基于單片機(jī)智能小車PPT課件.ppt

1、基于單片機(jī)的無(wú)線遙控小車答辯PPT 智能小車的現(xiàn)狀及意義 智能化作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，它可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作無(wú)需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。選擇智能循跡小車作為設(shè)計(jì)是因?yàn)橹悄苘嚳梢詰?yīng)用于科學(xué)研究、地質(zhì)勘探、危險(xiǎn)搜索、智能救援等，其在交通運(yùn)輸中也有重要作用。智能車輛又稱為輪式移動(dòng)機(jī)器人，是移動(dòng)機(jī)器人的一種，是一個(gè)集環(huán)境感知、運(yùn)算控制、自動(dòng)駕駛等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。如果將智能控制技術(shù)引用到現(xiàn)實(shí)生活中，可以使我們的未來生活變得更加方便，智能。本課題所設(shè)計(jì)的智能循跡小車由驅(qū)動(dòng)模塊，循跡模塊，測(cè)速模塊，顯示模塊等組成，能沿著黑線

2、自動(dòng)行駛。 本次設(shè)計(jì)的無(wú)線遙控小車主要由兩部分組成，其中第一部分為單片機(jī)控制模塊，第二部分為無(wú)線遙控模塊。主要實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)功能:總體設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)以AT89C52單片機(jī)為控制核心對(duì)小車進(jìn)行智能控制其中第一部分為智能小車部分，這一部分主要包含以下幾個(gè)模塊：顯示模塊、尋光模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、循跡避障模塊、測(cè)速模塊、AT89C52控制模塊、紅外接收模塊；第二部分為無(wú)線遙控部分主要由遙控鍵盤、編碼芯片、編碼調(diào)制、紅外發(fā)射這四部分組成。其總體設(shè)計(jì)框圖由兩部分組成，如下圖所示：紅外遙控部分紅外遙控的組成： 紅外遙控系統(tǒng)一般由兩大部分組成：一個(gè)為紅外發(fā)射部分，一個(gè)為紅外接收部分。其中發(fā)射部分主要由按鍵鍵盤

3、、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器構(gòu)成，它最重要的部分就是應(yīng)用編碼芯片對(duì)按鍵信息進(jìn)行編碼和發(fā)送；接收部分由光電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路構(gòu)成，其最重要的部分是對(duì)接收到的編碼進(jìn)行解調(diào)。紅外遙控實(shí)現(xiàn)原理: 紅外遙控實(shí)現(xiàn)的原理主要是怎樣用程序去分析位1與位0，位1與位0的主要區(qū)別是經(jīng)過低電平脈沖后高電平的脈寬不一樣。用脈寬0.565ms,間隔1.685ms,周期2.25ms的脈沖信號(hào)表示位1，用脈寬0.565ms,間隔0.56ms,周期1.125ms的脈沖信號(hào)表示位0。 解碼的關(guān)鍵也是如何用程序去分析位0和位1，位0與位1的共同點(diǎn)是均是以0.565ms的低電平開始，不同的是高電平的寬度不同，其中1為1.6

4、8ms,0為0.565ms，需要根據(jù)高電平區(qū)別位0與位1，從0.56ms后開始延時(shí)，延時(shí)0.56ms后若讀到低電平則為位0，反之為位1，但這樣做并不可靠，因?yàn)檠訒r(shí)時(shí)間太短，為了確保正確讀到位0和位1，必須加長(zhǎng)延時(shí)時(shí)間，但又不能超過1.12ms,因此取二者平均值即（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms。 上圖為紅外發(fā)射電路，D2是紅外發(fā)射二極管，D1是按鍵指示燈。當(dāng)有按鍵按下，D1會(huì)亮，此時(shí)HT6221編碼芯片會(huì)完成對(duì)按鍵信息進(jìn)行脈沖編碼，并調(diào)制成38khz的脈沖信號(hào)，經(jīng)紅外發(fā)射二極管D2發(fā)射出去。 按照上圖接法S1-S6對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)碼分別為0 x00;0 x02;0 x04;0 x01

