單片機(jī)課程設(shè)計(jì)紅外避障小車(chē)

1、紅外避障小車(chē)任務(wù)： 利用單片機(jī)、紅外實(shí)現(xiàn)避障，要求具有下述功能：1. 小車(chē)前進(jìn)可以避開(kāi)（前、左、右）20cm的障礙物；2. 實(shí)現(xiàn)下車(chē)前進(jìn)時(shí)，不碰障礙物；3. 具有聲音播報(bào)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(lái)越高，單片機(jī)已可以在一塊芯片上同時(shí)集成cpu、存儲(chǔ)器、定時(shí)器、并行和串行接口、看門(mén)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(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合，組成智能化測(cè)量控制系統(tǒng)。這種技術(shù)促使機(jī)器人技術(shù)也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，目前人們已經(jīng)完全可以設(shè)計(jì)并制造出具有某些特殊功能的簡(jiǎn)易智能小車(chē)。發(fā)揮：1.利用超聲波測(cè)距2.紅外尋跡可以控制小車(chē)行走的路

2、跡3.紅外發(fā)射接收器，用遙控來(lái)控制小車(chē)的行走方向工作日程安排： 序號(hào)畢業(yè)設(shè)計(jì)各階段的名稱(chēng)日期1設(shè)計(jì)單片機(jī)外部接線(xiàn)圖，以及其它相關(guān)電路連接。09.11.23-09.11.242設(shè)計(jì)單片機(jī)程序，驅(qū)動(dòng)電路的程序及注解。09.11.25-09.11.283編制設(shè)計(jì)的元件明細(xì)表09.11.29-09.11.294編制電路元件明細(xì)表09.11.29-09.11.305編寫(xiě)操作原理說(shuō)明09.11.31-09-11.316編寫(xiě)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試以及所需的補(bǔ)充資料10.1.1-10.1.37在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室做模擬調(diào)試10.1.4-10.1.68編寫(xiě)摘要10.1.7-10.1.79將設(shè)計(jì)資料裝訂成冊(cè)，交給指

3、導(dǎo)教師，準(zhǔn)備答辯10.1.10摘要針對(duì)題目的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)易的紅外避障小車(chē)。該電路設(shè)計(jì)分別以驅(qū)動(dòng)模塊，單片機(jī)控制顯示模塊組成。為了達(dá)到題目的要求，我們以atmega16-l為核心控制器件，以lm298驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)和紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而成。關(guān)鍵詞：atmega16-l;紅外避障檢測(cè)電路；驅(qū)動(dòng)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(diǎn)是反應(yīng)速度靈敏，距離遠(yuǎn)，受外界干擾小。但是，在本設(shè)計(jì)中，題目所要求是距離是20cm，如果利用超聲波傳感器進(jìn)行壁障的話(huà)，由于空間小聲波在小空間不同方向里會(huì)進(jìn)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

4、判斷出那個(gè)方位遇到了障礙物，從而動(dòng)作紊亂，不能實(shí)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(wèn)題。38k調(diào)制和發(fā)射電路。使用一個(gè)定時(shí)器的快速pwm模式產(chǎn)生38k調(diào)制信號(hào)，通過(guò)剩余的四個(gè)施密特觸發(fā)器（有2個(gè)已經(jīng)用在光電編碼部分）緩沖，推動(dòng)8050三極管和紅外發(fā)光管來(lái)發(fā)射已經(jīng)調(diào)制的紅外線(xiàn)。其中2個(gè)1n4148接單片機(jī)io腳，控制左右紅外發(fā)光管輪流發(fā)射。后面串接的可見(jiàn)光led是為了方便用戶(hù)調(diào)試而設(shè)置的，讓用戶(hù)知道當(dāng)前是否在發(fā)射紅外線(xiàn)。通過(guò)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(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)感知障礙物距離的功能。但是實(shí)際測(cè)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

5、價(jià)格也貴。 利用紅外傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)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(hào)不會(huì)相互干擾，造成誤動(dòng)作。缺點(diǎn)是距離近，易受到自然光的干擾。經(jīng)過(guò)兩種傳感器性能對(duì)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(chē)的眼睛，進(jìn)行壁障。lm567是一種廉價(jià)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(yè)圖所示，由lm567的內(nèi)部振蕩器提供方波信號(hào)，點(diǎn)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(hào)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(fù)反饋放大電路有著穩(wěn)定的增益和低的輸入阻抗，

6、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(gè)電路的缺點(diǎn)是當(dāng)多個(gè)探頭同時(shí)使用時(shí)因?yàn)轭l率接近，一旦相鄰單元的光斑出現(xiàn)部分重合就會(huì)有差拍干擾造成輸出抖動(dòng)。另外，567輸出鑒相器的參考信號(hào)是從振蕩電容端引出的，與發(fā)射和接收信號(hào)幾乎是正交的，解調(diào)效率非常低，前級(jí)需要高倍放大。意探頭的連線(xiàn)要短，如果連線(xiàn)較長(zhǎng)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(xiàn)上大幅度的脈沖信號(hào)會(huì)感應(yīng)耦合到接收端，導(dǎo)致在沒(méi)有接收光的情況下也誤認(rèn)為收到了光信號(hào)，這種同頻干擾無(wú)法用電路板上的設(shè)計(jì)來(lái)消除電路圖如下圖：但為了使用方便，改用成品。（成品如下圖）2.驅(qū)動(dòng)模塊在電機(jī)

