基于pic单片机智能遥控避障安全小车报告

200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告12011年小学期单片机设计实验报告题目基于单片机的智能安全遥控小车班级2009211116班班内序号12号实验组号25学生姓名赵仕荣指导教师张老师周老师200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告2期中检查教师评语指导教师签字年月日200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告3基于单片机的智能安全遥控小车2009211116班赵仕荣实验摘要本次我们制作的基于PIC单片机的智能安全遥控小车是一辆能够用焊制的遥控器遥控小车进行无极加减速，并且能工作于自由模式（小车的运行路线完全由操作者遥控决定）和安全模式（遥控小车如果遇到障碍，则将智能躲避障碍）的智能小车。小车使用编解码芯片（PT2262IR/PT2272）焊制的红外遥控系统控制小车，并在车体前后各安装一个红外探测传感器实现校车的智能避障。整个系统中，微控制器采用了MICROCHIP公司的PIC16F877，软件设计中涉及PORTB用作普通数字I/O脚和PORTC端口的CCP模块的PWM脉宽调制输出功能。本实验用单片机PORTB（03）接收来遥控解码芯片解码的数字电位信号，遥控小车的走向，通过RB4，RB5接收传感器感应到的路障信息，在PIC单片机的处理下在自由和安全两个不同的模式下做出不同的反应，单片机通过PORTC输出PWM信号，控制小车车速，通过RD0RD3控制小车前进后退。概括来说，本实验就是用遥控器和红外传感器接收控制信号和路障信息，用单片机控制直流电机输出相应的电平控制车辆的前行或者后退，用PWM输出端口控制小车的转向，进而实现小车的智能遥控功能。ABSTRACTINTHISEXPERIMENT,WEMADEAVEHICLEBASEONINFRAREDDETECTABLETECHNOLOGYYOUCANREMOTECONTROLITUNDERYOUWILLANDIFYOUCHOSETHESAFEMODEITCANAUTOMATICALLYAVOIDOBSTACLESITMAYCOMEACROSSEVENIFYOUARECONTROLLINGITTOWARDSANOBSTACLETHESYSTEMUSESTHEPRODUCTIONOFTHEMICROCHIPCORDPIC16F877ASTHEMICROCONTROLLERTHEDESIGNINCLUDESTHEDRIVEOFPORTAANDPORTDASGENERALDIGITALPORTS,THEDRIVEOFPORTCASPWMPULSEWIDTHMODULATIONFUNCTIONINCONCLUSION,THISEXPERIMENTUSESPIC16F877CORDTOCONTROLVOLTSDCANDACCOMPLISHCONTROLLINGSCONDITIONOFTHEVEHILE,ANDPWMFUNCTIONTOCONTROLITSTURNANDTHISISSOCALLEDSAFECAR200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告4关键字单片机MICROCONTROLLER芯片CMOSCHIP红外探测INFRAREDDETECTOR脉宽调制PULSEWIDTHMODULATION安全小车SAFECAR一一系统设计系统设计1设计预期功能设计一个双直流电机的智能小车。采用PIC16F877单片机为控制核心，在最小系统的基础上，通过对红外避障信号和遥控控制按键的检测，控制步进电机的启动、加速、减速、前进后退等，使智能小车可以在遥控信号的控制下，智能的躲避可能遇到的障碍，从而使智能小车实现合理、安全的行走。（1）智能小车可实现正、反转控制；（2）智能小车行走速度、位置可控制；（3）智能小车可实现红外遥控、红外避障、并在遥控情况下智能避障的功能；2总体设计方案21系统总体设计方案单片机最小系统红外传感器检测L298电机驱动电路直流电机解码信号电源电路遥控按键信号图1系统设计总框图200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告522基本模块设计（1）车体设计这次实验采用的车体为双电机基础车（如下图）图2基础车此车是能购买到的常见的且价廉的基础车，采用双电机驱动，比另外一种直流电机加舵机的驱动更加简单方便，因此选用以上车型。