紅外線智能避障小汽車

1、唐山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書二、 硬件電路圖設計2 系 統(tǒng) 框 圖本設計制作的是單片機控制的自動避障小汽車，以單片機為小汽車的“大腦”，紅外線探頭為小汽車的“眼睛”，電機為小汽車的“雙足”?！按竽X”控制“眼睛”去看前方是否有障礙物，當“眼睛”看到障礙后，由大腦來控制“雙足”的行動方向。從而實現(xiàn)小汽車的自動避障。電路原理簡單，結構明了。如圖2.2.1為整個系統(tǒng)的框圖。紅外避障電路H橋控制電路電機80C51返回信號輸入調制信號輸出 圖2.2.1 系統(tǒng)框圖4 紅外線避障電路 避障方案選擇，方案一：采用超聲波避障。超聲波受環(huán)境影響較大，電路復雜，而且地面對超聲波的反射，會影響系統(tǒng)對障礙物的判斷。

2、 方案二：采用紅外線避障。利用單片機來產(chǎn)生38KHz信號，并用250HZ的方波對紅外線發(fā)射管進行調制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調，輸出TTL電平。外界對紅外信號的干擾比較小，且易于實現(xiàn)，價格也比較便宜，故采用方案二。 紅外線避障電路是小汽車的“眼睛”，其性能的好壞和抗干擾能力的強弱，就定了避障的準確性和靈活性。由于紅外線受外界可見光的影響較大，因此用250Hz的信號對38KHz的載波進行調制，這樣能減少外界的一些干擾。 接收管采用HS0038A2型號，輸出TTL電平，有利于單片機對信號的處理。避障電路采用紅外線發(fā)射與接收原理，利用單片機產(chǎn)生

3、250HZ和38KHz信號，并利用單片機的中斷對紅外線發(fā)射管進行調制發(fā)射，發(fā)射距離遠近由RW調節(jié)，由于本設計的小汽車行駛速度較快，所以調節(jié)避障距離為20CM左右。發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調，輸出TTL電平。利用單片機的中斷系統(tǒng)，在遇障礙物時控制電機并使小車轉彎。如圖2.4.1所示紅外發(fā)射紅外接收80C51MH橋驅動 圖2.4.1 紅外線避障示意圖1、紅外線發(fā)射部分紅外線發(fā)射電路通過單片機的控制，輸出調制信號向前方發(fā)射，如果遇到障礙物后，紅外光線被障礙物返回，被紅外接收頭接收，在其3腳輸出250HZ方波信號，而其3腳和單片機的ITN0連接在一起，

4、故當遇到障礙物后，會給單片機一個外部中斷0信號，通過外部中斷0程序，來控制小汽車的左轉或者右轉。從而實現(xiàn)避障功能。圖2.4.2所示為紅外線發(fā)射原理圖。P2.1輸入的是250HZ的方波，P2.0輸入的是38K的載波，D0處發(fā)射的就是調制好的發(fā)射信號。各個波形如圖2.4.3 a)、b)、c)所示。 圖2.4.2 紅外線發(fā)射電路a). 38K載波 b). 250HZ調制信號c). 調制后波形圖 2.4.3 紅外線發(fā)射波形圖 2、紅外線接收部分 紅外線接收電路如圖2.4.4所示，紅外線接收頭在沒有接收到紅外信號時，INT0輸出高電平，單片機不中斷。在接收到信號時輸出低電平，單片機中斷。接收頭采用HS0

5、038A2型一體化接收探頭，其內(nèi)部集成了輸入部分、自動增益控制部分、控制電路、帶通濾波器和解調電路。其內(nèi)部框圖如2.4.5所示 圖2.4.4 紅外線接收電路輸入電路自動增益控制解調電路帶通濾波器控制電路30KOUTVsGND 圖2.4.5 HS0038A2型紅外接收頭內(nèi)部結構由圖2.4.5可知，經(jīng)過調制后發(fā)射的紅外線被接收頭接收后，通過其內(nèi)部的自動增益控制、帶通濾波器和解調電路等在OUT處輸出調制信號。因為本設計采用的是250HZ的調制信號，其周期為4000s，如果占空比為1：1，其半周期為2000s，如果把OUT端口和單片機的外部中斷連接在一起的話，足以能夠引起單片機的中斷了。在中斷程序中來

6、實現(xiàn)對障礙物的判斷和控制小汽車的行駛方向。5 H橋驅動電路H橋驅動電路是小汽車的“雙足”控制電路，對小汽車的行駛有著直接的影響。如圖2.5.1所示，整個車體的驅動用兩個H橋驅動電路，分別驅動兩個直流電機，其控制口分別接單片機的I/O口，在此接在了P1口。在控制其行駛時，在P1.4為低電平的前提下，只要給P1.0、P1.1、P1.2和P1.3輸出不同的高低電平就能控制小汽車的行駛，但是一定要注意的是，其中P1.0和P1.1的電平一定不能全為高電平，P1.2和P1.3的電平也一定不能全為高電平。現(xiàn)以P1.0和P1.1 如果全為高為例介紹其原理。H橋電路的正常控制原理是，當P1.0為高電平、P1.1