7、驅(qū)動(dòng)模塊中，由于電機(jī)的功率不大，我們可以選擇使用電橋驅(qū)動(dòng)，電路圖如下： 其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，成本高。但是由于缺少保護(hù)電路，只要控制出現(xiàn)錯(cuò)誤，就很容易燒壞晶體管，晶體管的價(jià)格也不菲，便宜貨又電流太小，不足以承受小車(chē)的功率，使整個(gè)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(xiě)程序的時(shí)候錯(cuò)誤或者其他原因使控制端口同時(shí)輸出通過(guò)一種電平，不容易燒壞芯片，使整個(gè)電路癱瘓。同時(shí)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(jī)更容易控制。也使得程序在減速的過(guò)程特別是保持左右電機(jī)速度平衡的程序編寫(xiě)上變得更加簡(jiǎn)潔容易。 15腳multiwatt封裝的l29

8、8n，內(nèi)部同樣4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。 l298n可接受標(biāo)準(zhǔn)ttl邏輯電平信號(hào)vss，vss可接457 v電壓。4腳vs接電源電壓，vs電壓范圍vih為2546 v。輸出電流可達(dá)25 a，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。l298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，out1，out2和out3，out4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ena，enb接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)綜合分析考慮，最終決定使用lm298作為本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)芯

9、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(jī)要at89s51,atmega16-1,凌陽(yáng)單片機(jī)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(yǔ)言進(jìn)行程序的編寫(xiě)，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(shí)，只能通過(guò)擴(kuò)展外電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得整個(gè)電路復(fù)雜，成本高，穩(wěn)定性低。同時(shí)，i/o口輸出功率小，一般器件都需要加驅(qū)動(dòng)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(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，可以大大節(jié)省了成本，提高了整體電路穩(wěn)定性。同時(shí)輸出功率大，一般器件無(wú)需驅(qū)動(dòng)電路，就可以直接使用。at

10、mega16是基于增強(qiáng)的avr risc結(jié)構(gòu)的低功耗8 位cmos微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，atmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 mips/mhz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。atmega16 avr 內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個(gè)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(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)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atmega16 avr單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以下是控制板的電路。其電路連接圖如下：此圖為avr a

11、tmega16l的原理圖。二.程序設(shè)計(jì)1.程序流程圖 上電運(yùn)行后，放到?jīng)]有障礙物的空地上，小車(chē)直走。當(dāng)前方?jīng)]有障礙物的的時(shí)候車(chē)就一直直走。如果前方遇到障礙物，則小車(chē)做左轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。直至前方?jīng)]有障礙物，這時(shí)小車(chē)恢復(fù)直走。 如果前方有障礙物的時(shí)候，左邊同時(shí)也有障礙物，則小車(chē)右轉(zhuǎn)。直至左邊沒(méi)有障礙物或者前方?jīng)]有障礙物。這時(shí)小車(chē)恢復(fù)左轉(zhuǎn)，或者直走。如果前面沒(méi)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(chē)后退，直至前方，左方，右方任一方向沒(méi)有障礙，則此時(shí)小車(chē)開(kāi)始以前方，左方，右方的優(yōu)先級(jí)開(kāi)始執(zhí)行轉(zhuǎn)向。也就是說(shuō)如果前方?jīng)]有障礙物，即使其他任意方向都有障礙則小車(chē)依然直走，如果前方有障礙，左邊沒(méi)

12、有則右轉(zhuǎn)，前方左方都有障礙，則小車(chē)右轉(zhuǎn)。否則小車(chē)后退。2.程序編寫(xiě)/=/*硬件分布 pc0 前進(jìn) | pd0 檢測(cè)前 pc1 左轉(zhuǎn) | pd1 檢測(cè)左 pc2 右轉(zhuǎn) | pd2 檢測(cè)右 pc3 退后 | pb3 pwn左右平衡校準(zhǔn)輸出*/=#include<iom16v.h>#include<delay.h>#include <macros.h> #define uchar unsigned char#define oc0_out_enddrb |= 0b00001000int w;int num; /* 要顯示的數(shù)字 */*-*/void timer0_i

13、nit(void) tccr0 = (1<<wgm01)|(1<<wgm00)|(1<<com01)|(1<<com00)|(1<<cs00);tcnt0 = 0x00;/設(shè)置tc0計(jì)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 /*-*/*=*/uchar key_p(void) uchar keyval;keyval = pind; /定義輸入口 keyval = (keyval)&0xff;/keyval = keyval >>3; / switch(keyval) c

14、ase 0: return 0; case 1: return 1; case 2: return 2; case 3: return 3; case 7: return 7; default:return 0;return 0;/=void zw(void)while(1)num = key_p(); /返回 key_p 的值給num。/portc=0xff;if(num=0)portc=9;/前方無(wú)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); /=int main(void)ddrc = 0xff;ddrd = 0; / 輸入方式為d口輸入。portd=0xff; oc0_out_en;/為允許pwm工作，需設(shè)置pb3為輸出timer0_init(); sei(); zw(); return 0;三.工作原理 當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，紅外光敏二極管接收到反射回來(lái)紅外光，其輸出立即發(fā)生高低點(diǎn)平轉(zhuǎn)換，該信號(hào)經(jīng)放大器放大后送到單片機(jī)進(jìn)行分析處理。然后將處理后的結(jié)