（2）电机驱动模块利用LM298及其外部辅助电路和电机构成驱动电路。单片机控制口接两个LM298的八个输入控制端。两个L298的八个输出端接步进电机。（3）遥控模块使用普诚公司的PT2262IR/PT2272M4芯片完成控制信号的编解码，PT2262芯片完成信号的编码并调制到38KHZ的载波上通过红外发射管发射出去，接收端用IRM38B接收信号后通过PT2272的解码，生成相应的控制信号。二二单元硬件电路设计单元硬件电路设计1电源模块电路电源电路采用学校提供的LM7805芯片产生5V的稳压输出，电路采用6节电池供电。200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告6D11BH62VREGU1LM7805CTINOUTC5100NFC1100UFC2100UFC3100NF图3电源电路2电机驱动模块电机驱动采用L298驱动芯片，该芯片能驱动两个电机，驱动能力强完全能满足要求。图4电机驱动电路3遥控模块发射使用PT2262IR红外发射专用芯片，发射模块只有在按键按下的时候才供电，因此耗电量极低，适合用电池。接收使用的是PT2272（SC2272为功能相同的替代品）用IRM38B（只要是中心频率为38KHZ的就行）接收信号。在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状9V电源200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告7态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。图5发射模块图6接收模块4单片机最小系统200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告8单片机的晶振为4M有源晶振，复位电路使用按键产生低电位从而使系统复位。图7单片机最小系统三三系统软件设计系统软件设计1主程序流程图本设计的主设计流程图如图所示，当接通电源时，判断小车选择的控制模式然后在不同的控制逻辑下进行小车的遥控和避障，使小车合理行进。200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告9系统软件主框图YN循环循环图8系统主流程图路况信息控制信号单片机红外传感器采集遥控系统左电机右电机模式选择开始安全模式安全模式子模块自由模式子模块初始化200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告1012自由模式子模块N前后左右图9自由模式子模块13安全模式子模块YN前遇障后遇障前后左右无限循环图10安全模式子模块2PWM脉宽调制模块当单片机接受到来自遥控模块和红外避障传感器的信号之后要控制电机进行加速减速等控制按键按下加速前进减速后退减速前进加速后退左轮不动右轮前进右轮不动左轮前进遇障障碍检测控制按键加速前进减速后退减速前进加速后退左轮不动右轮前进右轮不动左轮前进加速向左转向左转200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告11一系列的动作。PWM脉宽调制模块实现了小车转向的车轮调速功能。模块应用PIC16F877的输入捕捉输出比较脉宽调制CCP功能，将CCP1和CCP2设置为PWM模式，用于小车转弯过程中的调速功能。本实验中，应用CCP1调节左轮转速，用CCP2调节右轮转速。脉宽调制模式的工作原理当CCP工作于PWM模式时，相应的RC引脚可以输出分辨率高达10位的PWM信号波形。由于CCP引脚与RC端口引脚是复用的，因此必须事先将TRISC清0寄存器的BIT1和BIT2以设置CCP引脚为输出状态。CCP模块连续产生的PWM信号模型，产生PWM波形得需要确定两个基本参数一个是周期（高电平和低电平持续时间之和）；另一个是脉宽（高电平持续时间）。