避障小車論文

PAGE單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計論文論文題目：避障小車學(xué)院專業(yè)電氣工程及自動化班級學(xué)生姓名學(xué)號成績【摘要】 本設(shè)計是設(shè)計一款基于單片機(jī)的遙控窗簾，其中的單片機(jī)是遙控控制的核心，用于接收處理遙控信號，通過對一臺直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，模擬實(shí)現(xiàn)對窗簾開、合的控制。此系統(tǒng)具有無線控制與手動控制兩種方式，以保證一種控制方式出現(xiàn)問題，可以及時使用另一種控制方式對單片機(jī)進(jìn)行控制。本報告簡要介紹了基于單片機(jī)技術(shù)的遙控窗簾的設(shè)計原理，并根據(jù)系統(tǒng)的基本原理制作出了實(shí)物模型。本控制系統(tǒng)主要由以下幾個模塊組成：無線信號發(fā)射模塊、無線信號接收模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)數(shù)檢測模塊以及單片機(jī)控制模塊。其中無線信號發(fā)射模塊的控制核心是編碼芯片PT2262，配套使用的是以解碼芯片PT2272為核心的無線信號接收模塊，這兩組模塊配合將對電機(jī)控制的正反轉(zhuǎn)控制信息轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C(jī)可以識別的二進(jìn)制代碼，通過與單片機(jī)內(nèi)部的程序配合實(shí)現(xiàn)對窗簾正反停運(yùn)行狀況的無線遙控控制；電機(jī)驅(qū)動模塊是以L298N芯片以及光耦芯片TLP521-4為核心的功率驅(qū)動電路；電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)數(shù)檢測模塊是根據(jù)霍爾元件對磁鋼磁場變化而發(fā)出電壓脈沖信號的原理做成的；單片機(jī)控制模塊的核心組成元件是AT89S52芯片，配以單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路，作為無線遙控窗簾系統(tǒng)的總的控制模塊。 此外系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的顯示，比如當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)是某對應(yīng)信號燈亮等。關(guān)鍵詞：單片機(jī)技術(shù)；紅外傳感器臂章技術(shù)；蜂鳴器；4WD驅(qū)動模塊；

目錄TOC\o"1-3"\h\u97951設(shè)計任務(wù) 125642系統(tǒng)硬件設(shè)計 2296512．1器件選擇 2154622.2硬件原理圖 2166653系統(tǒng)軟件設(shè)計 1016443.1軟件流程圖 10108054設(shè)計總結(jié) 1127094參考文獻(xiàn) 12附1：源程序代碼 6附2：系統(tǒng)原理圖 7單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計論文PAGE191設(shè)計任務(wù)任務(wù)要求： 本次設(shè)計課題是智能避障小車，具體任務(wù)要求如下：開始小車直線行走，當(dāng)前方遇到障礙時，報警器報警，同時：(1)：左邊傳感器檢測到障礙物，小車向右撞。（2）：左邊傳感器檢測到障礙物，小車向右撞。（3）：兩個傳感器都檢測到障礙物，小車先后退,再左轉(zhuǎn)。本小組人員分工：盧鵬飛程序設(shè)計；康帥負(fù)責(zé)硬件設(shè)計；楊飛負(fù)責(zé)文檔整理。2系統(tǒng)硬件設(shè)計2．1器件選擇根據(jù)本次課題的實(shí)際需要，為了達(dá)到要避障的效果，小車采用的主要設(shè)計器件有51單片機(jī)，紅外避障傳感器，蜂鳴器,4WD電機(jī)驅(qū)動。2.2硬件原理圖（1）51單片機(jī)89C2051是由ATMEL公司推出的一種小型單片機(jī)。95年出現(xiàn)在中國市場。其主要特點(diǎn)為采用Flash存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，可以很快被中國廣大用戶接受，其程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與試驗(yàn)比較容易。89C2051共有20條引腳，詳見圖1.從圖中可見，2051繼承了8031最重要引腳：圖151單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：1．具有較高的性能價格比。2．體積小，可靠性高。由單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易對系統(tǒng)進(jìn)行電磁屏蔽等抗干擾措施。另一方面，單片機(jī)不易受外界的干擾。所以單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性比一般微機(jī)系統(tǒng)高得多。3．控制功能強(qiáng)。單片機(jī)采用面向控制的指令系統(tǒng)，實(shí)時控制功能特別強(qiáng)。CPU可以直接對I/0口進(jìn)行輸入、輸出操作及邏輯運(yùn)算，并且具有很強(qiáng)的位處理能力。4．使用方便、容易產(chǎn)品化。單片機(jī)的體積小、功能強(qiáng)。能滿足許多小型對象的嵌入式應(yīng)用要求。51單片機(jī)的原理圖如下圖所示：圖2（2）紅外避障傳感器：這是一種集發(fā)射和接收于一體的光電傳感器，主要用于障礙物的檢測，對障礙物檢測的距離可以根據(jù)要求通過后部的旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。工作原理：避障傳感器基本原理，和循跡傳感器工作原理基本相同，利用物體的反射性質(zhì)。在一定范圍內(nèi)，如果沒有障礙物，發(fā)射出去的紅外線，因?yàn)閭鞑ゾ嚯x越遠(yuǎn)而逐漸減弱，最后消失。如果有障礙物，紅外線遇到障礙物，被反射到達(dá)傳感器接收頭。傳感器檢測到這一信號，就可以確認(rèn)正前方有障礙物，并送給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行一系列的處理分析，協(xié)調(diào)小車兩輪工作，完成一個漂亮的躲避障礙物動作實(shí)驗(yàn)接線：

