【红外传感智能避障小车设计7000字（论文）】

目录9809第一章绪论 199511.1概述 193641.2课题背景 1309841.3主要工作内容 228645第二章总体设计方案 3224832.1功能需求 3324852.2系统组成原理 3245212.2.1P89C51RA主控芯片 488982.2.2直流电机模块 5125692.2.3红探外测模块 510386第三章硬件设计 7232413.1系统设计框图 7156483.2主控系统设计 796233.3电源设计 8151513.4电机驱动设计 8218473.5红外传感设计 974583.6小车总体原理图设计 109793第四章软件设计 11292304.1主函数设计 11182284.2驱动模块函数 114527第五章软件与硬件的测试 13147965.1硬件调试 13159305.2红外反射测试 13164635.3电机调试 13150755.4项目成果展示 14317115.5调试过程中遇到的困难和解决方法 1419766结论 1526877参考文献 1616432致谢 17

红外传感智能避障小车设计摘要：智能避障是如今众多汽车生产中不可缺少的功能之一，随着人们生活条件的改善，汽车逐渐流入每家每户，大量的人民选择汽车为代步工具，如果一辆汽车有着智能系统，就可以省去人们更多的操作，给人以全方位的体验。基于51单片机P89C51的智能避障系统，如果小车的周围有障碍物，就可以通过红外避障传感器检测到，并且自动躲避，使得小车能平稳和安全行驶，这项技术有着很大的开发前景和意义，能够有效的减少现实驾驶中出现的交通事故。关键词：智能避障，P89C51，红外避障传感器 第一章绪论1.1概述目前人们的汽车都携带近距离障碍检测系统，这让我们在停靠汽车的时候能够最大限度减少与相邻车辆的碰撞，并且准确的停在车位上。车辆可以通过红外传感器和超声波传感器等检测到周围的障碍物，并发出信号，提醒驾驶员及时控制汽车，避免碰撞磨损。基于自动导引系统，实现识别路线，利用传感器识别障碍物，进而执行相应的动作。探测装置是本设计不可或缺的一部分，只有探测到正确的数据，才能进行后续的一系列工作。因此在探测装置的设计中，必须认真考虑一些可能干扰探测的因素。最常见的探测装置有红外探测器和超声波探测器，因为此设计仅仅是智能避障系统的一个雏形，后者成本较高，所以选用红外探测器更为合适。因为强烈的光线会干扰红外接收器，所以实验在光线昏暗的室内进行最好，便于操作能够尽量减少环境光对探测信号的干扰，然后实行正确的功能。1.2课题背景从开始的手动挡汽车到现在的自动挡汽车，汽车产业的发展无比迅速，人们的出行越来越多的依赖汽车。但是随着挨家挨户都有了汽车，拥堵的道路困扰着我们的生活，司机的长时间超负荷驾驶容易引发意外，人们在享受生活的便捷的同时，却不可避免地伴随着一些隐患。这时候智能汽车的智能系统设计就能体现醋她的用处，当汽车距离障碍物近时，智能汽车就会自动启动警报器，提醒司机小心驾驶，若是司机反映不过来并还是没有小心开车，智能汽车将自行减小速度或者是自行停靠在停车位。开发汽车的智能系统在保证人类生命安全上有着重大的意义，人们在遇到突然事件的时候，容易惊慌失措，大脑不能快速的反应过来，并且采取相应的措施，导致事故的发生。而智能系统可以排除人类恐惧情感的影响，只通过数据来识别情况，在相应的情况下采取相应的行动。在一些科幻电影中，我们可以看到探测月球的宇航员，通过控制一辆无人驾驶的车达到探测的目的，毕竟人类本生的能力有限，而这时候，智能小车就能够代替人类在没有任何危险的情况下达到目的。实际生活中，比如深海探测，人们就不用亲自潜入深海。在我们进行考察的时候，偶尔会遇到一定的危险，是人类不能踏足的，此刻我们便需要用到科学勘探车，在智能车上装置探头，可以帮助人们去执行很多无法实行的考察。汽车产业无疑有着广阔的前景，而中国在这产业上的实力相对薄弱，加大在这产业上的研发，必定能够带来经济的发展。试想，如果有一天驾驶汽车能够像乘坐电梯一样，我们只需要确认目的地，便可以到达。而汽车有着自动导航，在复杂的路线上行驶自如，并且所有的汽车都在一个巨大的互联网上，能够自动选择路线，公路上将不再出现拥堵，甚至不需要红绿灯，不需要交警维持秩序。