5、;0 x03;0 x05。紅外接收部分 本設(shè)計(jì)我們采用紅外接收頭1838來解調(diào)HT6221編碼芯片的編碼，紅外接收頭U2由3個(gè)引腳組成，包括供電引腳(VCC)、接地引腳(GND)、解調(diào)信號(hào)的輸出引腳(DOUT)。其中C6為濾波電容，解調(diào)信號(hào)的輸出引腳直接與AT89C52單片機(jī)外部中斷0，P3.2接口相連。紅外解碼軟件分析 如上圖所示，為HS1838的接受到的紅外碼。在沒有信號(hào)輸入時(shí)，HS1838輸出高電平，有信號(hào)輸入時(shí)，接收到紅外碼時(shí)首先輸出9ms的低電平，再輸出4.5ms的引導(dǎo)碼，接著輸出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)0是0.56ms的低電平和0.56ms的高電平，數(shù)據(jù)1是0.56ms的低電平和1.68ms的高

6、電平。可見0和1的區(qū)別在于高電平持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短不同，根據(jù)這個(gè)區(qū)別我們就可以見別出0和1了。但是在解碼之前需要判斷引導(dǎo)碼，如果引導(dǎo)碼不正確就不解碼，所謂判斷引導(dǎo)碼，就是看看是否有9ms的低電平和4.5ms的高電平。 紅外碼的組成32位組成是：前16位是用戶碼(在這里沒什么用)，然后是8位數(shù)據(jù)碼(操作碼)和8位數(shù)據(jù)碼的反碼，這里只要把8位數(shù)據(jù)碼讀出來就可以了，其余的可以不用。智能小車部分單片機(jī)控制模塊 本次設(shè)計(jì)以AT89C52單片機(jī)為控制核心對(duì)小車進(jìn)行智能控制，AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS的8位微控制器，使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完

7、全兼容。片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，在電子行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。其單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89C52單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成。本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)主控模塊的原理圖以及管腳分配如以下的圖表所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊單片機(jī)引腳分配表電源模塊 電源是一種為用電設(shè)備提供能量的裝置，其性能的好壞會(huì)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性因此電源的好壞非常重要。在整個(gè)智能車系統(tǒng)中，不同芯片與器件所需要提供的電壓是不同的，在這里我采用雙電源供電的方式，使用4節(jié)1.2V可充電電池為直流電機(jī)供電，將9V可充電方塊電源通過三端穩(wěn)壓器LM7805降至5V，為AT89C52單片機(jī)和LCD1602顯示芯片供電，以提高整

8、個(gè)小車系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性。驅(qū)動(dòng)模塊電路的分析 本次設(shè)計(jì)的無(wú)線遙控小車采用前置前驅(qū)的方式，其前輪為主動(dòng)輪，將兩個(gè)直流電機(jī)分別裝在小車前輪的左右兩側(cè)用專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)從而達(dá)到控制小車轉(zhuǎn)向的目的。L298N是一個(gè)內(nèi)部有兩個(gè)H橋的驅(qū)動(dòng)芯片，這樣電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)只需要用三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。H橋簡(jiǎn)介 如上圖所示為一對(duì)三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向）。小車運(yùn)動(dòng)的方向左輪左電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路右電機(jī)右輪單片機(jī)萬(wàn)向滑輪前方MG1MG2左電機(jī)P2.3

9、 P2.2IN4 IN30 0 不轉(zhuǎn)0 1 正轉(zhuǎn)1 0 反轉(zhuǎn)1 1 不轉(zhuǎn)右電機(jī)P2.1 P2.0IN2 IN10 0 不轉(zhuǎn)0 1 正轉(zhuǎn)1 0 反轉(zhuǎn)1 1 不轉(zhuǎn)單片機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制小車運(yùn)行方法P2.3 P2.2 P2.1 P2.00 1 0 1 前進(jìn)1 0 1 0 后退1 1 0 1 左轉(zhuǎn)彎0 1 1 1 右轉(zhuǎn)彎循跡模塊分析 本次設(shè)計(jì)中我們使用紅外探測(cè)法使小車完成循跡這一功能的。U4是由紅外光敏三極管和發(fā)光二極管組成的紅外反射式光耦，其中紅外發(fā)光二極管用來發(fā)射紅外線，紅外光敏三極管用來接收被反射回來的紅外線。U5為電壓比較器，它的作用是將傳感器檢測(cè)到的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的高低電平傳入單片