實(shí)驗(yàn)時只需把信號輸出端（signal）與單片機(jī)的P1^0口相連。VCC端接5V電源，GND接電源負(fù)極或單片機(jī)上的邏輯地。注意：如果對紅外避障傳感器的使能感興趣，可以把傳感器的TC端接單片機(jī)的I/O口，通過控制TC實(shí)現(xiàn)是否開啟紅外避障傳感器，當(dāng)TC為高電平時傳感器工作，為低電平時，傳感器關(guān)閉，參照圖7。實(shí)物圖及電路圖如下所示：圖3(3)蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。實(shí)物圖如下：圖4工作原理：因?yàn)閱纹瑱C(jī)的IO口驅(qū)動能力不夠讓蜂鳴器發(fā)出聲音，所以我們通過三極管放大驅(qū)動電流，從而可以讓蜂鳴器發(fā)出聲音，你要是輸出低電平，三極管導(dǎo)通，集電極電流通過蜂鳴器讓蜂鳴器發(fā)出聲音，當(dāng)輸出高電平時，三極管截止，沒有電流流過蜂鳴器，所以就不會發(fā)出聲音。圖5（4）4WD電機(jī)驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動工作原理

驅(qū)動板由大功率驅(qū)動芯片L298為主，加上L7805穩(wěn)壓芯片為整個電路板提供穩(wěn)定的5V電壓。驅(qū)動板能同時驅(qū)動兩個直流電機(jī)。通過對六個口的控制就可以分別實(shí)現(xiàn)對電機(jī)正反轉(zhuǎn)、加減速的控制。完成向前、向后、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)等各種組合運(yùn)動。每個電機(jī)用三個口控制，一個使能端（EN）或PWM輸入端，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動與停止，也能用于PWM控制調(diào)速。也就說，對這個輸入端輸入一定頻率的脈沖，當(dāng)為高電平時，電機(jī)轉(zhuǎn)動，為低電平時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。一定頻率的脈沖，電機(jī)一段時間內(nèi)轉(zhuǎn)動一段時間內(nèi)停止轉(zhuǎn)動，但由于直流電機(jī)的慣性特性，它不會立即停下來，只要頻率高于某個值，就不會感覺到電機(jī)的停滯現(xiàn)象，反而是一種很連續(xù)的運(yùn)動。只要改變一個周期內(nèi)高低電平的時間比例，就可以改變電機(jī)的速度。另外兩個輸入端是為了控制方向，分別為In1和In2。In1為高電平，In2為低電平，電機(jī)按一個方向轉(zhuǎn)，In1為低電平，In2為高電平，電機(jī)向相反方向轉(zhuǎn)，如果他們同時為高電平或低電平，那么電機(jī)不轉(zhuǎn)。圖6驅(qū)動電路原理圖該驅(qū)動板需要用5V電源供電，但L298N的邏輯參考電平為典型的TTL電平。用了一個L7805穩(wěn)壓芯片提供穩(wěn)定的5V輸出電壓和邏輯參考電壓，D9、D10、D11和D12是發(fā)光二極管，指示運(yùn)動方向，與它們連接的電阻都是限流電阻。R5和R8都是下拉電阻，讓EnA和EnB口要么是高電平，要么是低電平，避免出現(xiàn)電平混亂，提高對輸入信號的抗干擾能力。輸出端都接有0.1uF電容，加上二極管平衡電路。他們都是為了保護(hù)L298N，電機(jī)是感性負(fù)載，當(dāng)給電機(jī)突然通電與斷電，因?yàn)殡娏鞯乃沧儯姍C(jī)兩端會產(chǎn)生瞬時高壓和大電流。如果沒有保護(hù)措施，L298N就可能會被燒毀圖7驅(qū)動板連線：

