紅外避障小車講解

..紅外避障小車目的：本畢業(yè)設(shè)計是紅外蔽障小車的設(shè)計,通過設(shè)計使學(xué)生系統(tǒng)的熟悉和掌握單片機控制系統(tǒng)設(shè)計方面的內(nèi)容體系、開發(fā)流程和程序設(shè)計,培養(yǎng)學(xué)生具有綜合運用所學(xué)的理論知識去開拓創(chuàng)新及解決實際問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生掌握設(shè)計題的思想和方法,樹立嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)、培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、查閱技術(shù)文獻、資料、手冊以及編寫技術(shù)文獻的能力。同時是為了掌握電路設(shè)計的方法和技巧。如何將學(xué)習(xí)到的理論知識運用到實際當(dāng)中去,怎樣能夠活學(xué)活用,深入的了解電子元器件的使用方法,了解各種元器件的基本用途和方法,能夠靈活敏捷的判斷電路中出現(xiàn)的故障,學(xué)會獨立設(shè)計電路,積累更多的設(shè)計經(jīng)驗,加強焊接能力和技巧,完成基本的要求。并能完美的完成這次實訓(xùn)。目錄一、任務(wù)書...............................P1二、引言..............................P2二、要求與發(fā)揮...........................P4三、設(shè)計摘要.............................P6四、模塊方案比較.......................P71.避障模塊2.驅(qū)動模塊3.控制模塊五、程序設(shè)計.........................P91.程序流程圖2.程序編寫六、工作原理.........................P13七、結(jié)論............................P13八、參考文獻........................P14九、畢業(yè)設(shè)計〔論文成績評定表.....P15任務(wù)：利用單片機、紅外實現(xiàn)避障,要求具有下述功能：小車前進可以避開〔前、左、右20cm的障礙物；實現(xiàn)下車前進時,不碰障礙物；具有聲音播報功能。引言隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展,微處理器芯片的集成程度越來越高,單片機已可以在一塊芯片上同時集成CPU、存儲器、定時器、并行和串行接口、看門狗、前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器等多種電路,這就很容易將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合,組成智能化測量控制系統(tǒng)。這種技術(shù)促使機器人技術(shù)也有了突飛猛進的發(fā)展,目前人們已經(jīng)完全可以設(shè)計并制造出具有某些特殊功能的簡易智能小車。發(fā)揮：1.利用超聲波測距2.紅外尋跡可以控制小車行走的路跡3.紅外發(fā)射接收器,用遙控來控制小車的行走方向工作日程安排：序號畢業(yè)設(shè)計各階段的名稱日期1設(shè)計單片機外部接線圖,以及其它相關(guān)電路連接。2設(shè)計單片機程序,驅(qū)動電路的程序及注解。3編制設(shè)計的元件明細表4編制電路元件明細表5編寫操作原理說明09.11.31-09-11.316編寫在實驗室進行硬件和軟件的調(diào)試以及所需的補充資料7在創(chuàng)新實驗室做模擬調(diào)試8編寫摘要9將設(shè)計資料裝訂成冊,交給指導(dǎo)教師,準(zhǔn)備答辯設(shè)計〔論文要求：要求提供以下設(shè)計資料,并裝訂成冊：1.摘要<所做的設(shè)計如有特別之處>；2.單片機外部接線圖,以及其它相關(guān)的電路圖；3.單片機控制電路元件明細表；4.完整的程序資料,驅(qū)動電路的程序及注解；5.電氣元件明細表；6.操作原理簡要說明；7.在實驗室進行模擬調(diào)試所需的補充資料；8.模擬調(diào)試的結(jié)果是否滿足控制要求<要有老師的鑒定結(jié)論和簽名>。學(xué)生開始執(zhí)行任務(wù)書日期200年月日指導(dǎo)教師簽名：年月日學(xué)生送交畢業(yè)設(shè)計〔論文日期：200年月日教研室主任簽名：年月日學(xué)生簽名：年月日摘要針對題目的要求,我們設(shè)計了一款簡易的紅外避障小車。該電路設(shè)計分別以驅(qū)動模塊,單片機控制顯示模塊組成。為了達到題目的要求,我們以ATMEGA16-L為核心控制器件,以LM298驅(qū)動電機控制系統(tǒng)和紅外監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計而成。關(guān)鍵詞：ATMEGA16-L;紅外避障檢測電路；驅(qū)動電路。整體構(gòu)思：一.模塊方案比較1.壁障模塊在壁障模塊中,可以選擇超聲波壁障。其優(yōu)點是反應(yīng)速度靈敏,距離遠,受外界干擾小。但是,在本設(shè)計中,題目所要求是距離是20cm,如果利用超聲波傳感器進行壁障的話,由于空間小聲波在小空間不同方向里會進行多次反射,左右前后的傳感器之間相互干擾,使控制中心不能明確判斷出那個方位遇到了障礙物,從而動作紊亂,不能實現(xiàn)要求。使用紅外接收頭和發(fā)射管配合,利用38k頻率解決靈敏度問題。38K調(diào)制和發(fā)射電路。使用一個定時器的快速PWM模式產(chǎn)生38K調(diào)制信號,通過剩余的四個施密特觸發(fā)器〔有2個已經(jīng)用在光電編碼部分緩沖,推動8050三極管和紅外發(fā)光管來發(fā)射已經(jīng)調(diào)制的紅外線。其中2個1N4148接單片機IO腳,控制左右紅外發(fā)光管輪流發(fā)射。后面串接的可見光LED是為了方便用戶調(diào)試而設(shè)置的,讓用戶知道當(dāng)前是否在發(fā)射紅外線。通過調(diào)節(jié)PWM的占空比,調(diào)節(jié)紅外發(fā)光管的亮度,從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)感知障礙物距離的功能。但是實際測試結(jié)果不盡人意。靈敏度太高。加衰減電路比較麻煩,調(diào)試不易。且價格也貴。利用紅外傳感器,其優(yōu)點是對近距離的障礙物反應(yīng)速度靈敏,不同方位的傳感器之間信號不會相互干擾,造成誤動作。缺點是距離近,易受到自然光的干擾。經(jīng)過兩種傳感器性能對比與題目要求的綜合考慮分析,最終選擇紅外傳感器作為小車的眼睛,進行壁障。LM567是一種廉價的音頻鎖相環(huán)集成電路,利用它可以構(gòu)造性能較好的反射式光電傳感器。

