基于单片机智能小车.ppt

基于单片机的无线遥控小车答辩PPT 智能小车的现状及意义智能化作为现代社会的新产物 是以后的发展方向 它可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作无需人为管理 便可以完成预期所要达到的或是更高的目标 选择智能循迹小车作为设计是因为智能车可以应用于科学研究 地质勘探 危险搜索 智能救援等 其在交通运输中也有重要作用 智能车辆又称为轮式移动机器人 是移动机器人的一种 是一个集环境感知 运算控制 自动驾驶等多种功能于一体的综合系统 如果将智能控制技术引用到现实生活中 可以使我们的未来生活变得更加方便 智能 本课题所设计的智能循迹小车由驱动模块 循迹模块 测速模块 显示模块等组成 能沿着黑线自动行驶 本次设计的无线遥控小车主要由两部分组成 其中第一部分为单片机控制模块 第二部分为无线遥控模块 主要实现了以下几个功能 总体设计 本次设计以AT89C52单片机为控制核心对小车进行智能控制其中第一部分为智能小车部分 这一部分主要包含以下几个模块 显示模块 寻光模块 电机驱动模块 循迹避障模块 测速模块 AT89C52控制模块 红外接收模块 第二部分为无线遥控部分主要由遥控键盘 编码芯片 编码调制 红外发射这四部分组成 其总体设计框图由两部分组成 如下图所示 红外遥控部分 红外遥控的组成 红外遥控系统一般由两大部分组成 一个为红外发射部分 一个为红外接收部分 其中发射部分主要由按键键盘 编码调制 LED红外发送器构成 它最重要的部分就是应用编码芯片对按键信息进行编码和发送 接收部分由光电转换放大器 解调 解码电路构成 其最重要的部分是对接收到的编码进行解调 红外遥控实现原理 红外遥控实现的原理主要是怎样用程序去分析位1与位0 位1与位0的主要区别是经过低电平脉冲后高电平的脉宽不一样 用脉宽0 565ms 间隔1 685ms 周期2 25ms的脉冲信号表示位1 用脉宽0 565ms 间隔0 56ms 周期1 125ms的脉冲信号表示位0 解码的关键也是如何用程序去分析位0和位1 位0与位1的共同点是均是以0 565ms的低电平开始 不同的是高电平的宽度不同 其中1为1 68ms 0为0 565ms 需要根据高电平区别位0与位1 从0 56ms后开始延时 延时0 56ms后若读到低电平则为位0 反之为位1 但这样做并不可靠 因为延时时间太短 为了确保正确读到位0和位1 必须加长延时时间 但又不能超过1 12ms 因此取二者平均值即 1 12ms 0 56ms 2 0 84ms 上图为红外发射电路 D2是红外发射二极管 D1是按键指示灯 当有按键按下 D1会亮 此时HT6221编码芯片会完成对按键信息进行脉冲编码 并调制成38khz的脉冲信号 经红外发射二极管D2发射出去 按照上图接法S1 S6对应的数据码分别为0 x00 0 x02 0 x04 0 x01 0 x03 0 x05 红外接收部分 本设计我们采用红外接收头1838来解调HT6221编码芯片的编码 红外接收头U2由3个引脚组成 包括供电引脚 VCC 接地引脚 GND 解调信号的输出引脚 DOUT 其中C6为滤波电容 解调信号的输出引脚直接与AT89C52单片机外部中断0 P3 2接口相连 红外解码软件分析 如上图所示 为HS1838的接受到的红外码 在没有信号输入时 HS1838输出高电平 有信号输入时 接收到红外码时首先输出9ms的低电平 再输出4 5ms的引导码 接着输出数据 数据0是0 56ms的低电平和0 56ms的高电平 数据1是0 56ms的低电平和1 68ms的高电平 可见0和1的区别在于高电平持续时间的长短不同 根据这个区别我们就可以见别出0和1了 但是在解码之前需要判断引导码 如果引导码不正确就不解码 所谓判断引导码 就是看看是否有9ms的低电平和4 5ms的高电平 红外码的组成32位组成是 前16位是用户码 在这里没什么用 然后是8位数据码 操作码 和8位数据码的反码 这里只要把8位数据码读出来就可以了 其余的可以不用 智能小车部分 单片机控制模块本次设计以AT89C52单片机为控制核心对小车进行智能控制 