对于CCP模块，为了得需要一个自由运行的时基定时器和两个可以由用户程序随意改写的参数寄存器（即周期寄存器和脉宽寄存器）。周期周期脉宽TMR2周期值时TMR2周期值时TMR2脉宽值时图11PWM示意图在PIC16系列单片机中，当CCP模块工作于PWM模式时，确定PWM信号周期所用的定时器就是8位宽的时基定时器TMR2，而确定PWM信号脉宽所用到的定时器则是10位宽的时基定时器（由定时器TMR2的8位和其低端扩展的两位共同组成）。四四硬件连接硬件连接红外传感器模块连接红外传感器靠发射和接收红外线来工作，根据接受到红外线的强弱来判断前面一定距离是否遇到障碍，从而对车模的行驶状况给出反应。红外传感器检测到障碍，输出低电平，否则输出高电平。前后两个传感器分别与单片机的RB4，RB5连接。200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告12PWM模块和单片机连接本实验中应用CCP1和CCP2的脉宽调制功能实现小车左轮和右轮的调速问题，用CCP1输出RC2控制左轮转速，CCP2输出RC1控制右轮转速。3遥控模块与单片机连接实验中PT2272的D3,D2，D1，D0分别对应前后左右，分别与单片机的RB0RB3连接，用于遥控小车的走向。五五调试过程调试过程程序开始进入MAIN，执行初始化设置后，单片机就开始检测小车行进模式，并采集路障信息，根据采集到的路障信息，在相应的模式下做出分析，控制小车行走。对TMR2的理解一开始的时候由于书上对TMR2的电路描述似乎与给出的框图不对应，于是请教老师后理解了TMR2的工作的原理，这给PWM模块的应用奠定了基础。后来在小车能跑起来的时候发现小车进行无极加速减速的加速度太小，于是根据其工作原理想到PWM模式下，虽然后分频比的设置并不影响PWM输出信号的周期和占空比，但是却会影响到占空比的更新频率，所以我通过减小后分频比的方法在不改动其他参数的情况下，很好地解决了加减速时加速度不够大的问题。2安全模式的实现问题开始实现安全模式是我的想法是，通过加一个拨码开关，增加一个输入，在程序的开头检测这个拨码开关的状态，通过不同的拨码开关状态表示不同的模式。实现时发现如果在中断函数中检测RB4,RB5前后避障传感器的对应端口端口的状态，即使在自由模式下也会进行避障操作。于是通过思考后想到如果增加一个方向标志位FLAG_DIRECTION就能解决这个问题。在MAIN（）函数中检测端口状态并修改为相应的状态位，在中断函数中就能正确的做出反应，不会出现误操作了。4遥控电路在焊制电路板上不工作的问题之一在进行面包板试验后，我已经能成功地用面包板正确地控制小车的加速、减200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告13速、左转、右转功能。于是我的搭档赵辰骏和我一起焊制了相应的电路板，但是奇怪的是电路板完全不听使唤，同时通过检测发现遥控系统的发射板能在红外发射管的两端检测到正确的波形，而且同时也多次检查了接收电路，并且每一个焊点都检查了多遍没有发现接收模块的问题。这时我们实在想不通，于是咨询了老师，老师给我们的明确指导一定是电路有问题，不然不可能不出结果。于是我们在此仔细检查电路，再一次偶然的测试中（重新把板子拆了，到面包板上测试）发现如果发射和接收在同一个电源下工作就能正常工作以前面包板测试时因为只有一个电源所以都是共电源的于是猜测面包板测试时是因为有串扰信号加载在电源信号上通过公用的电源线从发射模块传到接收模块的，通过重新检测发现红外发射二极管是烧掉的，以前检测到的信号是编码信号在电阻（烧掉的红外发射二极管）上产生的。于是在我们换掉烧坏的发光管之后，终于不共电源能在面包板上正常工作。5遥控电路在焊制电路板上不工作的问题之二在解决完问题一之后我们马上修改焊制电路板，但是奇怪的是这一次还是没有工作，一开始认为是班长（赵辰骏）焊制的电路不对，于是又让他去重焊，但是还是同样的问题。于是我们又得回到面包板上测试电路，面包板上能工作，通过不断地尝试（期间让班长焊了不少板子，辛苦你了）我们终于发现了问题的所在由于电机工作起来之后电源电压极不稳定，对于解码芯片的影响非常大（解码芯片就是通过载波上的波形解码的）于是芯片就不正常工作了。我们的解决方法是红外接收电路焊在另外一块板子上，并独立焊一个LM7805供电，至此问题得到了圆满的解决软硬件联合调试我们从学习PIC芯片知识到编写程序在开发板上模拟，在到面包板上模拟，最后焊制电路板，一路上经历了许多问题。