10、機(jī)，當(dāng)3腳電平大于2腳的電平時(shí)，輸出端1腳輸出為高電平，反之輸出為低電平。 本次設(shè)計(jì)的智能小車是沿黑線行駛的，由于黑紙和白色紙質(zhì)地板對(duì)光線的反射系數(shù)不同，因此可以通過反射光的強(qiáng)弱來使小車沿著黑線行駛。其具體工作過程如下：小車沿白色紙質(zhì)地板行駛，安裝在小車下的紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線信號(hào)，遇到白線時(shí)，紅外線會(huì)被反射回來，被光敏三極管吸收，光敏三極管將會(huì)被導(dǎo)通，比較器輸出低電平；遇到黑線時(shí)，紅外線信號(hào)被黑色吸收，不會(huì)反射回來光敏三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，比較器輸出高電平。將檢測(cè)到的信號(hào)送到單片機(jī)I/O口，當(dāng)I/O口檢測(cè)到高電平的信號(hào)時(shí)，表明紅外線信號(hào)被黑色吸收，小車正在沿黑線行駛，沒有偏離軌道；當(dāng)I/O

11、口檢測(cè)到低電平的信號(hào)時(shí)，表明紅外線被反射回來，被光敏三極管吸收，小車檢測(cè)到了白色，已偏離了軌跡，需要調(diào)用循跡子程序來糾正軌跡。左邊檢測(cè)到白色時(shí)小車右轉(zhuǎn)、右邊檢測(cè)到白色時(shí)小車左轉(zhuǎn)、兩邊都檢測(cè)到白色時(shí)小車會(huì)自動(dòng)停車、兩邊都檢測(cè)不到白線時(shí)，表明小車正在沿著預(yù)定軌跡行駛，沒有偏離軌跡。 智能小車的避障也是通過這一原理實(shí)現(xiàn)的，不同的是避障電路安裝位置不同，避障電路安裝在小車的車頭，當(dāng)有障礙物時(shí)紅外線會(huì)被反射回來，比較器輸出低電平，無(wú)障礙物時(shí)，無(wú)紅外線反射回來，比較器輸出低電平，左邊檢測(cè)到障礙物時(shí)小車右轉(zhuǎn)、右邊檢測(cè)到障礙物時(shí)小車左轉(zhuǎn)、兩邊都檢測(cè)到障礙物時(shí)小車會(huì)自動(dòng)停車、兩邊都檢測(cè)不到障礙物時(shí)，小車會(huì)按原定

12、路線繼續(xù)向前行駛。這里就不再做詳細(xì)的介紹了。循跡電路軟件分析左輪左電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路右輪單片機(jī)萬(wàn)向滑輪前方MG1MG2右電機(jī)P1.5P1.6P1.7單片機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制小車運(yùn)行方法P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P1.7 P1.6 P1.50 1 0 1 前進(jìn) 1 0 11 0 1 0 后退1 1 0 1 左轉(zhuǎn)彎 0 1 1 1 右轉(zhuǎn)彎程序設(shè)計(jì)(如果中間探測(cè)頭P01測(cè)到黑線，則小車前進(jìn))if(P1=0 x05)P2=0X05左輪左電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路右輪單片機(jī)萬(wàn)向滑輪MG1MG2右電機(jī)P1.5P1.6P1.7單片機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制小車運(yùn)行方法P2.3 P2.2 P2.1 P2.0

13、P1.7 P1.6 P1.50 1 0 1 前進(jìn) 1 0 1 0 后退1 1 0 1 左轉(zhuǎn)彎 0 1 1 1 右轉(zhuǎn)彎 0 1 1程序設(shè)計(jì)(如果右邊探測(cè)頭P1.7測(cè)到黑線，小車右轉(zhuǎn)彎)if(P1=0 x03)P2=0X07左輪左電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)萬(wàn)向滑輪MG1MG2右電機(jī)P1.7P1.5P1.6單片機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制小車運(yùn)行方法P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P1.7 P1.6 P1.50 1 0 1 前進(jìn) 1 0 1 0 后退1 1 0 1 左轉(zhuǎn)彎 0 1 1 1 右轉(zhuǎn)彎 0 0 1其余的以此類推，這里就不做詳細(xì)介紹程序設(shè)計(jì)(如果兩個(gè)探測(cè)頭同探測(cè)到黑線，小車右轉(zhuǎn)彎)if(P1=