AT89C52是一种低功耗 高性能CMOS的8位微控制器 使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造 与工业80C51产品指令和引脚完全兼容 片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元 在电子行业应用非常广泛 其单片机最小系统由AT89C52单片机 时钟电路 复位电路组成 本次设计的单片机主控模块的原理图以及管脚分配如以下的图表所示 单片机控制模块 单片机引脚分配表 电源模块 电源是一种为用电设备提供能量的装置 其性能的好坏会直接影响到整个系统的稳定性与可靠性因此电源的好坏非常重要 在整个智能车系统中 不同芯片与器件所需要提供的电压是不同的 在这里我采用双电源供电的方式 使用4节1 2V可充电电池为直流电机供电 将9V可充电方块电源通过三端稳压器LM7805降至5V 为AT89C52单片机和LCD1602显示芯片供电 以提高整个小车系统可靠性与稳定性 驱动模块电路的分析 本次设计的无线遥控小车采用前置前驱的方式 其前轮为主动轮 将两个直流电机分别装在小车前轮的左右两侧用专用电机驱动芯片L298N来驱动直流电机从而达到控制小车转向的目的 L298N是一个内部有两个H桥的驱动芯片 这样电机的运转只需要用三个信号控制 两个方向信号和一个使能信号 H桥简介 如上图所示为一对三极管Q2和Q3导通的情况 电流将从右至左流过电机 当三极管Q2和Q3导通时 电流将从右至左流过电机 从而驱动电机沿另一方向转动 电机周围的箭头表示为逆时针方向 小车运动的方向 左轮 左电机 电机驱动电路 右电机 右轮 单片机 万向滑轮 前方 MG1 MG2 左电机P2 3P2 2IN4IN300不转01正转10反转11不转 右电机P2 1P2 0IN2IN100不转01正转10反转11不转 单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法P2 3P2 2P2 1P2 00101前进1010后退1101左转弯0111右转弯 循迹模块分析 本次设计中我们使用红外探测法使小车完成循迹这一功能的 U4是由红外光敏三极管和发光二极管组成的红外反射式光耦 其中红外发光二极管用来发射红外线 红外光敏三极管用来接收被反射回来的红外线 U5为电压比较器 它的作用是将传感器检测到的模拟信号 转化成相应的高低电平传入单片机 当3脚电平大于2脚的电平时 输出端1脚输出为高电平 反之输出为低电平 本次设计的智能小车是沿黑线行驶的 由于黑纸和白色纸质地板对光线的反射系数不同 因此可以通过反射光的强弱来使小车沿着黑线行驶 其具体工作过程如下 小车沿白色纸质地板行驶 安装在小车下的红外发光二极管发射红外线信号 遇到白线时 红外线会被反射回来 被光敏三极管吸收 光敏三极管将会被导通 比较器输出低电平 遇到黑线时 红外线信号被黑色吸收 不会反射回来光敏三极管处于截止状态 比较器输出高电平 将检测到的信号送到单片机I O口 当I O口检测到高电平的信号时 表明红外线信号被黑色吸收 小车正在沿黑线行驶 没有偏离轨道 当I O口检测到低电平的信号时 表明红外线被反射回来 被光敏三极管吸收 小车检测到了白色 已偏离了轨迹 需要调用循迹子程序来纠正轨迹 左边检测到白色时小车右转 右边检测到白色时小车左转 两边都检测到白色时小车会自动停车 两边都检测不到白线时 表明小车正在沿着预定轨迹行驶 没有偏离轨迹 智能小车的避障也是通过这一原理实现的 不同的是避障电路安装位置不同 避障电路安装在小车的车头 当有障碍物时红外线会被反射回来 比较器输出低电平 无障碍物时 无红外线反射回来 比较器输出低电平 左边检测到障碍物时小车右转 右边检测到障碍物时小车左转 两边都检测到障碍物时小车会自动停车 两边都检测不到障碍物时 小车会按原定路线继续向前行驶 这里就不再做详细的介绍了 循迹电路软件分析 左轮 左电机 电机驱动电路 右轮 单片机 万向滑轮 前方 MG1 MG2 右电机 P1 5 P1 6 P1 7 