2022年红外避障小车课程设计方案报告.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 前言-随着生产自动化的进展需要,机器人已经越来越广泛地应用到 生产自动化上,随着科学技术的进展,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 动避障功能就必需要感知障碍物,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,采纳红外传感器实现前方 障碍物检测,并判定障碍物远近；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体再结合由AT89S51 为核心的掌握板可以达到其基本功能,再辅加由漫反射式光电开

2、关组成的避障电路、555 组成的转速掌握电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整 个设计；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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电机转速掌握电路-7电源电路-8电机驱动电路-9主程序设计-12小结 -23名师归纳总结 参考文献-23第 2 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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,采纳AT89S51

3、单片机进行实时掌握,实现智能避障,智能小车采纳后轮驱动,两轮各用一个直流电机掌握,避障用 的传感器采纳红外漫反射式传感器；【关键词】 : 避障光电开关差分掌握 LCD 2. 功能概述 智能小车采纳前轮驱动,前轮左右两边各用一个电机驱动,分 别掌握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,主控芯片掌握右轮电机停止左轮 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 片掌握左轮电机停止转动,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 LC

4、D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为电 路的中心处理器,来处理传感器采集来的数据,处理完毕之后以便名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 去掌握电机驱动电路来驱动电机；电源部分是为整个电路模块供应 电源,以便能正常工作；4. 避障电路（1）障碍物探测方案的挑选 方案一：脉冲调制的反射式红外线发射接受器；由于采纳该有沟通 重量的调制信号,就可大幅度削减外界干扰；另外红外线接受官的 最大工作电流取决于平均电

5、流；假如采纳占空比小的调制信号,再品均电流不变的情形下,顺势电流很大（50100mA）,就大大提高了信噪比；并且其反应灵敏,外围电路也很简洁；它的优点是排除 了外界光线的干扰提高了灵敏度；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 方案二：采纳超声波传感器,假如传感器接收到反射的超声波,就 通知单片机前方有障碍物,如就通知单片机可以向前行驶；市场上 许多红外光电探头也都是基于这个原理；这样不但能精确完成测 量,而且能防止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

6、路简洁,工作牢靠,性能 比较稳固；从而防止了电路的复杂性,因此我先用方案二作为小车 的监测系统；避障电路采纳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,其工作原理是依据发射头发出的光 束,被障碍物反射,接收头据此做出判定是否有障碍物；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；单片机依据接收头电平的高低做出相应掌握,防止小车遇到障碍 物,由于接收管输出 TTL电平,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掌握的；光电开关在一般情形下,有三部分构成,它们分为：发送器、接收器和名师归纳总结

7、检测电路；第 5 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 避障电路如下：避障电路功能表：名师归纳总结 传感器避障电路输出（上升沿动作）第 6 页,共 23 页左中右左转信号 P2.1 右转信号待执行命令（P2.0）0 0 0 右转0 0 1 右转0 1 0 右转0 1 1 右转1 0 0 左转1 0 1 右转1 1 0 左转1 1 1 前进注解（“0” 表示有障碍物；“ 1” 表示无障碍物）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 4. 单片机电路本设计的主控芯片挑选AT89S51,负责检测传感器的状态并向电

8、机驱动电路发出动作命令；复位电路采纳手动复位；单片机电路如下：5. 电机转速掌握电路由555时基电路构成多谐振荡器供应一个 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； PWM信号,通过掌握该名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 多谐振荡器如下：其中占空比：q=R1+Rx1/R1+R2+Rx 周期： T=R1+R2+RxCln2 6. 电源电路本系统全部芯片都需要 +5V 的工作电压,而干电池只能供应的电压为 15V 的倍数的电压,并且随着使用时间的延长,其电压会逐步下降,就需要 LM7805 稳压芯片

9、； L7805 能供应 300 至 500mA的电流,足以满意芯片供电的要求；虽然微处理器和微掌握器不需要支持电路,功耗也很低,但必需要加以考虑；电源电路拟定为：名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 7. 电机驱动电路市场上用许多种类的小电压直流电动机,很便利的挑选到；主要 有一般电动机、和步进电动机；方案一：采纳步进电机,步进电动机的一个显著的特点就 是具有快速启动和停止才能,能够达到我们所要求的标准；假如负 荷不超过步进电机所能供应的动态转矩值,就能够立刻是步进电机 启动或反转；其转换灵敏度比较高；正转、反转掌握敏

10、捷；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：采纳一般的直流电机；直流电机具有优良的调速 特性,调速平滑、便利；调整范畴广；过载才能强,能承担频繁的 冲击负载,可实现频繁的无极快速启动、制动和反转；能满意各种 不容的特别运行要求；由于一般直流电机价格相宜,更易于购买,并且电路相对简 单,因此采纳直流电机作为动力源本设计采纳差分放大驱动使电机正反转从而做到前进,左转右转；采纳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,用单片机掌握使之工作在开关状态,进而控 制电机的运行；该掌握电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与名师归纳总结 - - - - -

