红外避障小车课程设计报告

1、随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生 产自动化上，随着科学技术的发展，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更部件。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 避障功能就必须要感知障碍物，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，采用红外传感器实现前方障碍物 检测，并判断障碍物远近。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为核心的控制板可 以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555 组成的转速控制电路、电源电路、

2、差分驱动电路就可以完善整个设计。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电机转速控制电路7电源电路8电机驱动电路9主程序设计12小结23参考文献231. 【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，采用at89s51单片机进行实时控制，实现智能避 障，智能小车采用后轮驱动，两轮各用一个直流电机控制，避障用的 传感器采用红外漫反射式传感器。【关键词】：避障光电开关差分控制lcd2. 功能概述智能小车采用前轮驱动，前轮左右两边各用一个电机驱动，分别控制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

3、装在车体的左中右，当车的左边 的传感器检测到障碍物时，主控芯片控制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，主控芯片控制左轮 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lcd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为电路的中央处理器，来处理传感器采集来的数据，处理完毕之后以便去控制电机驱动电路来驱动电机。电源部分是为整个电路模块提供电 源，以便能正常工作。4. 避障电路(1)障碍物探测方案的选择

4、方案一：脉冲调制的反射式红外线发射接受器。由于采用该有交流分 量的调制信号，则可大幅度减少外界干扰；另外红外线接受官的最大 工作电流取决于平均电流。如果采用占空比小的调制信号，再品均电 流不变的情况下，顺势电流很大（50100ma）,则大大提高了信噪 比。并且其反应灵敏，外围电路也很简单。它的优点是消除了外界光 线的干扰提高了灵敏度。 方案二：采用超声波传感器，如果传感器接收到反射的超声波，则通 知单片机前方有障碍物，如则通知单片机可以向前行驶。市场上很多 红外光电探头也都是基于这个原理。这样不但能准确完成测量，而且 能避免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

5、多红外观点探头也都基于这个原理。其电路简单，工作可靠，性能 比较稳定。从而避免了电路的复杂性，因此我先用方案二作为小车的 监测系统。避障电路采用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，其工作原理是根据发射头发出的光束， 被障碍物反射，接收头据此做出判断是否有障碍物。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。单片机根 据接收头电平的高低做出相应控制，避免小车碰到障碍物，由于接收 管输岀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控制的。光电开关在一般情况下，有三部分构成，它们

6、分为：发送器、接收器和 检测电路。避障电路如下:避障电路功能表:传感器避障电路输出(上升沿动作)待执行命令左屮右左转信号(p2. 1)右转信号(p2. 0)0 0 0右转0 0 1v右转0 1 0v右转0 1 1v右转1 0 0左转1 0 1j右转1 1 0v左转1 1 1刖进注解(“0”表示有障碍物；“1”表示无障碍物)4.单片机电路本设计的主控芯片选择at89s51,负责检测传感器的状态并向电 机驱动电路发出动作命令。复位电路采用手动复位。单片机电路如下：5. 电机转速控制电路由555时基电路构成多谐振荡器提供一个pwm信号，通过控制该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

7、所示。多谐振荡器如下：其中占空比：q二(rl+rxl)/(r1+r2+rx)周期:t=(rl+r2+rx)cln26. 电源电路本系统所有芯片都需要+5v的工作电压，而干电池只能提供的 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 逐渐下降，则需要lm7805稳压芯片。l7805能提供300至500ma 的电流，足以满足芯片供电的要求。虽然微处理器和微控制器不需要 支持电路，功耗也很低，但必须要加以考虑。电源电路拟定为：7. 电机驱动电路市场上用很多种类的小电压直流电动机，很方便的选择到。主要 有普通电动机、和步进电动机。方案一：采用步进电机，步进电动机的一个显著的特点就是 具有

8、快速启动和停止能力，能够达到我们所要求的标准。如果负荷不 超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即是步进电机启动或 反转。其转换灵敏度比较高。正转、反转控制灵活。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：采用普通的直流电机。直流电机具有优良的调速特 性，调速平滑、方便。调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击 负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转。能满足各种不容的 特殊运行要求。由于普通直流电机价格适宜，更易于购买，并且电路相对简单， 因此采用直流电机作为动力源本设计采用差分放大驱动使电机正反转从而做到前进，左转右转。采 用四个大功率晶体管组成h桥式电路，四个大功

9、率晶体管分为两组， 交替导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控制电机 的运行。该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态 下，效率非常高，并且大功率晶体管开关的速度很快，稳定性也极强, 是一种广泛采用的电路。采用与门对两电机进行选择控制，从而实现前进、左转、右转。驱动电路原路框图如下: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 ,则：速度v大小为s o驱动状态表：注解：（“0”代表低电平“1”代表高电平）电机驱动电路功能表输入小车状态p1.0pl. 1p1.2p1.3p1.4p1.5111110