智能是人类将来发展的主要途径，他不用人亲自操作，自己就可以根据原先设置好的运行方式，自己便能运行，就能达到预定的期限要达到的效果，这种小车的红外探测避障功能，能够帮助许多半自动机器人的发展与大众化具有很大的价值。并且小车可以成为玩具的研究方向。智能系统无疑能给我们带来巨大的益处，长期地研发此项技术，必定有着飞跃性的发展。1.3主要工作内容 本项目主要开发一个智能避障的小车，小车通过直流电机给予的电力，能够在地面上行驶。在小车上装有检测装置，能够发现周围的障碍物，并且形成电信号，通过小车上装配的单片机系统，对这些电信号进行处理，通过改变电流在直流电机电路中的流动方向，达到控制小车的方向和快慢，进而躲避开障碍物的目的。当小车在行驶中遇到物体的组织的时候，检测到的距离大于50厘米的时候，小车正常行驶，当探测的距离少于这个数值是，小车自动减速慢行，当检测距离小于20厘米的时候，小车自行转向臂章。在整个避障的工作中，探测装置是本设计不可或缺的一部分，只有探测到正确的数据，才能进行后续的一系列工作。因此在探测装置的设计中，必须认真考虑一些可能干扰探测的因素。最常见的探测装置有红外探测器和超声波探测器，因为此设计仅仅是智能避障系统的一个雏形，后者成本较高，所以选用红外探测器更为合适。因为强烈的光线会干扰红外接收器，所以实验在光线昏暗的室内进行最好，便于操作能够尽量减少环境光对探测信号的干扰，然后实行正确的功能。

第二章总体设计方案2.1功能需求在此设计之前，我们先确定所设计的产品需具备的功能，为了实现此项功能所需要查阅的资料和准备的材料，如此才方便我们着手于设计的实现。此项设计，我们的主要研究的内容是实现小车的智能避障功能。首先问题是小车的动力，在此我选择的是直流电机，这里选择的是软件模拟PWM输出调制，它能够给小车提供动能，让小车行驶。小车的电机功率低，而车上又装有电池，单片机等器件，直流电机的负担还是很重的，因此在轴上装有3级减速齿轮。在小车行驶的基础上，达到躲避障碍物的功能，因此还需赋予小车改变方向的能力，而不仅仅是直线行驶，为此在直流电机电路上的设计，我选用了“H桥式驱动电路”。改变小车的方向意味着改变电流的流动方向，只需要改变该电路各三极管间的导通情况。第二个便是障碍物的检测方式，小车行驶中只有先准确的检测到障碍物，才能进而执行躲避。因此探测器的设计是重中之重。我们所熟悉的探测器有很多，诸如超声波、红外线、雷达和激光等，雷达测距受天气等影响，还要求电磁兼容，成本较高。激光测距虽然精度较高，速度快和量程远，但是制作起来十分麻烦。超声波测距要求障碍物的表面光滑，否则很大影响接收信号的准确性。小车要能感应到障碍物，并采取相应的躲避动作，只需要粗略的感知到障碍物就可以了，因此，在传感器上，我们并不需要昂贵的CCD传感器，综合各种探测器的优缺点，最后选定了红外反射式探测器。为实现此项目，接着得选择一个合适的主控芯片，考量到操作简单和成本，选择了P89C51RA。2.2系统组成原理按照此设计的功能需求，确定的方案如下：在小车上安装红外探测器，探测器探测到障碍物时，将信息反馈给主控芯片，然后主控芯片发出指令控制小车的避障动作，使小车自行转弯，取的避障的结果。智能小车由电机驱动部分、电机电源单元、检测部分和主控模块这四大部分组成。各模块实现的功能如下:电源模块：将电源提供给小车作为行驶的动力；直流电机驱动模块：驱动直流电机控制小车的速度和方向；红外探测模块：探测到障碍物并且把信息反馈给主控芯片；P89C51主控模块：发送和接收检测器的信号，通过程序处理计算，控制电机使得小车避障。2.2.1P89C51RA主控芯片P89C51是由飞利浦公司推出的一个增强型MCS-51单片机系列。它的内部带有非易失性flash程序存储器，片内flash闪存有8K。P89C51具有多种优越功能，如：B时钟/机器周期模式、片内硬件看门狗和内部扩展RAM等。图2-1其引脚如图2-1。P89C51有着三种封装方式，分别为40脚DIP、44脚PLCC和44脚LQFP。该系列单片机中的RA2/RB2/RC2在原来8052标准内置256字节RAM的基础上又扩展了256字节ERAM，达到了512字节内置RAM。