紅外避障小車課程設計報告報告

./完美WORD格式編輯前言隨著生產自動化的發(fā)展需要,機器人已經越來越廣泛地應用到生產自動化上,隨著科學技術的發(fā)展,機器人的傳感器種類也越來越多,其中紅外傳感器已經成為自動行走和駕駛的重要部件。紅外的典型應用領域為自主式智能導航系統,機器人要實現自動避障功能就必須要感知障礙物,感知障礙物相當給機器人一個視覺功能。智能避障是基于紅外傳感系統,采用紅外傳感器實現前方障礙物檢測,并判斷障礙物遠近。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計的目標。本設計通過小車這個載體再結合由AT89S51為核心的控制板可以達到其基本功能,再輔加由漫反射式光電開關組成的避障電路、555組成的轉速控制電路、電源電路、差分驅動電路就可以完善整個設計。目錄前言1目錄2摘要3功能概述3硬件設計3避障電路4單片機電路7電機轉速控制電路7電源電路8電機驅動電路9主程序設計12小結23參考文獻231.[摘要]:本文提出一種智能避障小車的設計方法,利用紅外技術檢測障礙物信息,采用AT89S51單片機進行實時控制,實現智能避障,智能小車采用后輪驅動,兩輪各用一個直流電機控制,避障用的傳感器采用紅外漫反射式傳感器。[關鍵詞]:避障光電開關差分控制LCD2.功能概述智能小車采用前輪驅動,前輪左右兩邊各用一個電機驅動,分別控制兩個輪子的轉動從而達到轉向的目的,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停止左輪轉動,車向右方轉向,當車的右邊傳感器檢測到障礙物時,主控芯片控制左輪電機停止轉動,車向左方轉向,當前面有障礙物時規(guī)定車右轉。于此同時測定速度并顯示,在避障小車前進的同時從LCD點陣液晶顯示器上顯示小車當時速度。在小車左轉或右轉時在顯示器上顯示出左或右。3．硬件設計如下圖所示,是本次設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據,處理完畢之后以便去控制電機驅動電路來驅動電機。電源部分是為整個電路模塊提供電源,以便能正常工作。4.避障電路〔1障礙物探測方案的選擇方案一：脈沖調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制信號,再品均電流不變的情況下,順勢電流很大〔50—100mA,則大大提高了信噪比。并且其反應靈敏,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,則通知單片機前方有障礙物,如則通知單片機可以向前行駛。市場上很多紅外光電探頭也都是基于這個原理。這樣不但能準確完成測量,而且能避免電路的復雜性

由以上兩種方案比較可知。方案二要比方案一優(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雜性,因此我先用方案二作為小車的監(jiān)測系統。避障電路采用漫反射式光電開關進行避障。光電開關是集發(fā)射頭和接收頭于一體的檢測開關,其工作原理是根據發(fā)射頭發(fā)出的光束,被障礙物反射,接收頭據此做出判斷是否有障礙物。當有光線反射回來時,輸出低電平；當沒有光線反射回來時,輸出高電平。單片機根據接收頭電平的高低做出相應控制,避免小車碰到障礙物,由于接收管輸出TTL電平,有利于單片機對信號的處理。光電開關工作原理：光電開關是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的。

光電開關在一般情況下,有三部分構成,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)行命令左中右左轉信號<P2.1>右轉信號〔P2.0000√右轉001√右轉010√右轉011√右轉100√左轉101√右轉110√左轉111前進注解〔"0"表示有障礙物；"1"表示無障礙物4.單片機電路本設計的主控芯片選擇AT89S51,負責檢測傳感器的狀態(tài)并向電機驅動電路發(fā)出動作命令。復位電路采用手動復位。單片機電路如下：5.電機轉速控制電路由555時基電路構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電機調速。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：q=<R1+Rx1>/<R1+R2+Rx>周期：T=<R1+R2+Rx>Cln26.電源電路本系統所有芯片都需要+5V的工作電壓,而干電池只能提供的電壓為1．5V的倍數的電壓,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.電機驅動電路

市場上用很多種類的小電壓直流電動機,很方便的選擇到。主要有普通電動機、和步進電動機。

方案一：采用步進電機,步進電動機的一個顯著的特點就是具有快速啟動和停止能力,能夠達到我們所要求的標準。如果負荷不超過步進電機所能提供的動態(tài)轉矩值,就能夠立即是步進電機啟動或反轉。其轉換靈敏度比較高。正轉、反轉控制靈活。但是步進電機的價格比較昂貴,對于我們的現狀相差太遠。