驅(qū)動板與單片機(jī)和驅(qū)動板與直流電機(jī)的接線如圖3，整個系統(tǒng)的總電源由L298驅(qū)動板的供電電源提供。L298驅(qū)動板的5V電源輸出給單片機(jī)。L298驅(qū)動板的輸入控制端與P0口相連，具體各管腳的連接的情況如圖3。L298驅(qū)動板的輸出直接與直流電機(jī)連接，參照圖3。L298驅(qū)動板的有一個VCC和GND不用。他們是使用步進(jìn)電機(jī)時，作為公共端的。要實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的前后控制，只要P0^0和P0^1邏輯電平相反。假設(shè)P0^0為高，P0^1為低時是正轉(zhuǎn)。那么在顛倒送數(shù)，即P0^0為低，P0^1為高，車輪就會反轉(zhuǎn)。調(diào)速，控制P0^2口的高電平保持時間相對總周期長點(diǎn)，速度就大，短點(diǎn)，速度就小圖8驅(qū)動電機(jī)的實(shí)物原理圖如下所示：單片機(jī)控制信號輸入給模塊ENB=控制直流電機(jī)B單片機(jī)控制信號輸入給模塊ENB=控制直流電機(jī)B的PWMB1、B2控制直流電機(jī)A正反轉(zhuǎn)B1B2=01正轉(zhuǎn)B1B2=10反轉(zhuǎn)如果單片機(jī)為自己獨(dú)立供電，請將單片機(jī)的GND和本模塊的GND連接共地。6-12V直流電源或電池輸入接步進(jìn)電機(jī)Y接步進(jìn)電機(jī)X接直流電機(jī)A接直流電機(jī)B接直流電機(jī)C接直流電機(jī)D單片機(jī)控制信號輸入給模塊控制直流電機(jī)C、D原理同上電源開關(guān)單片機(jī)控制信號輸入給模塊ENA=控制直流電機(jī)A的PWMA1、A2控制直流電機(jī)A正反轉(zhuǎn)A1A2=01正轉(zhuǎn)A1A2=10反轉(zhuǎn)圖8AT89S523系統(tǒng)軟件設(shè)計AT89S523.1軟件流程圖開始開始判斷是否有障礙物否有障礙物bao左邊遇到障礙物右邊遇到障礙前方遇到障礙右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)先后退再左轉(zhuǎn)前進(jìn)報警

4設(shè)計總結(jié)（1）通過本次紅外避障小車實(shí)驗(yàn)，使我了解了機(jī)器人小車執(zhí)行各種功能的原理和利用的器件。了解了小車最基本的前進(jìn)后退轉(zhuǎn)彎的工作原理，了解了小車如何尋線行駛，了解小車如何避障和尋找目標(biāo)。

（2）讓我親身感受到傳感器在機(jī)器人工作中的運(yùn)用，可以說，機(jī)器人每做一個任務(wù)都離不開傳感器，從避障，找目標(biāo)物等等任務(wù)中完全體現(xiàn)出來。

（3）體驗(yàn)到實(shí)際操作與理論的差別，例如，理論上只要調(diào)好程序，就可以完全做到精確地尋線行駛，但是實(shí)際中會出現(xiàn)外部因素的改變，周圍物體對小車判斷的各種影響紅外避障小車，經(jīng)過多次反復(fù)的驗(yàn)證，再經(jīng)過多次的整體軟硬件結(jié)合的調(diào)試，不斷地對程序進(jìn)行優(yōu)化，小車完成了各項(xiàng)功能。管腳的設(shè)定尤為重要。對設(shè)計的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。

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附1：源程序代碼#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitc3=P3^7;sbitc4=P3^6;sbitBEEP=P0^4;/*位定義*/sbita0=P1^0;sbita1=P1^1;sbita2=P1^2;sbita3=P1^3;sbita4=P1^4;sbita5=P1^5;sbita6=P1^6;sbita7=P1^7;/*宏定義*/#definemove_go{a0=1,a1=0,a2=1,a3=0,a4=1,a5=0,a6=1,a7=0;}#definemove_right{a0=0,a1=1,a2=0,a3=1,a4=1,a5=0,a6=1,a7=0;}#definemove_left{a0=1,a1=0,a2=1,a3=0,a4=0,a5=1,a6=0,a7=1;}#definemove_stop{a0=1,a1=1,a2=1,a3=1,a4=1,a5=1,a6=1,a7=1;}#definemove_back{a0=0,a1=1,a2=0,a3=1,a4=0,a5=1,a6=0,a7=1;}voiddelay(uintz)//延時{ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=100;y>0;y--);}voiddelay500(void){uchari;for(i=230