如下頁圖所示,由LM567的內(nèi)部振蕩器提供方波信號,點亮探頭的LED,由探頭的光敏管接收反射光。經(jīng)三極管放大,轉(zhuǎn)換成電壓信號后送到LM567的內(nèi)部鑒相器2〔輸出鑒相器同步解調(diào),然后由LM567內(nèi)部的比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出。

并聯(lián)負反饋放大電路有著穩(wěn)定的增益和低的輸入阻抗,能消除光敏管結(jié)電容的影響,獲得良好的高頻特性。

100R電位器用于調(diào)節(jié)放大器增益以調(diào)節(jié)靈敏度。

這個電路的缺點是當(dāng)多個探頭同時使用時因為頻率接近,一旦相鄰單元的光斑出現(xiàn)部分重合就會有差拍干擾造成輸出抖動。另外,567輸出鑒相器的參考信號是從振蕩電容端引出的,與發(fā)射和接收信號幾乎是正交的,解調(diào)效率非常低,前級需要高倍放大。意探頭的連線要短,如果連線較長要分別屏蔽,最好把電路板跟探頭做在一起。否則發(fā)射管連線上大幅度的脈沖信號會感應(yīng)耦合到接收端,導(dǎo)致在沒有接收光的情況下也誤認(rèn)為收到了光信號,這種同頻干擾無法用電路板上的設(shè)計來消除電路圖如下圖：但為了使用方便,改用成品?！渤善啡缦聢D2.驅(qū)動模塊在電機驅(qū)動模塊中,由于電機的功率不大,我們可以選擇使用電橋驅(qū)動,電路圖如下：其優(yōu)點是電路簡單,成本高。但是由于缺少保護電路,只要控制出現(xiàn)錯誤,就很容易燒壞晶體管,晶體管的價格也不菲,便宜貨又電流太小,不足以承受小車的功率,使整個電路癱瘓。然而,使用集成電路LM298,由于集成程度高,內(nèi)包含穩(wěn)定的數(shù)字電路,就算在編寫程序的時候錯誤或者其他原因使控制端口同時輸出通過一種電平,不容易燒壞芯片,使整個電路癱瘓。同時芯片還有使能端,容易控制,且穩(wěn)定。特有的PWN調(diào)制功能端,使電機更容易控制。也使得程序在減速的過程特別是保持左右電機速度平衡的程序編寫上變得更加簡潔容易。15腳Multiwatt封裝的L298N,內(nèi)部同樣4通道邏輯驅(qū)動電路。可以方便的驅(qū)動兩個直流電機,或一個兩相步進電機。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號VSS,VSS可接4．5～7V電壓。4腳VS接電源電壓,VS電壓范圍VIH為＋2．5～46V。輸出電流可達2．5A,可驅(qū)動電感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻,形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電動機,OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之間可分別接電動機,本實驗裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機。5,7,10,12腳接輸入控制電平,控制電機的正反轉(zhuǎn)。EnA,EnB接控制使能端,控制電機的停轉(zhuǎn)。經(jīng)過綜合分析考慮,最終決定使用LM298作為本設(shè)計的驅(qū)動芯片。其電路連接圖如下：3.控制模塊我們經(jīng)常使用的單片機要AT89S51,ATMEGA16-1,凌陽單片機等。在我們的應(yīng)用中,用到最多的就是AT89S51和ATMEGA16-1。AT89S51比較通用,能使用C語言進行程序的編寫,方便閱讀。但是,其集成程度低,功能單一,需要使用到其它功能時,只能通過擴展外電路來實現(xiàn),使得整個電路復(fù)雜,成本高,穩(wěn)定性低。同時,I/O口輸出功率小,一般器件都需要加驅(qū)動才能夠正常使用。而ATMEGA16-L集成程度高,內(nèi)集成了A/D等其它功能模塊,在進行電路設(shè)計時,可以大大節(jié)省了成本,提高了整體電路穩(wěn)定性。同時輸出功率大,一般器件無需驅(qū)動電路,就可以直接使用。ATmega16是基于增強的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間,ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS/MHz,從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。