特别是从面包板到焊制版这一阶段，特别困难，期间我和班长拆拆焊焊不下十遍，心里特别烦（有时候脾气比较爆，谢谢班长的理解和坚持），但是经历过解决问题的困难之后就能更深地理解知识，积累更多的经验，获得更多的惊喜。以下是我们完成后的小车200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告14图12遥控器200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告15图13安全小车六六参考文献参考文献PIC单片机实用教程基础篇（五号宋体）李学海北京航空航天大学出版社使用说明的确是一本不可或缺的教材，本书列举了很多实用的具有实战意义的例子，单片机入门就是通过把这本书里的好例子一字一行敲进电脑去来实现的。PIC单片机实用教程提高篇李学海北京航空航天大学出版社使用说明继承了前面基础篇的风格，例子也具有实战意义，主要讲RA、TMR2的使用和CCP模块的PWM脉宽调制功能。七七实验心得体会实验心得体会200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告16整个实验过程对于我来说是个挑战，也是一种历练，一份乐趣。整个实验过程对于我来说是个挑战，也是一种历练，一份乐趣。就像我们班的人有的所说的就像我们班的人有的所说的“你和班长一起做这个，本身就是个挑战你和班长一起做这个，本身就是个挑战”，这话我喜欢，这话我喜欢，我本来就是个喜欢挑战的人。我本来就是个喜欢挑战的人。首先，班长是个非常有想象力的人，一开始的时候，再定题目方面，他的漫无边际的想首先，班长是个非常有想象力的人，一开始的时候，再定题目方面，他的漫无边际的想象力确实令人佩服，期间他提出了各种想法。比如说吧小车传感器要按六个，前后各两个象力确实令人佩服，期间他提出了各种想法。比如说吧小车传感器要按六个，前后各两个左右各一个（后来这一想法被我无情扼杀）左右各一个（后来这一想法被我无情扼杀）；小车要有个自动入库功能（在我想完可实现性，；小车要有个自动入库功能（在我想完可实现性，后也被无情扼杀）后也被无情扼杀）；做小车不能漫无目的的加各种功能，要有主线（后来他提出了；做小车不能漫无目的的加各种功能，要有主线（后来他提出了“安全小安全小车车”这一概念，经过分析后应用到我们的小车中）这一概念，经过分析后应用到我们的小车中）。其次，我们在焊制电路的过程中出现了极大困难，焊制电路板不下十次，心里很烦，有其次，我们在焊制电路的过程中出现了极大困难，焊制电路板不下十次，心里很烦，有时候脾气不好，责怪班长（在此说声对不起）时候脾气不好，责怪班长（在此说声对不起）,但是我们总算坚持下来，完成了预期的功能。但是我们总算坚持下来，完成了预期的功能。最后，单片机实验是一个非常有意思的实验，老师给我们的指导很多，我们付出的多，收最后，单片机实验是一个非常有意思的实验，老师给我们的指导很多，我们付出的多，收获的也多，这次试验成功之后还是非常开心的。获的也多，这次试验成功之后还是非常开心的。/附带程序附带程序INCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTUCHARFLAG_F1UCHARFLAG_DIRECTION0VOIDINIT200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告17VOIDDELAYUINTXUINTA,BFORAXA0AFORB110B0BVOIDMAININITWHILE1IFRB60WHILERB40FLAG_DIRECTION0X10RC01DELAY200RC00DELAY200FLAG_DIRECTION0WHILERB50FLAG_DIRECTION0X20200921116班12号赵仕荣单片机设计实验报告18RC31DELAY200RC30DELAY200FLAG_DIRECTION0WHILERB01FLAG_DIRECTION0X01FLAG_DIRECTION0WHILERB11FLAG_DIRECTION0X02FLAG_DIRECTION0WHILERB21FLAG_DIRECTIO