14、0 x01)P2=0X07循跡電路軟件流程圖尋光與避障的軟件設(shè)計(jì)原理與此相類似這里就不做詳細(xì)介紹尋光模塊的分析 本次設(shè)計(jì)采用由光敏二極管、LM393電壓比較器和若干電阻組成的電路與AT89C52單片機(jī)引腳P2.5相連來完成小車尋光這一功能的。智能小車的尋光是利用光敏二極管具有單向?qū)щ娦赃@一原理實(shí)現(xiàn)的，光敏二極管是一種用PN結(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)型光電信息轉(zhuǎn)換器件，在其工作時(shí)需對(duì)其加上反向電壓。當(dāng)無(wú)光照時(shí)光敏二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，其反向漏電流很小；當(dāng)有光照時(shí)光敏二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，其飽和反向漏電流大大增加。 將3只光敏二極管分別裝在小車頭部的左側(cè)、右側(cè)和中間。當(dāng)無(wú)光照時(shí)光敏二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于電阻

15、無(wú)窮大，此時(shí)比較器LM393引腳3端的分壓值很大，接近于電源電壓+5V，比LM393電壓比較器引腳2端的電壓值要大，此時(shí)比較器輸出高電平，反之當(dāng)有光照時(shí)，光敏二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于電阻值大大減小，此時(shí)比較器LM393引腳3端的分壓值較小，較LM393引腳2端的電壓值要小，此時(shí)比較器輸出低電平。將輸出的高低電平傳入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)電平的高低變化，調(diào)取相應(yīng)的尋光子程序完成尋光功能。其中可調(diào)電阻用于調(diào)節(jié)對(duì)比電壓，也就是調(diào)節(jié)光線對(duì)比度，將對(duì)比電壓調(diào)小此時(shí)光的敏感度較為強(qiáng)烈，需要較強(qiáng)的光源才能使小車沿著光源方向前進(jìn)，電壓調(diào)大時(shí)光敏感度沒有那么強(qiáng)烈。左邊檢測(cè)到光源時(shí)小車左轉(zhuǎn)、右邊檢測(cè)到光源時(shí)小車右轉(zhuǎn)

16、、前方檢測(cè)到光源小車會(huì)向光源駛?cè)?。測(cè)速模塊的分析 本次設(shè)計(jì)中我們使用直射式光電傳感器對(duì)小車進(jìn)行測(cè)速，其測(cè)速電路由直射式光電傳感器、施密特觸發(fā)器、紅外發(fā)光管、光敏三極管等器件構(gòu)成。其中施密特觸發(fā)器充當(dāng)了一個(gè)開關(guān)的作用；當(dāng)輸入電壓達(dá)到某一個(gè)值時(shí)，其輸出端會(huì)由高電平跳轉(zhuǎn)到低電平，反之當(dāng)輸入電壓降至某一值時(shí)，其輸出端會(huì)從低電平跳轉(zhuǎn)到高電平，根據(jù)電平的變化，輸出端會(huì)輸出連續(xù)的脈沖序列，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)速這一功能。 本次智能小車的測(cè)速是通過在固定時(shí)間內(nèi)，統(tǒng)計(jì)輸出端脈沖個(gè)數(shù)這一原理來實(shí)現(xiàn)的。其具體測(cè)速方法如下：將開有20個(gè)透光孔的圓盤安裝在小車驅(qū)動(dòng)輪的電機(jī)軸上，然后在驅(qū)動(dòng)輪旁安裝上直射式光電傳感器。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。安裝在驅(qū)動(dòng)輪旁的紅外發(fā)射管，發(fā)射出紅外線，當(dāng)有紅外光線穿過透光孔投射到光敏三極管時(shí)，光敏三極管被導(dǎo)通，三極管的集電極輸出低電平，施密特觸發(fā)器跳變至高電平，光通路處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)紅外光線被檢測(cè)物阻擋時(shí)，光敏三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，三極管的集電極輸出高電平，施密特觸發(fā)器跳變至低電平，光通路處于斷開狀態(tài)；電機(jī)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，光通路不斷的斷開與閉合，從而輸出一系列脈沖信號(hào)。單片機(jī)內(nèi)部計(jì)時(shí)可測(cè)出在給定時(shí)間內(nèi)通過光通路的孔數(shù)。由于圓盤的孔數(shù)是固定的為20個(gè)圓孔，所以用測(cè)得的總脈沖數(shù)除以20就可以得到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，用圈數(shù)乘以圓盤