11、 - -第 9 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 截止状态下,效率特别高,并且大功率晶体管开关的速度很快,稳 定性也极强,是一种广泛采纳的电路；采纳与门对两电机进行挑选掌握,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：名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 ,就：速度 V 大小为S ；驱动状态表：注解：（“0” 代表低电平“ 1” 代表高

12、电平）电机驱动电路功能表名师归纳总结 P1.0 P1.1 P1.2 输入P1.3 P1.4 P1.5 小车状态第 11 页,共 23 页1 1 1 1 1 0 前进1 1 1 1 0 0 停止1 0 0 0 1 1 左转0 1 0 0 1 1 右转- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 8. 主程序流程图源程序：RS BIT P2.2 RW BIT P2.3 E BIT P2.4 ORG 0000H 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - LJMP MAIN ORG 0030H MA

13、IN: MOV P2,#0FFH MOV P1,#1FH ；前进 MOV TMOD,#10H MOV R1,#0C8H SETB TR1 TIME:MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0F0H JNB TF1,$ DJNZ R1,TIME CLR TR1 MOV R7, #00H ；脉冲个数 MOV R1, #64H MOV TMOD, #10H SETB TR1 LOOP6: MOV TH1, #08H MOV TL0, #0F0H NEXT: MOV C, 0 JB TF1, LOOP7 ；判定 TF1 是否溢出 ORL C, P3.4 名师归纳总结 - - - - - - -第

14、 13 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - JNC LOOP6 ；判定 C 是否为 1 INC R7 ；1S内显现的脉冲个数 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 ；运算总弧长 DA A ；十进制调整 MOV R5, A MOV A, B ；B 的值给 A JNC LOOP8 ；判定十进制调整是 INC A CLR C LOOP8:

15、DA A ；十进制调整CY 有没有被置 1 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - MOV R6, A JNC LOOP9 INC 70H ；十进制调整假如 CLR C CY 被置 1,70H 赋值 1 LOOP9: MOV A, R6 ；说明 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, #0F

16、0H ；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 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - ACALL WC51R MOV A, G ACALL WC51DDR MOV A, 0 ACALL WC51DDR MOV A, ACALL WC51DDR MOV A, A ACALL WC51DD

17、R 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, 70H ACALL WC51DDR MOV A, 71H 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - ACALL WC51DDR MOV A, 72H ACALL WC51DDR MOV A, . ACALL WC51DDR MOV A, 73H ACALL WC51

18、DDR MOV A, 74H ACALL WC51DDR MOV C,P2.0 JC LOOP1 ；判定 P2.0 MOV P1,#0FH ；停车 LCALL LOOP2 MOV P1,#32H ；右转 LCALL RIGHT LJMP LOOP4 LOOP1:MOV C,P2.1 JC NEXT1 ；判定 P2.1 MOV P1,#0FH ；停车 LCALL LOOP2 MOV P1,#31H ；左转名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - LCALL LEFT LJMP LOOP4 NEXT1:LJMP MAIN /

19、* 停车定时 */ LOOP2:MOV TMOD,#10H MOV R0,#64H SETB TR1 LOOP3: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 TR1 LOOP5:MOV TH1,#0D8H MOV TL1,#0F0H JNB TF1,$ DJNZ R1,LOOP5 CLR TR1 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - MO

20、V 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 WC51R MOV A, R 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 2

21、3 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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

22、 ACC ；爱护现场 PUSH DPH 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - PUSH DPL PUSH PSW WAIT: CLR RS SETB RW CLR E SETB E MOV A, P1 CLR E JB ACC.7,WAIT ；忙,等待 POP PSW ；不忙,复原现场 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 名师归纳

23、总结 - - - - - - -第 21 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - -

24、 RET END 9. 小结本文提出了一种经济有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；采纳了直流电机作为执行元件,E3F 系列光电开关作为检测元件,AT89S51 单片机作为主控芯片,完成了小车避障功能的实现；与此同时应用 LCD 显示状态,本设计不仅对于明白单片机的结构、电路设计及掌握功能有肯定的帮助,仍有益于诱发学习单片机的爱好；参考文献【1】李朝青单片微机原理及接口技术（第三版）； M 北京航空航天高校出版社【2】阎石. 数字电子技术基础（清华高校电子学教研组编第五版） 高等训练出版社【3】 康华光 . 电子技术基础（第五版）【4】 无线电 2022年第 2 期 宋泽清高等训练出版社 关于敏捷避障 快速循迹名师归纳总结 【5】 杨加国单片机原理与应用及C51 程序设计清华高校出版社第 23 页,共 23 页- - - - - - -