紅外避障小車(chē)設(shè)計(jì)報(bào)告

.PAGE.-..-可修遍-紅外避障小車(chē)學(xué)校:.senxiao.學(xué)院:電子信息學(xué)院:.loveb.班級(jí):07級(jí)電子二班前言隨著生產(chǎn)自動(dòng)化的開(kāi)展需要，機(jī)器人已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)自動(dòng)化上，隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，機(jī)器人的傳感器種類(lèi)也越來(lái)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(jué)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，我們暫選最根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(guò)小車(chē)這個(gè)載體再結(jié)合由AT89S51為核心的控制板可以到達(dá)其根本功能，再輔加由漫反射式光電開(kāi)關(guān)組成的避障電路、555組成的轉(zhuǎn)速控制電路、電源電路、差分驅(qū)動(dòng)電路就可以完善整個(gè)設(shè)計(jì)。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)231.【摘要】:本文提出一種智能避障小車(chē)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)展實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)智能避障，智能小車(chē)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(kāi)關(guān)差分控制LCD2.功能概述智能小車(chē)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)，分別控制兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)從而到達(dá)轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬(wàn)向輪，起支撐的作用。將三個(gè)紅外線(xiàn)光電傳感器分別裝在車(chē)體的左中右，當(dāng)車(chē)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)停頓左輪轉(zhuǎn)動(dòng)，車(chē)向右方轉(zhuǎn)向，當(dāng)車(chē)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)停頓轉(zhuǎn)動(dòng)，車(chē)向左方轉(zhuǎn)向，當(dāng)前面有障礙物時(shí)規(guī)定車(chē)右轉(zhuǎn)。于此同時(shí)測(cè)定速度并顯示，在避障小車(chē)前進(jìn)的同時(shí)從LCD點(diǎn)陣液晶顯示器上顯示小車(chē)當(dāng)時(shí)速度。在小車(chē)左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時(shí)在顯示器上顯示出左或右。3．硬件設(shè)計(jì)如下列圖所示，是本次設(shè)計(jì)智能小車(chē)的電路框圖。以AT89S51為電路的中央處理器，來(lái)處理傳感器采集來(lái)的數(shù)據(jù)，處理完畢之后以便去控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電源局部是為整個(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(xiàn)發(fā)射承受器。由于采用該有交流分量的調(diào)制信號(hào)，那么可大幅度減少外界干擾；另外紅外線(xiàn)承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〔50—100mA〕，那么大大提高了信噪比。并且其反響靈敏，外圍電路也很簡(jiǎn)單。它的優(yōu)點(diǎn)是消除了外界光線(xiàn)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，那么通知單片機(jī)前方有障礙物，如那么通知單片機(jī)可以向前行駛。市場(chǎng)上很多紅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，而且能防止電路的復(fù)雜性

由以上兩種方案比擬可知。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，性能比擬穩(wěn)定。從而防止了電路的復(fù)雜性，因此我先用方案二作為小車(chē)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。避障電路采用漫反射式光電開(kāi)關(guān)進(jìn)展避障。光電開(kāi)關(guān)是集發(fā)射頭和接收頭于一體的檢測(cè)開(kāi)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(xiàn)反射回來(lái)時(shí)，輸出低電平；當(dāng)沒(méi)有光線(xiàn)反射回來(lái)時(shí)，輸出高電平。單片機(jī)根據(jù)接收頭電平的上下做出相應(yīng)控制，防止小車(chē)碰到障礙物，由于接收管輸出TTL電平，有利于單片機(jī)對(duì)信號(hào)的處理。光電開(kāi)關(guān)工作原理：光電開(kāi)關(guān)是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。

光電開(kāi)關(guān)在一般情況下，有三局部構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。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〕待執(zhí)行命令左中右左轉(zhuǎn)信號(hào)(P2.1)右轉(zhuǎn)信號(hào)〔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)111前進(jìn)注解〔"0〞表示有障礙物；"1〞表示無(wú)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：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(guò)控制該信號(hào)的占空比來(lái)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1．5V的倍數(shù)的電壓，并且隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，其電壓會(huì)逐漸下降，那么需要LM7805穩(wěn)壓芯片。L7805能提供300至500mA的電流，足以滿(mǎn)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。電源電路擬定為：7.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

