紅外避障小車課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、前言-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)速控制電路、

2、電源電路、差分驅(qū)動(dòng)電路就可以完善整個(gè)設(shè)計(jì)。精品文檔目錄前言-1目錄-2摘要-3功能概述-3硬件設(shè)計(jì)-3避障電路-4單片機(jī)電路-7。1 歡迎下載精品文檔電機(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)-23。2 歡迎下載精品文檔1. 【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，采用 AT89S51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，避障用的傳感器采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. 功能概述智能小車采用前輪驅(qū)動(dòng)， 前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 分別

3、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， 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右。3 歡迎下載精品文檔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 AT89S51為電路的中央處理器， 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

4、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（ 50100mA），則大大提高了信噪。4 歡迎下載精品文檔比。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

5、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

6、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)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。5 歡迎下載精品文檔避障電路如下：避障電路功能表：傳感器避障電路輸出（上升沿動(dòng)作）左中右左轉(zhuǎn)信號(hào)(P2.1)右轉(zhuǎn)信號(hào)待執(zhí)行命令（ P2.0）000右轉(zhuǎn)001右轉(zhuǎn)010右轉(zhuǎn)011右轉(zhuǎn)100左轉(zhuǎn)101右轉(zhuǎn)110左轉(zhuǎn)。6 歡迎下載精品文檔111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：

7、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) PWM信號(hào)，通過控制該。7 歡迎下載精品文檔信號(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)Cln26. 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 15V 的倍數(shù)的電壓，并且隨著使用時(shí)間的延長，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。

8、電源電路擬定為：。8 歡迎下載精品文檔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

9、運(yùn)行要求。由于普通直流電機(jī)價(jià)格適宜，更易于購買，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)。9 歡迎下載精品文檔下，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。采用與門對(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：電路圖如下：。10 歡迎下載精品文檔注釋：將圓盤12 等分半徑 2CM，周

10、長 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, 則：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)。11 歡迎下載精品文檔8. 主程序流程圖源程序：RS BITP2.2RW BITP2.3EBITP2.4ORG 0000HLJMP MAIN。12 歡迎下載精品文檔ORG 0030HMAIN: MOV P2,#0FFHMOV P1,#1FH;前進(jìn)MOV TMOD,#10HMOV

11、R1,#0C8HSETB TR1TIME:MOV TH1,#0D8HMOV TL1,#0F0HJNB TF1,$DJNZ R1,TIMECLR TR1MOVR7,#00H;脈沖個(gè)數(shù)MOVR1,#64HMOVTMOD, #10HSETBTR1LOOP6: MOVTH1,#08HMOVTL0,#0F0HNEXT: MOVC,0JBTF1,LOOP7;判斷 TF1是否溢出ORLC,P3.4。13 歡迎下載精品文檔JNCLOOP6;判斷 C是否為 1INCR7;1S內(nèi)出現(xiàn)的脈沖個(gè)數(shù)JBTF1,LOOP7SJMPNEXTLOOP7: DJNZR1, LOOP6CLRTR1CLRCMOVA,R7;脈沖個(gè)數(shù)

12、乘以 2ADDCA,R7MOVR7,AMOVA,#01H;一個(gè)碼格的弧長MOVB,R7MULAB;計(jì)算總弧長DAA;十進(jìn)制調(diào)整MOVR5,AMOVA,B;B的值給AJNCLOOP8;判斷十進(jìn)制調(diào)整是CY有沒有被置 1INCACLRCLOOP8: DAA;十進(jìn)制調(diào)整MOVR6,A。14 歡迎下載精品文檔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 7

13、2HMOV72H, 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/*顯示前進(jìn) */MOVSP,#50HACALLINITMOVA,10000000BACALLWC51R。15 歡迎下載精品文檔MOVA,"G"ACALLWC51DDRMOVA,"0"ACALLWC51DDRMOVA,""ACALLWC51DDRMOVA,"A"ACALLWC51DDRMOVA,"H"

14、ACALLWC51DDRMOVA,"E"ACALLWC51DDRMOVA,"A"ACALLWC51DDRMOVA,"D"ACALLWC51DDRMOVA,11000101BACALLWC51RMOVA,70HACALLWC51DDRMOVA,71HACALLWC51DDR。16 歡迎下載精品文檔MOVA,72HACALLWC51DDRMOVA,"."ACALLWC51DDRMOVA,73HACALLWC51DDRMOVA,74HACALLWC51DDRMOV C,P2.0JC LOOP1;判斷 P2.0MOV P1

15、,#0FH;停車LCALL LOOP2MOV P1,#32H;右轉(zhuǎn)LCALL RIGHTLJMP LOOP4LOOP1:MOV C,P2.1JC NEXT1;判斷 P2.1MOV P1,#0FH;停車LCALL LOOP2MOV P1,#31H;左轉(zhuǎn)LCALL LEFT。17 歡迎下載精品文檔LJMP 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:MO

16、V TMOD,#10HMOV R1,#0C8HSETB TR1LOOP5:MOV TH1,#0D8HMOV TL1,#0F0HJNB TF1,$DJNZ R1,LOOP5CLR TR1MOV P1,#1FH;前進(jìn)。18 歡迎下載精品文檔LJMP MAIN/*顯示左轉(zhuǎn) */LEFT: MOVSP, #50HACALLINITMOV A,10000000BACALLWC51RMOVA,"L"ACALLWC51DDRMOVA,"E"ACALLWC51DDRMOVA,"F"ACALLWC51DDRMOVA,"T"ACALL

17、WC51DDRRET/*顯示右轉(zhuǎn) */RIGHT: MOVSP,#50HACALLINITMOVA,10000000BACALLWC51RMOVA,"R"ACALLWC51DDR。19 歡迎下載精品文檔MOVA,"I"ACALLWC51DDRMOVA,"G"ACALLWC51DDRMOVA,"H"ACALLWC51DDRMOVA,"T"ACALLWC51DDRRET/*初始化子程序 */INIT: MOV A, #00000001H ; 清屏 ACALL WC51RMOVA,#00111000B

18、;使用 8 位數(shù)據(jù)LCALL WC51RMOVA,#00000110B ;字符不動(dòng)，光標(biāo)自動(dòng)右移一格LCALL WC51R/*檢查忙子程序 */F_BUSY:PUSH ACC;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)PUSHDPHPUSHDPL。20 歡迎下載精品文檔PUSHPSWWAIT: CLR RSSETBRWCLRESETBEMOVA, P1CLREJB ACC.7,WAIT;忙，等待POPPSW;不忙，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)POPDPLPOPDPHPOPACCACALL DELAYRET/*寫入命令子程序 */WC51R: ACALL F_BUSYCLRECLRRSCLRRWSETBEMOVP1,ACCCLRE。21 歡迎下載精品文檔ACALL DELAYRET/*寫入數(shù)據(jù)子程序 */WC51DDR:ACALLF_BUSYCLRESETBRSCLRRWSETBEMOVP1,ACCCLREACALLDELAYRET/*延時(shí)子程序 */DELAY: MOVR6,#5D1: MOVR7,#248DJNZR7,$DJNZR6,D1RET。22 歡迎下載精品文檔END9. 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)。 與此同時(shí)應(yīng)