.PAGE.紅外避障小車學(xué)校:學(xué)院:電子信息學(xué)院姓名:班級:07級電子二班前言隨著生產(chǎn)自動化的發(fā)展需要,機器人已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)自動化上,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,機器人的傳感器種類也越來越多,其中紅外傳感器已經(jīng)成為自動行走和駕駛的重要部件。紅外的典型應(yīng)用領(lǐng)域為自主式智能導(dǎo)航系統(tǒng),機器人要實現(xiàn)自動避障功能就必須要感知障礙物,感知障礙物相當(dāng)給機器人一個視覺功能。智能避障是基于紅外傳感系統(tǒng),采用紅外傳感器實現(xiàn)前方障礙物檢測,并判斷障礙物遠(yuǎn)近。由于時間和水平有限,我們暫選最基本的避障功能作為此次設(shè)計的目標(biāo)。本設(shè)計通過小車這個載體再結(jié)合由AT89S51為核心的控制板可以達(dá)到其基本功能,再輔加由漫反射式光電開關(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)動電路就可以完善整個設(shè)計。目錄前言1目錄2摘要3功能概述3硬件設(shè)計3避障電路4單片機電路7電機轉(zhuǎn)速控制電路7電源電路8電機驅(qū)動電路9主程序設(shè)計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的設(shè)計方法,利用紅外技術(shù)檢測障礙物信息,采用AT89S51單片機進(jìn)行實時控制,實現(xiàn)智能避障,智能小車采用后輪驅(qū)動,兩輪各用一個直流電機控制,避障用的傳感器采用紅外漫反射式傳感器。[關(guān)鍵詞]:避障光電開關(guān)差分控制LCD2.功能概述智能小車采用前輪驅(qū)動,前輪左右兩邊各用一個電機驅(qū)動,分別控制兩個輪子的轉(zhuǎn)動從而達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的,后輪是萬向輪,起支撐的作用。將三個紅外線光電傳感器分別裝在車體的左中右,當(dāng)車的左邊的傳感器檢測到障礙物時,主控芯片控制右輪電機停止左輪轉(zhuǎn)動,車向右方轉(zhuǎn)向,當(dāng)車的右邊傳感器檢測到障礙物時,主控芯片控制左輪電機停止轉(zhuǎn)動,車向左方轉(zhuǎn)向,當(dāng)前面有障礙物時規(guī)定車右轉(zhuǎn)。于此同時測定速度并顯示,在避障小車前進(jìn)的同時從LCD點陣液晶顯示器上顯示小車當(dāng)時速度。在小車左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時在顯示器上顯示出左或右。3．硬件設(shè)計如下圖所示,是本次設(shè)計智能小車的電路框圖。以AT89S51為電路的中央處理器,來處理傳感器采集來的數(shù)據(jù),處理完畢之后以便去控制電機驅(qū)動電路來驅(qū)動電機。電源部分是為整個電路模塊提供電源,以便能正常工作。4.避障電路〔1障礙物探測方案的選擇方案一：脈沖調(diào)制的反射式紅外線發(fā)射接受器。由于采用該有交流分量的調(diào)制信號,則可大幅度減少外界干擾；另外紅外線接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,再品均電流不變的情況下,順勢電流很大〔50—100mA,則大大提高了信噪比。并且其反應(yīng)靈敏,外圍電路也很簡單。它的優(yōu)點是消除了外界光線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,則通知單片機前方有障礙物,如則通知單片機可以向前行駛。市場上很多紅外光電探頭也都是基于這個原理。這樣不但能準(zhǔn)確完成測量,而且能避免電路的復(fù)雜性

由以上兩種方案比較可知。方案二要比方案一優(yōu)勢大,市場上很多紅外觀點探頭也都基于這個原理。其電路簡單,工作可靠,性能比較穩(wěn)定。從而避免了電路的復(fù)雜性,因此我先用方案二作為小車的監(jiān)測系統(tǒng)。避障電路采用漫反射式光電開關(guān)進(jìn)行避障。光電開關(guān)是集發(fā)射頭和接收頭于一體的檢測開關(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)有光線反射回來時,輸出低電平；當(dāng)沒有光線反射回來時,輸出高電平。單片機根據(jù)接收頭電平的高低做出相應(yīng)控制,避免小車碰到障礙物,由于接收管輸出TTL電平,有利于單片機對信號的處理。光電開關(guān)工作原理：光電開關(guān)是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。

光電開關(guān)在一般情況下,有三部分構(gòu)成,它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。避障電路如下：避障電路功能表：傳感器避障電路輸出〔上升沿動作待執(zhí)行命令左中右左轉(zhuǎn)信號<P2.1>右轉(zhuǎn)信號〔P2.0000√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"表示無障礙物4.單片機電路本設(shè)計的主控芯片選擇AT89S51,負(fù)責(zé)檢測傳感器的狀態(tài)并向電機驅(qū)動電路發(fā)出動作命令。復(fù)位電路采用手動復(fù)位。單片機電路如下：5.電機轉(zhuǎn)速控制電路由555時基電路構(gòu)成多諧振蕩器提供一個PWM信號,通過控制該信號的占空比來實現(xiàn)電機調(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,并且隨著使用時間的延長,其電壓會逐漸下降,則需要LM7805穩(wěn)壓芯片。L7805能提供300至500mA的電流,足以滿足芯片供電的要求。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.電機驅(qū)動電路

