1、前 言-隨著生產(chǎn)自動化的發(fā)展需要，機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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

2、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(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)動電路 -9主程序設(shè)計 -12小結(jié) -23參考文獻(xiàn) -23 1.【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(jī)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(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 光電開關(guān) 差分控制 LCD 2. 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(jī)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

3、，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(jī)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(jī)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(jī)驅(qū)動電路來驅(qū)動電機(jī)。電源部分是為整個電路模塊提供電源，以便能正常工作。4

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（50100mA），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(jī)前方有障礙物，如則通知單片機(jī)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

5、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(jī)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(jī)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(qiáng)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)

6、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（P2.0）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”表示無障礙物）4. 單片機(jī)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(jī)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(jī)電路如下：5. 電機(jī)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(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

7、：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15V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(jī)驅(qū)動電路 市場上用很多種類的小電壓直流電動機(jī)，很方便的選擇到。主要有普通電動機(jī)、和步進(jìn)電動機(jī)。方案一：采用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)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

8、標(biāo)準(zhǔn)。如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電機(jī)所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即是步進(jìn)電機(jī)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(jī)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(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)整范圍廣；過載能力強(qiáng)，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(yùn)行要求。由于普通直流電機(jī)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(jī)作為動力源本設(shè)計采用差分放大驅(qū)動使電機(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(jī)控制使之工作在

9、開關(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(qiáng)，是一種廣泛采用的電路。采用與門對兩電機(jī)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(jī)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

10、轉(zhuǎn)8.主程序流程圖源程序：RS BIT P2.2 RW BIT P2.3 E BIT P2.4ORG 0000HLJMP MAINORG 0030HMAIN: MOV P2,#0FFH MOV P1,#1FH ;前進(jìn) MOV TMOD,#10H MOV R1,#0C8H SETB TR1TIME:MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0F0H JNB TF1,$ DJNZ R1,TIME CLR TR1 MOV R7, #00H ;脈沖個數(shù) MOV R1, #64H MOV TMOD, #10H SETB TR1 LOOP6: MOV TH1, #08H MOV TL0, #0F0HN

11、EXT: MOV C, 0 JB TF1, LOOP7 ;判斷TF1是否溢出 ORL C, P3.4 JNC LOOP6 ;判斷C是否為1 INC R7 ;1S內(nèi)出現(xiàn)的脈沖個數(shù) JB TF1, LOOP7 SJMP NEXT LOOP7: DJNZ R1, LOOP6 CLR TR1 CLR C MOV A,R7 ;脈沖個數(shù)乘以2 ADDC A,R7 MOV R7,A MOV A, #01H ;一個碼格的弧長 MOV B, R7 MUL AB ;計算總弧長 DA A ;十進(jìn)制調(diào)整 MOV R5, A MOV A, B ;B的值給A JNC LOOP8 ;判斷十進(jìn)制調(diào)整是CY有沒有被置1 INC

12、 A CLR C LOOP8: DA A ;十進(jìn)制調(diào)整 MOV R6, A JNC LOOP9 INC 70H ;十進(jìn)制調(diào)整如果CY被置1，70H賦值1 CLR CLOOP9: MOV A, R6 ;解釋R6，R5分別表示總長的高位和低位 ANL A, #0F0H ;取R6的高四位，賦給71H SWAP A MOV 71H, A MOV A, R6 ANL A, #0FH ;取R6的低四位，賦給72H MOV 72H, A MOV A, R5 ANL A, #0F0H ;取R5的高四位，賦給73H SWAP A MOV 73H, A MOV A, R5 ANL A, #0FH ;取R5的低四位

13、，賦給74H MOV 73H, A /*顯示前進(jìn)*/ 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 ACALL WC51DDR MOV A, D ACALL WC51DDR MOV A, 11000101B ACALL WC51R MOV A, 70

14、H 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 ;判斷P2.0 MOV P1,#0FH ;停車 LCALL LOOP2 MOV P1,#32H ;右轉(zhuǎn) LCALL RIGHT LJMP LOOP4LOOP1:MOV C,P2.1 JC NEXT1 ;判斷P2.1 MOV P1,#0FH ;停車 LCALL LOOP2 MOV P

15、1,#31H ;左轉(zhuǎn) LCALL LEFT LJMP LOOP4NEXT1:LJMP MAIN/*停車定時*/LOOP2:MOV TMOD,#10H MOV R0,#64H SETB TR1LOOP3:MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0F0H JNB TF1,$ DJNZ R0,LOOP3 CLR TR1 RET/*轉(zhuǎn)向定時*/LOOP4:MOV TMOD,#10H MOV R1,#0C8H SETB TR1LOOP5:MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0F0H JNB TF1,$ DJNZ R1,LOOP5 CLR TR1 MOV P1,#1FH ;前進(jìn) LJMP

16、MAIN/*顯示左轉(zhuǎn)*/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/*顯示右轉(zhuǎn)*/RIGHT: MOV SP, #50H ACALL INIT MOV A, 10000000B ACALL WC51R MOV A, R ACALL WC51DDR MOV A, I ACALL WC51DDR MOV A, G ACALL WC51D

17、DR 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位數(shù)據(jù) LCALL WC51R MOV A, #00000110B ;字符不動，光標(biāo)自動右移一格 LCALL WC51R/*檢查忙子程序*/ F_BUSY:PUSH ACC ;保護(hù)現(xiàn)場 PUSH DPH PUSH DPL PUSH PSWWAIT: CLR RS SETB RW CLR E SETB E MOV A, P1 CLR E JB ACC.

18、7,WAIT ;忙，等待 POP PSW ;不忙，恢復(fù)現(xiàn)場 POP DPL POP DPH POP ACC ACALL DELAY RET/*寫入命令子程序*/WC51R: ACALL F_BUSY CLR E CLR RS CLR RW SETB E MOV P1, ACC CLR E ACALL DELAY RET/*寫入數(shù)據(jù)子程序*/WC51DDR:ACALL F_BUSY CLR E SETB RS CLR RW SETB E MOV P1, ACC CLR E ACALL DELAY RET/*延時子程序*/DELAY: MOV R6, #5 D1: MOV R7, #248 DJNZ R7, $ DJNZ R6, D1 RET END 9.小結(jié)本文提出了一種經(jīng)濟(jì)實用的智能小車設(shè)計方法，給出了從硬件電路設(shè)計到軟件設(shè)計的一系列步驟。采用了直流電機(jī)作為執(zhí)行元件，E3F系列光