红外避障小车设计报告1

1、红 外 避 障 小 车学校: 学院: 电子信息学院姓名: 班级: 07级电子二班前 言-随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。本设计通过小车这个载

2、体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。 目录 前言 -1目录 -2摘要 -3功能概述 -3 硬件设计 -3 避障电路 -4单片机电路 -7电机转速控制电路 -7电源电路 -8电机驱动电路 -9主程序设计 -12小结 -23参考文献 -23 1.【摘 要】: 本文提出一种智能避障小车的设计方法，利用红外技术检测障碍物信息，采用AT89S51单片机进行实时控制，实现智能避障，智能小车采用后轮驱动，两轮各用一个直流电机控制，避障用的传感器采用红外漫反射式传感器。【关键词】:

3、 避障 光电开关 差分控制 LCD 2. 功能概述智能小车采用前轮驱动，前轮左右两边各用一个电机驱动，分别控制两个轮子的转动从而达到转向的目的，后轮是万向轮，起支撑的作用。将三个红外线光电传感器分别装在车体的左中右，当车的左边的传感器检测到障碍物时，主控芯片控制右轮电机停止左轮转动，车向右方转向，当车的右边传感器检测到障碍物时，主控芯片控制左轮电机停止转动，车向左方转向，当前面有障碍物时规定车右转。于此同时测定速度并显示，在避障小车前进的同时从LCD点阵液晶显示器上显示小车当时速度。在小车左转或右转时在显示器上显示出左或右。3硬件设计如下图所示，是本次设计智能小车的电路框图。以AT89S51为

4、电路的中央处理器，来处理传感器采集来的数据，处理完毕之后以便去控制电机驱动电路来驱动电机。电源部分是为整个电路模块提供电源，以便能正常工作。4. 避障电路（1）障碍物探测方案的选择方案一：脉冲调制的反射式红外线发射接受器。由于采用该有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界干扰；另外红外线接受官的最大工作电流取决于平均电流。如果采用占空比小的调制信号，再品均电流不变的情况下，顺势电流很大（50100mA），则大大提高了信噪比。并且其反应灵敏，外围电路也很简单。它的优点是消除了外界光线的干扰提高了灵敏度。方案二：采用超声波传感器，如果传感器接收到反射的超声波，则通知单片机前方有障碍物，如则通知单片

5、机可以向前行驶。市场上很多红外光电探头也都是基于这个原理。这样不但能准确完成测量，而且能避免电路的复杂性 由以上两种方案比较可知。方案二要比方案一优势大，市场上很多红外观点探头也都基于这个原理。其电路简单，工作可靠，性能比较稳定。从而避免了电路的复杂性，因此我先用方案二作为小车的监测系统。避障电路采用漫反射式光电开关进行避障。光电开关是集发射头和接收头于一体的检测开关，其工作原理是根据发射头发出的光束，被障碍物反射，接收头据此做出判断是否有障碍物。当有光线反射回来时，输出低电平；当没有光线反射回来时，输出高电平。单片机根据接收头电平的高低做出相应控制，避免小车碰到障碍物，由于接收管输出TTL电

6、平，有利于单片机对信号的处理。光电开关工作原理：光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 光电开关在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检 测电路。 避障电路如下：避障电路功能表：传感器避障电路输出（上升沿动作）待执行命令左中右左转信号(P2.1)右转信号（P2.0）000右转001右转010右转011右转100左转101右转110左转111前进注解（“0”表示有障碍物； “1”表示无障碍物）4. 单片机电路本设计的主控芯片选择AT89S51，负责检测传感器的状态并向电机驱动电路发出动作命令。复位电路采用手动复位。单片机电路如下：5. 电机转速控制电路由55

7、5时基电路构成多谐振荡器提供一个 PWM信号，通过控制该信号的占空比来实现电机调速。阻容元件的取值初步定为图中所示。多谐振荡器如下：其中占空比：q=(R1+Rx1)/(R1+R2+Rx)周期：T=(R1+R2+Rx)Cln26. 电源电路 本系统所有芯片都需要+5V的工作电压，而干电池只能提供的电压为15V的倍数的电压，并且随着使用时间的延长，其电压会逐渐下降，则需要LM7805稳压芯片。L7805能提供300至500mA的电流，足以满足芯片供电的要求。虽然微处理器和微控制器不需要支持电路，功耗也很低，但必须要加以考虑。 电源电路拟定为：7.电机驱动电路 市场上用很多种类的小电压直流电动机，很

8、方便的选择到。主要有普通电动机、和步进电动机。方案一：采用步进电机，步进电动机的一个显著的特点就是具有快速启动和停止能力，能够达到我们所要求的标准。如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即是步进电机启动或反转。其转换灵敏度比较高。正转、反转控制灵活。但是步进电机的价格比较昂贵，对于我们的现状相差太远。方案二：采用普通的直流电机。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便。调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转。能满足各种不容的特殊运行要求。由于普通直流电机价格适宜，更易于购买，并且电路相对简单，因此采用直流电机作为动力源本设计采用差分放

9、大驱动使电机正反转从而做到前进，左转右转。采用四个大功率晶体管组成H桥式电路，四个大功率晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控制电机的运行。该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下，效率非常高，并且大功率晶体管开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的电路。采用与门对两电机进行选择控制，从而实现前进、左转、右转。驱动电路原路框图如下：电路图如下：注释：将圆盘12等分 半径2CM，周长4*pi .用程序设定1S内采集到的脉冲数可以转化为速度。单位时间内前进距离 为S ,则：速度V大小为S 。 驱动状态表：注解：（“0”代表低电平 “1”代表高电平