10、刖进111100停止100011左转010011右转8-主程序流程图源程序:rs bit p2.2；前进；脉冲个数rw bit p2.3e bit p2.4org 0000hljmp mainorg 0030hmain: mov p2,#0ffhmov p1,#1fhmov tmod,#10hmov rl,#0c8hsetb tritime:mov th1,#od8hmov tl1,#ofohjnb tf1 ,$djnz r1,timeclr tr1mov r7,#00hmov rl, #64hmov tmod, #10hsetb triloop6: mov th1, #08hmovtlo,#

11、0f0hnext:movc,0jbtf1,loop7;判断tf1是否溢出orlc,p3.4jncloop6;判断c是否为1incr7;1s内出现的脉冲个数jbtf1,loop7sjmpnextl00p7:djnzrl,loop6clrtriclrcmova,r7;脉冲个数乘以2addca,r7movr7,amova,#01h;一个码格的弧长movb,r7mulab;计算总弧长daa;十进制调整movr5,amova,b；b的值给aincclracloop&daa；十进制调整movr6,ajncloop9inc70h;十进制调整如果cy被置1,70h赋值1clrcloop9:mova,

12、r6;解释r6, r5分别表示总长的高位和低位anla,#0f0h;取只6的高四位，赋给71hswapamov71h,amova,r6anla,#0fh;取只6的低四位，赋给72hmov72h,amova,r5anla,#0f0h;取1<5的高四位，赋给73hswapamov73h,amova,r5anla,#0fh;取r5的低四位，赋给jnc loops；判断十进制调整是cy有没有被置174hmov 73h, a/* 靠示前进 */movsp,#50hacallinitmova,10000000bacallwc51rmova,ngnacallwc51ddrmova,h0hacallwc

13、51ddrmova,n nacallwc51ddrmova,nahacallwc51 ddrmova,nhnacallwc51ddrmova,nehacallwc51ddrmova,hanacallwc51ddrmova,ndnacallwc51ddrmova,11000101bacallwc51rmova,70hacallwc51 ddrmova,71hacallwc51 ddrmova,72hacallwc51ddrmova,tacallwc51ddrmova,73hacallwc51ddrmova,74hacallwc51 ddrmov c,p2.0;判断p2.0;停车;右转jc loo

14、p1mov p1,#ofhlcall loop2mov p1,#32hlcall rightljmp loop4loop1:mov c,p2.1;判断p2.1;停车;左转jc next!mov p1,#ofhlcall loop2mov p1,#31hlcall leftljmp loop4nextkljmp main/*停车定时*/loop2:mov tmod,#10hmov r0,#64hsetb tr1loop3:mov th1,#od8hmov tl1 ,#0f0hjnb tf1,$djnz ro,loop3clr tr 1ret/* | pj* * * * * /loop4:mov

15、tmod,# 1 ohmov rl,#0c8hsetb tril00p3m0v th 1 *0d8hmov tl1+0f0hjnb tf1®d jnz r1r00p5clr trimov pl 送 fhbffiljmp main-¥兴兴兴兴臼沐)儿乖兴*诧、 lefhmov sr #50hacall initmov aacall1ooooooowwc51rmov>=r= acall wc51 ddr mov av 二屯 acall wc51ddr mov 二 f二 acall wc51ddr mov aacall wc51ddrretacallinitmova,100

16、00000bacallwc51rmova,acallwc51 ddrmova,tacallwc51ddrmova,hgnacallwc51ddrmova,nhnacallwc51ddrmova,acallwc51 ddrretinit:mova,#00000001h;清屏acall wc51rmova, #00111000b;使用 8 位数据lcall wc51rmova, #00000110b ;字符不动，光标口动右移一格lcall wc51r/*检杳忙了程序*/f_busy:push acc;保护现场pushpushpushwait: clrsetbclrsetbmovclrjbpoppo

17、ppoppopacallretdphdplpswrsrweea, pleacc.7,waitpswdpldphaccdelay;忙，等待;不忙，恢复现场严*写入命 令子程序*/wc51r: acall f_busyclreclrrsclrrwsetbemovpl,accclreacalldelayret严*写入数据子程序*/wc51ddr:acallf_busyclresetbrsclrrwsetbemovpl, accclreacalldelayret/*延时子程序*/delay:movr6,#5d1:movr7,#248djnzr7,$djnzr6,diretend9.小结本文提出了一种经济实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。采用了直流电机作为执行元件， e3