市場(chǎng)上用很多種類(lèi)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)和停頓能力，能夠到達(dá)我們所要求的標(biāo)準(zhǔn)。如果負(fù)荷不超過(guò)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)換靈敏度比擬高。正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制靈活。但是步進(jìn)電機(jī)的價(jià)格比擬昂貴，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)整圍廣；過(guò)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(wú)極快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。能滿(mǎn)足各種不容的特殊運(yùn)行要求。由于普通直流電機(jī)價(jià)格適宜，更易于購(gòu)置，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(kāi)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)下，效率非常高，并且大功率晶體管開(kāi)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(mén)對(duì)兩電機(jī)進(jìn)展選擇控制，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：注釋?zhuān)簩A盤(pán)12等分半徑2CM，周長(zhǎng)4*pi.用程序設(shè)定1S采集到的脈沖數(shù)可以轉(zhuǎn)化為速度。單位時(shí)間前進(jìn)距離為S,那么：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(chē)狀態(tài)P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5111110前進(jìn)111100停頓100011左轉(zhuǎn)010011右轉(zhuǎn)8.主程序流程圖源程序：RSBITP2.2RWBITP2.3EBITP2.4ORG0000HLJMPMAINORG0030HMAIN:MOVP2,#0FFHMOVP1,#1FH;前進(jìn)MOVTMOD,#10HMOVR1,#0C8HSETBTR1TIME:MOVTH1,#0D8HMOVTL1,#0F0HJNBTF1,$DJNZR1,TIMECLRTR1MOVR7,#00H;脈沖個(gè)數(shù)MOVR1,#64HMOVTMOD,#10HSETBTR1LOOP6:MOVTH1,#08HMOVTL0,#0F0HNEXT:MOVC,0TF1,LOOP7;判斷TF1是否溢出ORLC,P3.4JNCLOOP6;判斷C是否為1INCR7;1S出現(xiàn)的脈沖個(gè)數(shù)TF1,LOOP7SJMPNEXTLOOP7:DJNZR1,LOOP6CLRTR1CLRCMOVA,R7;脈沖個(gè)數(shù)乘以2ADDCA,R7MOVR7,AMOVA,#01H;一個(gè)碼格的弧長(zhǎng)MOVB,R7MULAB;計(jì)算總弧長(zhǎng)DAA;十進(jìn)制調(diào)整MOVR5,AMOVA,B;B的值給AJNCLOOP8;判斷十進(jìn)制調(diào)整是CY有沒(méi)有被置1INCACLRCLOOP8:DAA;十進(jìn)制調(diào)整MOVR6,AJNCLOOP9INC70H;十進(jìn)制調(diào)整如果CY被置1，70H賦值1CLRCLOOP9:MOVA,R6;解釋R6，R5分別表示總長(zhǎng)的高位和低位ANLA,#0F0H;取R6的高四位，賦給71HSWAPAMOV71H,AMOVA,R6ANLA,#0FH;取R6的低四位，賦給72HMOV72H,AMOVA,R5ANLA,#0F0H;取R5的高四位，賦給73HSWAPAMOV73H,AMOVA,R5ANLA,#0FH;取R5的低四位，賦給74HMOV73H,A/******顯示前進(jìn)******/MOVSP,#50HACALLINITMOVA,10000000BACALLWC51RMOVA,"G"ACALLWC51DDRMOVA,"0"ACALLWC51DDRMOVA,""ACALLWC51DDRMOVA,"A"ACALLWC51DDRMOVA,"H"ACALLWC51DDRMOVA,"E"ACALLWC51DDRMOVA,"A"ACALLWC51DDRMOVA,"D"ACALLWC51DDRMOVA,11000101BACALLWC51RMOVA,70HACALLWC51DDRMOVA,71HACALLWC51DDRMOVA,72HACALLWC51DDRMOVA,"."ACALLWC51DDRMOVA,73HACALLWC51DDRMOVA,74HACALLWC51DDRMOVC,P2.0JCLOOP1;判斷P2.0MOVP1,#0FH;停車(chē)LCALLLOOP2MOVP1,#32H;右轉(zhuǎn)LCALLRIGHTLJMPLOOP4LOOP1:MOVC,P2.1JCNEXT1;判斷P2.1MOVP1,#0FH;停車(chē)LCALLLOOP2MOVP1,#31H;左轉(zhuǎn)LCALLLEFTLJMPLOOP4NEXT1:LJMPMAIN/*****停車(chē)定時(shí)*****/LOOP2:MOVTMOD,#10HMOVR0,#64HSETBTR1LOOP3:MOVTH1,#0D8HMOVTL1,#0F0HJNBTF1,$DJNZR0,LOOP3CLRTR1RET/*****轉(zhuǎn)向定時(shí)*****/LOOP4:MOVTMOD,#10HMOVR1,#0C8HSETBTR1LOOP5:MOVTH1,#0D8HMOVTL1,#0F0HJNBTF1,$DJNZR1,LOOP5CLRTR1MOVP1,#1FH;前進(jìn)LJMPMAIN/*****顯示左轉(zhuǎn)*****/LEFT:MOVSP,#50HACALLINITMOVA,10000000BACALLWC51RMOVA,"L"ACALLWC51DDRMOVA,"E"ACALLWC51DDRMOVA,"F"ACALLWC51DDRMOVA,"T"ACALLWC51DDRRET/*****顯示右轉(zhuǎn)*****/RIGHT:MOVSP,#50HACALLINITMOVA,10000000BACALLWC51RMOVA,"R"ACALLWC51DDRMOVA,"I"ACALLWC51DDRMOVA,"G"ACALLWC51DDRMOVA,"H"ACALLWC51DDRMOVA,"T"ACALLWC51DDRRET/***********初始化子程序***********/INIT:MOVA,#00000001H;清屏ACALLWC51RMOVA,#00111000B;使用8位數(shù)據(jù)LCALLWC51RMOVA,#00000110B;字符不動(dòng)，光標(biāo)自動(dòng)右移一格LCALLWC51R/*****檢查忙子程序*****/F_BUSY:PUSHACC;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)PUSHDPHPUSHDPLPUSHPSWWAIT:CLRRSSETBRWCLRESETBEMOVA,P1CLREACC.7,WAIT;忙，等待POPPSW;不忙，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)POPDPLPOPDPHPOPACCACALLDELAYRET/*****寫(xiě)入命令子程序****