单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法P2 3P2 2P2 1P2 0P1 7P1 6P1 50101前进1011010后退1101左转弯0111右转弯 程序设计 如果中间探测头P01测到黑线 则小车前进 if P1 0 x05 P2 0X05 左轮 左电机 电机驱动电路 右轮 单片机 万向滑轮 MG1 MG2 右电机 P1 5 P1 6 P1 7 单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法P2 3P2 2P2 1P2 0P1 7P1 6P1 50101前进1010后退1101左转弯0111右转弯011 程序设计 如果右边探测头P1 7测到黑线 小车右转弯 if P1 0 x03 P2 0X07 左轮 左电机 电机驱动电路 单片机 万向滑轮 MG1 MG2 右电机 P1 7 P1 5 P1 6 单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法P2 3P2 2P2 1P2 0P1 7P1 6P1 50101前进1010后退1101左转弯0111右转弯001 其余的以此类推 这里就不做详细介绍 程序设计 如果两个探测头同探测到黑线 小车右转弯 if P1 0 x01 P2 0X07 循迹电路软件流程图 寻光与避障的软件设计原理与此相类似这里就不做详细介绍 寻光模块的分析 本次设计采用由光敏二极管 LM393电压比较器和若干电阻组成的电路与AT89C52单片机引脚P2 5相连来完成小车寻光这一功能的 智能小车的寻光是利用光敏二极管具有单向导电性这一原理实现的 光敏二极管是一种用PN结单向导电性的结型光电信息转换器件 在其工作时需对其加上反向电压 当无光照时光敏二极管处于截止状态 其反向漏电流很小 当有光照时光敏二极管处于导通状态 其饱和反向漏电流大大增加 将3只光敏二极管分别装在小车头部的左侧 右侧和中间 当无光照时光敏二极管处于截止状态 相当于电阻无穷大 此时比较器LM393引脚3端的分压值很大 接近于电源电压 5V 比LM393电压比较器引脚2端的电压值要大 此时比较器输出高电平 反之当有光照时 光敏二极管处于导通状态 相当于电阻值大大减小 此时比较器LM393引脚3端的分压值较小 较LM393引脚2端的电压值要小 此时比较器输出低电平 将输出的高低电平传入单片机 单片机根据电平的高低变化 调取相应的寻光子程序完成寻光功能 其中可调电阻用于调节对比电压 也就是调节光线对比度 将对比电压调小此时光的敏感度较为强烈 需要较强的光源才能使小车沿着光源方向前进 电压调大时光敏感度没有那么强烈 左边检测到光源时小车左转 右边检测到光源时小车右转 前方检测到光源小车会向光源驶去 测速模块的分析 本次设计中我们使用直射式光电传感器对小车进行测速 其测速电路由直射式光电传感器 施密特触发器 红外发光管 光敏三极管等器件构成 其中施密特触发器充当了一个开关的作用 当输入电压达到某一个值时 其输出端会由高电平跳转到低电平 反之当输入电压降至某一值时 其输出端会从低电平跳转到高电平 根据电平的变化 输出端会输出连续的脉冲序列 从而实现测速这一功能 本次智能小车的测速是通过在固定时间内 统计输出端脉冲个数这一原理来实现的 其具体测速方法如下 将开有20个透光孔的圆盘安装在小车驱动轮的电机轴上 然后在驱动轮旁安装上直射式光电传感器 电机转动时 圆盘也随之转动 安装在驱动轮旁的红外发射管 发射出红外线 当有红外光线穿过透光孔投射到光敏三极管时 光敏三极管被导通 三极管的集电极输出低电平 施密特触发器跳变至高电平 光通路处于导通状态 当红外光线被检测物阻挡时 光敏三极管处于截止状态 三极管的集电极输出高电平 施密特触发器跳变至低电平 光通路处于断开状态 电机不断转动 光通路不断的断开与闭合 从而输出一系列脉冲信号 单片机内部计时可测出在给定时间内通过光通路的孔数 由于圆盘的孔数是固定的为20个圆孔 所以用测得的总脉冲数除以20就可以得到电机转动的圈数 用圈数乘以圆