方案二：采用普通的直流電機。直流電機具有優(yōu)良的調速特性,調速平滑、方便。調整范圍廣；過載能力強,能承受頻繁的沖擊負載,可實現頻繁的無極快速啟動、制動和反轉。能滿足各種不容的特殊運行要求。由于普通直流電機價格適宜,更易于購買,并且電路相對簡單,因此采用直流電機作為動力源本設計采用差分放大驅動使電機正反轉從而做到前進,左轉右轉。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,交替導通和截止,用單片機控制使之工作在開關狀態(tài),進而控制電機的運行。該控制電路由于四個大功率晶體管只工作在飽和與截止狀態(tài)下,效率非常高,并且大功率晶體管開關的速度很快,穩(wěn)定性也極強,是一種廣泛采用的電路。采用與門對兩電機進行選擇控制,從而實現前進、左轉、右轉。驅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.用程序設定1S內采集到的脈沖數可以轉化為速度。單位時間內前進距離為S,則：速度V大小為S。驅動狀態(tài)表：注解：〔"0"代表低電平"1"代表高電平電機驅動電路功能表輸入小車狀態(tài)P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5111110前進111100停止100011左轉010011右轉8.主程序流程圖源程序：RSBITP2.2RWBITP2.3EBITP2.4ORG0000HLJMPMAINORG0030HMAIN:MOVP2,#0FFHMOVP1,#1FH;前進MOVTMOD,#10HMOVR1,#0C8HSETBTR1TIME:MOVTH1,#0D8HMOVTL1,#0F0HJNBTF1,$DJNZR1,TIMECLRTR1MOVR7,#00H;脈沖個數MOVR1,#64HMOVTMOD,#10HSETBTR1LOOP6:MOVTH1,#08HMOVTL0,#0F0HNEXT:MOVC,0JBTF1,LOOP7;判斷TF1是否溢出ORLC,P3.4JNCLOOP6;判斷C是否為1INCR7;1S內出現的脈沖個數JBTF1,LOOP7SJMPNEXTLOOP7:DJNZR1,LOOP6CLRTR1CLRCMOVA,R7;脈沖個數乘以2ADDCA,R7MOVR7,AMOVA,#01H;一個碼格的弧長MOVB,R7MULAB;計算總弧長DAA;十進制調整MOVR5,AMOVA,B;B的值給AJNCLOOP8;判斷十進制調整是CY有沒有被置1INCACLRCLOOP8:DAA;十進制調整MOVR6,AJNCLOOP9INC70H;十進制調整如果CY被置1,70H賦值1CLRCLOOP9:MOVA,R6;解釋R6,R5分別表示總長的高位和低位ANLA,#0F0H;取R6的高四位,賦給71HSWAPAMOV71H,AMOVA,R6ANLA,#0FH;取R6的低四位,賦給72HMOV72H,AMOVA,R5ANLA,#0F0H;取R5的高四位,賦給73HSWAPAMOV73H,AMOVA,R5ANLA,#0FH;取R5的低四位,賦給74HMOV73H,A/******顯示前進******/MOVSP,#50HACALLINITMOVA,10000000BACALLWC51RMOVA,"G"ACALLWC51DDRMOVA,"0"ACALLWC51DDRMOVA,""ACALLWC51DDRMOVA,"A"ACALLWC51DDRMOVA,"H"ACALLWC51DDRMOVA,"E"ACALLWC51DDRMOVA,"A"ACALLWC51DDRMOVA,"D"ACALLWC51DDRMOVA,11000101BACALLWC51RMOVA,70HACALLWC51DDRMOVA,71HACALLWC51DDRMOVA,72HACALLWC51DDRMOVA,"."ACALLWC51DDRMOVA,73HACALLWC51DDRMOVA,74HACALLWC51DDRMOVC,P2.0JCLOOP1;判斷P2.0MOVP1,#0FH;停車LCALLLOOP2MOVP1,#32H;右轉LCALLRIGHTLJMPLOOP4LOOP1:MOVC,P2.1JCNEXT1;判斷P2.1MOVP1,#0FH;停車LCALLLOOP2MOVP1,#31H;左轉LCALLLEFTLJMPLOOP4NEXT1:LJMPMAIN/*****停車定時*****/LOOP2:MOVTMOD,#10HMOVR0,#64HSETBTR1LOOP3:MOVTH1,#0D8HMOVTL1,#0F0HJNBTF1,$DJNZR0,LOOP3CLRTR1RET/*****轉向定時*****/LOOP4:MOVTMOD,#10HMOVR1,#0C8HSETBTR1LOOP5:MOVTH1,#0D8HMOVTL1,#0F0HJNBTF1,$DJNZR1,LOOP5CLRTR1MOVP1,#1FH;前進LJMPMAIN/*****顯示左轉*****/LEFT:MOVSP,#50HACALLINITMOVA,10000000BACALLWC51RMOVA,"L"ACALLWC51DDRMOVA,"E"ACALLWC51DDRMOVA,"F"ACALLWC51DDRMOVA,"T"ACALLWC51DDRRET/*****顯示右轉*****/RIGHT:MOVSP,#50HACALLINITMOVA,10000000BACALLWC51RMOVA,"R"ACALLWC51DDRMOVA,"I"ACALLWC51DDRMOVA,"G"ACALLWC51DDRMOVA,"H"ACALLWC51DDRMOVA,"T"ACALLWC51DDRRET/***********初始化子程序***********/INIT:MOVA,#00000001H;清屏ACALLWC51RMOVA,#00111000B;使用8位數據LCALLWC51RMOVA,#00000110B;字符不動,光標自動右移一格LCALLWC51R/*****檢查忙子程序*****/F_BUSY:PUSHACC;保護現場PUSHDPHPUSHDPLPUSHPSWWAIT:CLRRSSETBRWCLRESETBEMOVA,P1CLREJBACC.7,WAIT;忙,等待POPPSW;不忙,恢復現場POPDPLPOPDPHPOPACCACALLDELAYRET/*****寫入命令子程序*****/WC51R:ACALLF_BUSY