P89C51RD2则扩展了768字节ERAM，共有1024字节内置RAM。在对单片机的固化程序升级时，不再需要频繁地插拔单片机芯片，轻松地在单片机系统电路板上对单片机芯片内固化的程序进行升级。单片机方便快捷，有着资源丰富，强大的控制和可位寻址功能，同时价格低廉，可以实现小车的避障目的。2.2.2直流电机模块为了小车的机械系统稳定，设计上应该多加考虑。小车的电机功率低，而车上又装有电池，单片机等器件，直流电机的负担还是很重的，因此在轴上装有3级减速齿轮，电池的安装位置应该在小车的中心下方，这样可以提高车体的稳定和车轮的抓地能力。直流电机由直流电源供电，“H型桥式电路”分为双向三极管和电机部分，电源发电，导通电路上的三极管，这时候电流经过电机，小车启动。电机的转动方向通过改变输入量，调整三极管的导通情况来改变。“H桥式电机驱动”如图2-2所示。图2-2这样的双极型脉冲调宽的方法有很多的好处，比如较好的低速平稳。电流的连续性，使能信号能够调整脉宽。小车通过直流电机给予的电力，能够在地面上行驶。在小车上装有检测装置，能够发现周围的障碍物，并且形成电信号，通过小车上装配的单片机系统，对这些电信号进行处理，通过改变电流在直流电机电路中的流动方向，达到控制小车的方向和快慢，进而躲避开障碍物的目的。2.2.3红探外测模块此设计选用了红外反射式光电传感器，它可以发出红光外线，红外线碰到物体后反射回传感器，物体反射的红外线就是输入信号，小车距离物体越近，信号强度越大，以信号强度作为躲避障碍物的依据，我们所熟悉的探测器有很多，诸如超声波、红外线、雷达和激光等，雷达测距受天气等影响，还要求电磁兼容，成本较高。激光测距虽然精度较高，速度快和量程远，但是制作起来十分麻烦。超声波测距要求障碍物的表面光滑，否则很大影响接收信号的准确性。小车要能感应到障碍物，并采取相应的躲避动作，只需要粗略的感知到障碍物就可以了，因此，在传感器上，我们并不需要昂贵的CCD传感器，综合各种探测器的优缺点，最后选定了红外反射式探测器。该传感器的电路如图2-3图2-3反射式传感电路

第三章硬件设计3.1系统设计框图本项目中红外传感器和直流电机都是由核心芯片P89C51控制。电机给小车提供动力，当小车周围有障碍物时，发射出去的红外线便会被反射回来，传感器将接收的信号传递给主控芯片，由芯片控制电机躲开障碍物，系统设计框图如图3-1。图3-1系统设计框图通过上图可以看到具体的功能设置，传感器检测小车前方和两侧的障碍物，通过主控芯片控制各输入端输入信号。小车通过直流电机给予的电力，能够在地面上行驶。在小车上装有检测装置，周围有障碍物时，探测器能够感知到障碍物，并且形成电信号，通过小车上装配的单片机系统，对这些电信号进行处理，通过改变电流在直流电机电路中的流动方向，达到控制小车的方向和快慢，进而躲避开障碍物的目的。3.2主控系统设计 P89C51是一个有着片内ROM/EPROM的单片机，不管是内核还是引脚都兼容标准的8051单片机。其中的位处理器不仅仅有着自己的借口和指令集，更拥有自己的CPU和位寄存器。由这种芯片构成的系统稳定性高，简单，还可以对每个外设的时钟源进行选择。单片机方便快捷，有着资源丰富，强大的控制和可位寻址功能，同时价格低廉，可以实现小车的避障目的。3.3电源设计小车的电机功率低，而车上又装有电池，单片机等器件，设置了两个电源供电，因为单片机电路与直流电机电路所需要的电流不同，使用同一电源供电有可能造成电路毁坏。电路设计如图3-2。图3-2稳压电路3.4电机驱动设计设计中，直流电机提供动力，当电流经过双向三极管时，改变三极管的导通方式，电流便会从不同的方向流经电机，电机的转动改变了小车的行驶方向。电机驱动原理图如图3-3.图3-3电机驱动3.5红外传感设计红外线传感器将接收到的红外信号反馈给单片机，通过单片机中的程序处理接收到的信号，进而下达指令给电机，其工作原理图如图3-4所示。图3-4红外线传感器因此探测器的设计是重中之重。我们所熟悉的探测器有很多，诸如超声波、红外线、雷达和激光等，雷达测距受天气等影响，还要求电磁兼容，成本较高。激光测距虽然精度较高，速度快和量程远，但是制作起来十分麻烦。超声波测距要求障碍物的表面光滑，否则很大影响接收信号的准确性。小车要能感应到障碍物，并采取相应的躲避动作，只需要粗略的感知到障碍物就可以了，因此，在传感器上，我们并不需要昂贵的CCD传感器，综合各种探测器的优缺点，最后选定了红外反射式探测器。小车要能感应到障碍物，并采取相应的躲避动作，只需要粗略的感知到障碍物就可以了，因此，在传感器上，我们并不需要昂贵的CCD传感器，综合各种探测器的优缺点，最后选定了红外反射式探测器。3.6小车总体原理图设计小车的总体原理图如图3-5所示。图3-5总体原理图