市場上用很多種類的小電壓直流電動機,很方便的選擇到。主要有普通電動機、和步進(jìn)電動機。

方案一：采用步進(jìn)電機,步進(jìn)電動機的一個顯著的特點就是具有快速啟動和停止能力,能夠達(dá)到我們所要求的標(biāo)準(zhǔn)。如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電機所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值,就能夠立即是步進(jìn)電機啟動或反轉(zhuǎn)。其轉(zhuǎn)換靈敏度比較高。正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制靈活。但是步進(jìn)電機的價格比較昂貴,對于我們的現(xiàn)狀相差太遠(yuǎn)。

方案二：采用普通的直流電機。直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、方便。調(diào)整范圍廣；過載能力強,能承受頻繁的沖擊負(fù)載,可實現(xiàn)頻繁的無極快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)。能滿足各種不容的特殊運行要求。由于普通直流電機價格適宜,更易于購買,并且電路相對簡單,因此采用直流電機作為動力源本設(shè)計采用差分放大驅(qū)動使電機正反轉(zhuǎn)從而做到前進(jìn),左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)。采用四個大功率晶體管組成H橋式電路,四個大功率晶體管分為兩組,交替導(dǎo)通和截止,用單片機控制使之工作在開關(guān)狀態(tài),進(jìn)而控制電機的運行。該控制電路由于四個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關(guān)的速度很快,穩(wěn)定性也極強,是一種廣泛采用的電路。采用與門對兩電機進(jìn)行選擇控制,從而實現(xiàn)前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。驅(qū)動電路原路框圖如下：電路圖如下：注釋：將圓盤12等分半徑2CM,周長4*pi.用程序設(shè)定1S內(nèi)采集到的脈沖數(shù)可以轉(zhuǎn)化為速度。單位時間內(nèi)前進(jìn)距離為S,則：速度V大小為S。驅(qū)動狀態(tài)表：注解：〔"0"代表低電平"1"代表高電平電機驅(qū)動電路功能表輸入小車狀態(tài)P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5111110前進(jìn)111100停止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,$DJNZR1,TIMECLRTR1MOVR7,#00H;脈沖個數(shù)MOVR1,#64HMOVTMOD,#10HSETBTR1LOOP6:MOVTH1,#08HMOVTL0,#0F0HNEXT:MOVC,0TF1,LOOP7;判斷TF1是否溢出ORLC,P3.4JNCLOOP6;判斷C是否為1INCR7;1S內(nèi)出現(xiàn)的脈沖個數(shù)TF1,LOOP7SJMPNEXTLOOP7:DJNZR1,LOOP6CLRTR1CLRCMOVA,R7;脈沖個數(shù)乘以2ADDCA,R7MOVR7,AMOVA,#01H;一個碼格的弧長MOVB,R7MULAB;計算總弧長DAA;十進(jìn)制調(diào)整MOVR5,AMOVA,B;B的值給AJNCLOOP8;判斷十進(jìn)制調(diào)整是CY有沒有被置1INCACLRCLOOP8:DAA;十進(jìn)制調(diào)整MOVR6,AJNCLOOP9INC70H;十進(jìn)制調(diào)整如果CY被置1,70H賦值1CLRCLOOP9:MOVA,R6;解釋R6,R5分別表示總長的高位和低位ANLA,#0F0H;取R6的高四位,賦給71HSWAPAMOV71H,AMOVA,R6ANLA,#0FH;取R6的低四位,賦給72HMOV72H,AMOVA,R5ANLA,#0F0H;取R5的高四位,賦給73HSWAPAMOV73H,AMOVA,R5ANLA,#0FH;取R5的低四位,賦給74HMOV73H,A/******顯示前進(jìn)******/MOVSP,#50HACALLINITMOVA,10000000BACALLWC51RMOVA,"G"ACALLWC51DDRMOVA,"0"ACALLWC51DDRMOVA,""ACALLWC51DDRMOVA,"A"ACALLWC51DDRMOVA,"H"ACALLWC51DDRMOVA,"E"ACALLWC51DDRMOVA,"A"ACALLWC51DDRMOVA,"D"ACALLWC51DDRMOVA,11000101BACALLWC51RMOVA,70HACALLWC51DDRMOVA,71HACALLWC51DDRMOVA,72HACALLWC51DDRMOVA,"."ACALLWC51DDRMOVA,73HACALLWC51DDRMOVA,74HACALLWC51DDRMOVC,P2.0JCLOOP1;判斷P2.0MOVP1,#0FH;停車LCALLLOOP2MOVP1,#32H;右轉(zhuǎn)LCALLRIGHTLJMPLOOP4LOOP1:MOVC,P2.1JCNEXT1;判斷P2.1MOVP1,#0FH;停車LCALLLOOP2MOVP1,#31H;左轉(zhuǎn)LCALLLEFTLJMPLOOP4NEXT1:LJMPMAIN/*****停車定時*****/LOOP2:MOVTMOD,#10HMOVR0,#64HSETBTR1LOOP3:MOVTH1,#0D8HMOVTL1,#0F0HJNBTF1,$DJNZR0,LOOP3CLRTR1RET/*****轉(zhuǎn)向定時*****/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,光標(biāo)自動右移一格LCALLWC51R/*****檢查忙子程序*****/F_BUSY:PUSHACC;保護(hù)現(xiàn)場PUSHDPHPUSHDPLPUSHPSWWAIT:CLRRSSETBRWCLRESETBEMOVA,P1CLREACC.7,WAIT;忙,等待POPPSW;不忙,恢復(fù)現(xiàn)場POPDPLPOPDPHPOPACCACALLDELAYRET/*****寫入命令子程序*****/WC51R:ACALLF_BUSY