ATmega16AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元<ALU>相連接,使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率,并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。因此選用高性能的ATmega16AVR單片機進行設(shè)計,以下是控制板的電路。其電路連接圖如下：此圖為AVRATmega16L的原理圖。二.程序設(shè)計1.程序流程圖上電運行后,放到?jīng)]有障礙物的空地上,小車直走。當(dāng)前方?jīng)]有障礙物的的時候車就一直直走。如果前方遇到障礙物,則小車做左轉(zhuǎn)運動。直至前方?jīng)]有障礙物,這時小車恢復(fù)直走。如果前方有障礙物的時候,左邊同時也有障礙物,則小車右轉(zhuǎn)。直至左邊沒有障礙物或者前方?jīng)]有障礙物。這時小車恢復(fù)左轉(zhuǎn),或者直走。如果前面沒有障礙物,則先執(zhí)行直走。如果前方,左方,右方均有障礙物,則小車后退,直至前方,左方,右方任一方向沒有障礙,則此時小車開始以前方,左方,右方的優(yōu)先級開始執(zhí)行轉(zhuǎn)向。也就是說如果前方?jīng)]有障礙物,即使其他任意方向都有障礙則小車依然直走,如果前方有障礙,左邊沒有則右轉(zhuǎn),前方左方都有障礙,則小車右轉(zhuǎn)。否則小車后退。2.程序編寫//======================================/*硬件分布PC0前進|PD0檢測前PC1左轉(zhuǎn)|PD1檢測左PC2右轉(zhuǎn)|PD2檢測右PC3退后|PB3PWN左右平衡校準(zhǔn)輸出*///======================================#include<iom16v.h>#include<delay.h>#include<macros.h>#defineucharunsignedchar#defineOC0_OUT_EN DDRB|=0b00001000intw;intnum;/*要顯示的數(shù)字*//*--------------------------------------------------------------------*/voidtimer0_init<void>{ TCCR0=<1<<WGM01>|<1<<WGM00>|<1<<COM01>|<1<<COM00>|<1<<CS00>; TCNT0=0x00; //設(shè)置TC0計數(shù)寄存器初值 OCR0=0x08; //輸出比較寄存器初值,設(shè)置該值可用于調(diào)節(jié)占空比}/*--------------------------------------------------------------------*//*=================================*/ucharkey_p<void>{ucharkeyval; keyval=PIND;//定義輸入口keyval=<~keyval>&0xff; //keyval=keyval>>3;// switch<keyval> {case0:return0;case1:return1;case2:return2;case3:return3;case7:return7;default:return0; } return0;}//=========================================voidzw<void>{ while<1> { num=key_p<>;//返回key_p的值給num。 //PORTC=0xff; if<num==0>{PORTC=9;}//前方無障礙直走 else{ if<num==1>{PORTC=5;}//前方有障礙左轉(zhuǎn) else{ if<num==3>{PORTC=10;}//前方和左邊有障礙右轉(zhuǎn) else{ if<num==7>{PORTC=6;}//前方和左邊,右邊都有障礙后退 } //delay_ms<1>; } } }}//=========================================intmain<void>{ DDRC=0xff; D