第四章软件设计4.1主函数设计系统程序流程如图4-1，图4-1小车前进，判断有无障碍物，如果没有，继续前进，如果有，判断障碍物的位置，通过主控芯片，控制小车的避障动作。4.2驱动模块函数以下是对前进、后退、左转、右转几个进行定义，前进为两个驱动同时向前转，后退为两个驱动同时向后转，左转为左驱动向后转、右驱动向前转，右转为左驱动向钱转、右驱动向后转。具体程序如下：//前速前进voidrun(void){ Left_moto_go;//左电机往前走 Right_moto_go;//右电机往前走} //前速后退voidbackrun(void){ Left_moto_back;//左电机往前走 Right_moto_back;//右电机往前走}//左转voidleftrun(void){ Left_moto_back;//左电机往前走 Right_moto_go;//右电机往前走}//右转voidrightrun(void){ Left_moto_go;//左电机往前走 Right_moto_back;//右电机往前走}//STOPvoidstoprun(void){ Left_moto_Stop;//左电机往前走 Right_moto_Stop;//右电机往前走} 第五章软件与硬件的测试5.1硬件调试所谓的硬件调试，就是检查研究项目所存在的一些问题并且加以改正，以保证项目的功能完善和质量过关。在许多研究中，硬件调试是一个必不可少的步骤，所以对于硬件调试来说，我们要尽可能的去发现其不足，然后通过研究调查来去验证这些错误，这是一个科研的过程，在进行验证的时候。就对于我们此次的研究对象小车来言，不光是小车自身的缺陷需要进行检查以外，我们还需要对软件也要进行检查，对于多功能小车来说，又是结合蓝牙系统，所以对于软件的要求很高，代码很多，这是一个工作量很大的工程，所以简单的去靠人为来说，还是有些欠缺的所以我们在进行硬件调试的时候，也需要进行一些规划，进行合理的规划，不光能更节省时间，也更有效率，我们在进行检查调试的时候，一定谨记，检查也是开发的过程，要利用灵活的大脑去大胆的尝试，然后进行开发更全的功能，对于小车自身方面来说，就是电路板的焊接，以及功能模块的检查电路测试吗，软件方面就把c语言编译成一个个小模块，对着模块进行分类调试。5.2红外反射测试调试红外传感器时，红外传感器发出红外线，当红外线碰撞到物体时，反射回来由传感器接收，发出的红外线光强大小一致，但是接收到的反射红外线光强大小不一，导致输出的电压分为高低电压，通过比对高地电压，判断车子与障碍物之间的距离。5.3电机调试电机的调试中，首先我们需要用到示波器，通过示波器检测P89C51的PWM输出的波形，接着根据设定的比较值检测出不同的波形，设置占空比，在小车上装有检测装置，能够发现周围的障碍物，并且形成电信号，通过小车上装配的单片机系统，对这些电信号进行处理，通过改变电流在直流电机电路中的流动方向，达到控制小车的方向和快慢，从而控制电机的速度和方向。5.4项目成果展示项目成果如图5-1所示。图5-15.5调试过程中遇到的困难和解决方法搭车时车体的分布，模块的布局，单片机接口过少，器件需要的接口大于单片机的接口，布线繁琐等只是在我们做车的过程中一点小小的挫折，我们相信我们最终能完成，经过不断的尝试，虽然也有失败，但是我没有放弃努力，最后我还是完成了。在进行小车的调试中，确实遇到了很多的困难，以下是我遇到的困难及解决方法总结：1.在进行小车组装的时候车体的分布问题存在很大的问题。解决方法：上网搜寻资料。并且询问老师。然后一步步的把大体分布构建出来，最后一个个模块的去添加，最后成型。在进行连接时候发现单片机的接口过少