhuǎn)。小車中驅(qū)動電路采用L9110電機驅(qū)動，單片機發(fā)送信號給L9110，然后L9110控制小車正反轉(zhuǎn)。以下為它的一些特性：低靜態(tài)工作電流；寬電源電壓范圍：2.5V-12V每通道具有800mA連續(xù)電流輸出能力；較低的飽和壓降；TTL/CMOS輸出電平兼容，可直接連CPU;輸出內(nèi)置鉗位二極管，適合于感性負載；控制和驅(qū)動集成于單片IC之中；具備管腳高壓保護功能；工作溫度：0-80。 圖33 L9110 具

12、體情況L9110是為控制和驅(qū)動電機設(shè)計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整機可靠性提高。該芯片有兩個TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個輸入端能直接驅(qū)動電機的正反向運動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過750800mA的持續(xù)電流，峰值電流能力可達到1.52.0A；同時它具有較低的輸出飽和壓降：內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動繼電器、直流電機、步進電機或開關(guān)功率管的使用上安全可靠。L9110被廣泛應(yīng)用于玩具汽車電機驅(qū)動、步進電機驅(qū)動和開關(guān)功率管等電路中。3.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)電路圖全部硬件結(jié)構(gòu)

13、電路圖如下圖所示圖34硬件電路結(jié)構(gòu)圖該循跡防撞電路采用紅外發(fā)射接收電路，通過紅外發(fā)射管一直發(fā)射紅外線，當接收管接收到信號后，證明遇到障礙物，單片機就會做出相應(yīng)指示，指示驅(qū)動電路讓電機驅(qū)動小車退后。驅(qū)動電路小車中驅(qū)動電路采用L9110電機驅(qū)動，單片機發(fā)送信號給L9110，然后L9110控制小車正反轉(zhuǎn)。第四章 迷宮小車的軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖圖41 軟件結(jié)構(gòu)圖小車分別有小車后退的函數(shù),讓小車前進的函數(shù), 下車停止的函數(shù),小車右轉(zhuǎn)彎的函數(shù).小車左轉(zhuǎn)彎的函數(shù)如果左邊的傳感器遇到障礙物 就右轉(zhuǎn)（ 修改you(20)括號里面的時間就可以修改右轉(zhuǎn)的時間 數(shù)字越大 轉(zhuǎn)的時間越長 ） 如果右邊的傳感器

14、遇到障礙物 就左轉(zhuǎn)（ 修改zuo(20)括號里面的時間就可以修改左轉(zhuǎn)的時間 數(shù)字越大 轉(zhuǎn)的時間越長 ）如果左上角的傳感器遇到障礙物就先后退再右轉(zhuǎn)（ 修改hou(20)括號里面的時間就可以修改后退的時間 ） 如果右上角的傳感器遇到障礙物就先后退再左轉(zhuǎn)（ 修改hou(20)括號里面的時間就可以修改后退的時間 ） 結(jié)論通過這次實習設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合的重要，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。設(shè)計的過程中遇到的各種問題，也讓我意識到自己的不足。由于時間的限定，再加上本人水平有限，紅外測距儀尚存在不足之處，測量精度不夠高，受

15、外界光線影響較大 ，并沒有達到老師所期望的指標。轉(zhuǎn)眼間一個月的期限已近在眼前，翻看一下自己的實習日記，一路走來，從最開始的好奇，到枯燥，到絕望，再到出成果的欣喜，雖然很辛苦，但總算是自己通過自己的努力第一次真正意義上的做出來了一件東西，所受的苦，也值了。這一個月的實習經(jīng)歷對我來說是十分寶貴的，通過一個月的努力，終于順利完成了以前從未完成過的事情，讓我明白了科研過程的艱辛，雖然枯燥，但必須帶著嚴謹而又堅持的態(tài)度，腳踏實地，一步一個腳印的走，才可能走向成功。同時也證明了自己大學的理論知識沒有白學，雖然成果很小，但我相信，自己已經(jīng)不是那個什么都不會做的學生了。感謝學校給了我這次歷練自己的機會，感謝老師的嚴格要求，感謝同學的熱心幫助，陪我渡過了這段苦中有甜的日子。參考文獻1 鄭人杰. 計算機軟件測試技術(shù). 北京: 清華大學出版社, 19922薛小玲.劉志群、賈俊榮編著單片機接口模塊應(yīng)用于開發(fā)實例詳解 北京航空航天大學出版社 20103 譚浩強 著C程序設(shè)計（第三版） 清華大學出版社 20054 李永鑒.簡易超聲波測距儀的制作.五邑大學信息學院.