7、為低電平時Q6、Q3、Q2導通，Q1、Q5、Q4截止，所以電流的流向是從VCC Q2 Q3 GND，電機正轉。如果當P1.0為低電平、P1.1為高電平時Q1、Q5、Q4導通，Q6、Q3、Q2截止，所以電流的流向是從VCC Q1 Q4 GND，電機反轉。如果P1.0和P1.1全為高電平，則Q1、Q5、Q4、 Q6、Q3、Q2全部導通VCC和GND必將短路，將會損壞整個系統(tǒng)。因為整個系統(tǒng)沒有設置看門狗系統(tǒng)，所以在系統(tǒng)死機后需要人工復位，考慮到復位時各I/O口輸出全為高電平，為了防止整個系統(tǒng)死機后復位時輸出全高電平損壞整個系統(tǒng)，所以在電源和整個電路之間加一PNP型三極管Q13，其基極接P1.4，當單

8、片機復位時P1.4輸出高電平，Q13截止，整個電路不供電，保證了電路的安全性能。H橋控制原理圖如圖2.5.1所示： 圖2.5.1 H橋控制電路當單片機和H橋控制電路連接完畢后，只要讓單片機給出不同的數(shù)據(jù)編碼，就能控制小汽車的行駛方向。下表2.5.1為不同的行駛方向所對應的16進制數(shù)碼。表2.5.1前行左轉右轉后退停止81H06H09H0AH00H三、 軟件設計1 程序流程圖如圖3.1.1所示為整個設計的軟件流程圖：開 始初始化延時2秒定時30秒前行 判斷定時時間到否判斷是否有障礙判斷障礙物是否在左邊左轉右轉結束是是否否是否 圖3.1.1 程序流程圖 2主程序 MAIN: SETB EA ;開總

9、中斷允許MOV TMOD,#01H ;選擇定時計數(shù)器工作方式1SETB ET0 ;開定時器0中斷允許位SETB EX0 ;開外部中斷0允許位SETB EX1 ;開外部中斷1允許位 MOV TH0,#0F8H ;賦初值 定時2ms MOV TL0,#30HSETB TR0 ; 啟動T0CLR P2.1 ;調制信號輸出清零 MOV A,#81H ;前行 MOV P1,A ;前行/38K方波產(chǎn)生程序/ L0: SETB P2.0 L1: MOV R0,#6 L2: DJNZ R0,L2 CPL P2.0 LJMP L1/ SJMP $3紅外線調制信號發(fā)生程序 紅外線調制信號發(fā)生程序采用中斷的方式來實

10、現(xiàn)的，用計數(shù)定時器T0定時2ms，中斷時取反P2.1來控制圖2.4.2紅外線發(fā)射電路中Q1的通斷，以此來產(chǎn)生250HZ的調制信號，來調制38K的紅外載波，程序如下：DS0: CPL P2.1 ;取反P2.1MOV TH0,#0F8H ;重新裝初值 MOV TL0,#30H RETI ;中斷返回 4紅外線載頻信號發(fā)生程序 紅外線載波信號采用軟件延時來實現(xiàn)，利用單片機指令執(zhí)行時間的長短來選擇不同的指令和不同的執(zhí)行次數(shù)，從而達到想要的延時時間，以下為38K載波發(fā)生程序： L0: SETB P2.0 L1: MOV R0,#6 L2: DJNZ R0,L2 CPL P2.0 LJMP L15避障程序

11、避障程序采用外部中斷的方式來實現(xiàn)，因為在小汽車的前部安裝了兩對紅外線探頭，分別用來檢測車體左邊和右邊的障礙物，當右邊檢測到障礙時引起外部中斷1中斷，控制小汽車向左轉。當左邊檢測到障礙時引起外部中斷0中斷，控制小汽車向右轉。程序如下：ZD1: MOV P1,#06H ;左轉 MOV R5,#5 ;延時0.5SY2: MOV R1,#0FFH Y0: MOV R2,#0FAH Y1: DJNZ R2,Y1 DJNZ R1,Y0 DJNZ R5,Y2 MOV P1,#81H ; 前行 RETI ZD0: MOV P1,#09H ;右轉 MOV R3,#5 ;延時 0.5S YS2: MOV R6,#

12、0FFH YS0: MOV R4,#0FAH YS1: DJNZ R4,YS1 DJNZ R6,YS0 DJNZ R3,YS2 MOV P1,#81H ;前行 RETI附錄 電路原理總圖附錄 系統(tǒng)程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H ;外部中斷0入口地址即右轉 LJMP ZD0 ORG 000BH ;定時計數(shù)器T0入口地址即產(chǎn)生250HZ方波 LJMP DS0 ORG 0013H ;外部中斷1入口地址即左轉 LJMP ZD1 ORG 0100HMAIN: SETB EA ;開總中斷允許MOV TMOD,#01H ;選擇定時計數(shù)器工作方式1SETB ET0 ;開定時器

13、0中斷允許位SETB EX0 ;開外部中斷0允許位SETB EX1 ;開外部中斷1允許位 MOV TH0,#0F8H ;賦初值 定時2ms MOV TL0,#30HSETB TR0 ; 啟動T0CLR P2.1 ;調制信號輸出清零 MOV A,#81H ;前行 MOV P1,A ;前行;/38K方波產(chǎn)生程序/ L0: SETB P2.0 L1: MOV R0,#6 L2: DJNZ R0,L2 CPL P2.0 LJMP L1;/ SJMP $ DS0: MOV TH0,#0F8H MOV TL0,#30H CPL P2.1 RETI ZD1: MOV P1,#06H ;左轉 MOV R5,#5 ;延時0.5SY2: MOV R1,#0FFH Y0: MOV R2,#0FAH Y1