10、）电机驱动电路功能表输入小车状态P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5111110前进111100停止100011左转010011右转8.主程序流程图源程序：RS BIT P2.2 RW BIT P2.3 E BIT P2.4ORG 0000HLJMP MAINORG 0030HMAIN: MOV P2,#0FFH MOV P1,#1FH ;前进 MOV TMOD,#10H MOV R1,#0C8H SETB TR1TIME:MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0F0H JNB TF1,$ DJNZ R1,TIME CLR TR1 MOV R7, #00H ;脉冲个数 MO

11、V R1, #64H MOV TMOD, #10H SETB TR1 LOOP6: MOV TH1, #08H MOV TL0, #0F0HNEXT: MOV C, 0 JB TF1, LOOP7 ;判断TF1是否溢出 ORL C, P3.4 JNC LOOP6 ;判断C是否为1 INC R7 ;1S内出现的脉冲个数 JB TF1, LOOP7 SJMP NEXT LOOP7: DJNZ R1, LOOP6 CLR TR1 CLR C MOV A,R7 ;脉冲个数乘以2 ADDC A,R7 MOV R7,A MOV A, #01H ;一个码格的弧长 MOV B, R7 MUL AB ;计算总弧

12、长 DA A ;十进制调整 MOV R5, A MOV A, B ;B的值给A JNC LOOP8 ;判断十进制调整是CY有没有被置1 INC A CLR C LOOP8: DA A ;十进制调整 MOV R6, A JNC LOOP9 INC 70H ;十进制调整如果CY被置1，70H赋值1 CLR CLOOP9: MOV A, R6 ;解释R6，R5分别表示总长的高位和低位 ANL A, #0F0H ;取R6的高四位，赋给71H SWAP A MOV 71H, A MOV A, R6 ANL A, #0FH ;取R6的低四位，赋给72H MOV 72H, A MOV A, R5 ANL A

13、, #0F0H ;取R5的高四位，赋给73H SWAP A MOV 73H, A MOV A, R5 ANL A, #0FH ;取R5的低四位，赋给74H MOV 73H, A /*显示前进*/ MOV SP, #50H ACALL INIT MOV A, 10000000B ACALL WC51R MOV A, G ACALL WC51DDR MOV A, 0 ACALL WC51DDR MOV A, ACALL WC51DDR MOV A, A ACALL WC51DDR MOV A, H ACALL WC51DDR MOV A, E ACALL WC51DDR MOV A, A ACAL

14、L WC51DDR MOV A, D ACALL WC51DDR MOV A, 11000101B ACALL WC51R MOV A, 70H ACALL WC51DDR MOV A, 71H ACALL WC51DDR MOV A, 72H ACALL WC51DDR MOV A, . ACALL WC51DDR MOV A, 73H ACALL WC51DDR MOV A, 74H ACALL WC51DDR MOV C,P2.0 JC LOOP1 ;判断P2.0 MOV P1,#0FH ;停车 LCALL LOOP2 MOV P1,#32H ;右转 LCALL RIGHT LJMP L

15、OOP4LOOP1:MOV C,P2.1 JC NEXT1 ;判断P2.1 MOV P1,#0FH ;停车 LCALL LOOP2 MOV P1,#31H ;左转 LCALL LEFT LJMP LOOP4NEXT1:LJMP MAIN/*停车定时*/LOOP2:MOV TMOD,#10H MOV R0,#64H SETB TR1LOOP3:MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0F0H JNB TF1,$ DJNZ R0,LOOP3 CLR TR1 RET/*转向定时*/LOOP4:MOV TMOD,#10H MOV R1,#0C8H SETB TR1LOOP5:MOV TH1,#0

16、D8H MOV TL1,#0F0H JNB TF1,$ DJNZ R1,LOOP5 CLR TR1 MOV P1,#1FH ;前进 LJMP MAIN/*显示左转*/LEFT: MOV SP, #50H ACALL INIT MOV A, 10000000B ACALL WC51R MOV A, L ACALL WC51DDR MOV A, E ACALL WC51DDR MOV A, F ACALL WC51DDR MOV A, T ACALL WC51DDR RET/*显示右转*/RIGHT: MOV SP, #50H ACALL INIT MOV A, 10000000B ACALL W

17、C51R MOV A, R ACALL WC51DDR MOV A, I ACALL WC51DDR MOV A, G ACALL WC51DDR MOV A, H ACALL WC51DDR MOV A, T ACALL WC51DDR RET/*初始化子程序*/INIT: MOV A, #00000001H ;清屏 ACALL WC51R MOV A, #00111000B ;使用8位数据 LCALL WC51R MOV A, #00000110B ;字符不动，光标自动右移一格 LCALL WC51R/*检查忙子程序*/ F_BUSY:PUSH ACC ;保护现场 PUSH DPH PUS

18、H DPL PUSH PSWWAIT: CLR RS SETB RW CLR E SETB E MOV A, P1 CLR E JB ACC.7,WAIT ;忙，等待 POP PSW ;不忙，恢复现场 POP DPL POP DPH POP ACC ACALL DELAY RET/*写入命令子程序*/WC51R: ACALL F_BUSY CLR E CLR RS CLR RW SETB E MOV P1, ACC CLR E ACALL DELAY RET/*写入数据子程序*/WC51DDR:ACALL F_BUSY CLR E SETB RS CLR RW SETB E MOV P1, ACC CLR E ACALL DELAY RET/*延时子程序*/DELAY: MOV R6, #5 D1: MOV R7, #248 DJNZ R7, $ DJNZ R6, D1 RET END 9.小结本文提出了一种经济实用的智能小车设计方法，给出了从硬件电路设计到软件设计的一系列步骤。采用了直流