基于單片機(jī)的紅外線小車(chē)

1、基于單片機(jī)的紅外線迷宮小車(chē)學(xué)號(hào)：姓名日期：摘要隨著電子、信息技術(shù)的應(yīng)用與迅速普及，人們對(duì)電子技術(shù)的要求越來(lái)越高。迷宮小車(chē)的出現(xiàn)為今后能夠更好地使用機(jī)器人來(lái)代替人工活動(dòng)墊定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)完善的迷宮小車(chē)將可以廣泛用于軍事排雷、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的救災(zāi)搶險(xiǎn)、有害氣體中毒的搶救等活動(dòng)中。然而，目前存在的一些迷宮車(chē)主要還是停留在人工遠(yuǎn)程控制階段，真正穩(wěn)定完備，并能實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)的智能小車(chē)還有待繼續(xù)研發(fā)。本課題設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)控制的迷宮小車(chē)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用STC89S51單片機(jī)為主控制核心，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集，路線判斷，以控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)；循跡防撞電路采用紅外發(fā)射接收電路，通過(guò)紅外發(fā)射管一直發(fā)射紅外線，當(dāng)接收管接收到

2、信號(hào)后，證明遇到障礙物，單片機(jī)就會(huì)做出相應(yīng)指示，指示驅(qū)動(dòng)電路讓電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)退后。驅(qū)動(dòng)電路：小車(chē)中驅(qū)動(dòng)電路采用L9110電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)發(fā)送信號(hào)給L9110，然后L9110控制小車(chē)正反轉(zhuǎn)關(guān)鍵詞：迷宮小車(chē)；單片機(jī)；傳感器目錄摘要i第1章緒論31.1 課題背景31.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r3第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)42.1 系統(tǒng)方案的選擇42.1.1 迷宮小車(chē)的系統(tǒng)方案42.1.2 傳感器的選擇與比較4車(chē)體的選擇與比較42.1.4 前進(jìn)路徑與返回路徑的最優(yōu)選擇4傳感器個(gè)數(shù)的比較與選擇522 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)5第三章小車(chē)的硬件設(shè)計(jì)63.1 硬件選型6機(jī)械部分6單片機(jī)部分73.1.3 電路部分9驅(qū)動(dòng)電路103.2 系統(tǒng)

3、硬件結(jié)構(gòu)電路圖12第四章迷宮小車(chē)的軟件設(shè)計(jì)134.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖13參考文獻(xiàn)14第1章 緒論1.1 課題背景隨著電子、信息技術(shù)的應(yīng)用與迅速普及，人們對(duì)電子技術(shù)的要求越來(lái)越高。迷宮小車(chē)的出現(xiàn)為今后能夠更好地使用機(jī)器人來(lái)代替人工活動(dòng)墊定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)完善的迷宮小車(chē)將可以廣泛用于軍事排雷、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的救災(zāi)搶險(xiǎn)、有害氣體中毒的搶救等活動(dòng)中。然而，目前存在的一些迷宮車(chē)主要還是停留在人工遠(yuǎn)程控制階段，真正穩(wěn)定完備，并能實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)的智能小車(chē)還有待繼續(xù)研發(fā)。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r智能迷宮小車(chē)也可以稱為智能迷宮機(jī)器人，既然是智能機(jī)器人，那么就應(yīng)當(dāng)具備以下幾個(gè)特征功能：識(shí)別，處理，執(zhí)行，學(xué)習(xí)。目前全世界

4、各國(guó)所舉辦的大大小小關(guān)于機(jī)器人的比賽C數(shù)不勝數(shù)，其中的宗旨是一致的都是為了培養(yǎng)創(chuàng)新精神，激發(fā)思維想象力，并估計(jì)理論與實(shí)踐相結(jié)合。在我國(guó)高校的機(jī)器人比賽中，最為廣泛的是“飛思卡爾”杯大學(xué)生智能車(chē)競(jìng)賽，該比賽充分的利用學(xué)生的各方面知識(shí)，并要求將其運(yùn)用至切實(shí)的實(shí)踐中，極好的詮釋了上述的機(jī)器人比賽宗旨。正因目前的機(jī)器人發(fā)展越來(lái)越迅速，越來(lái)越多智能機(jī)器人產(chǎn)品或已經(jīng)或正在投入到農(nóng)業(yè)、工業(yè)的生產(chǎn)當(dāng)中，代替人工勞作。同樣，在搶險(xiǎn)救、軍事活動(dòng)中，智能迷宮機(jī)器人也可以達(dá)到同樣的功效第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)方案的選擇 迷宮小車(chē)的系統(tǒng)方案本迷宮小車(chē)選用8位89C51單片機(jī)為控制器，通過(guò)4個(gè)紅外光電傳感器TCR

5、T5000對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，采集到的信號(hào)經(jīng)比較器LM358處理后傳給89C51單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后，發(fā)出控制命令給L9110，驅(qū)動(dòng)2臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。 傳感器的選擇與比較紅外對(duì)管可以智能識(shí)別黑與白兩種顏色由于現(xiàn)場(chǎng)條件，并不能對(duì)其造成干擾，而且其反應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間短，故此，我們選用紅外對(duì)管傳感器。車(chē)體的選擇與比較采用三輪小車(chē)，前面兩輪由兩個(gè)電機(jī)分別控制，用其速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎與調(diào)整，后前輪為萬(wàn)向輪，用來(lái)維持小車(chē)的平衡。 前進(jìn)路徑與返回路徑的最優(yōu)選擇由于小車(chē)需要避開(kāi)障礙物到終點(diǎn)，故小車(chē)應(yīng)能識(shí)別迷宮的路況，我們給小車(chē)加上了識(shí)別路口程序，并且讓小車(chē)按照右手原則前進(jìn)，在每個(gè)路口處讓小車(chē)記錄出所

6、走過(guò)的路況，并且記憶，以便于小車(chē)可以快速到達(dá)終點(diǎn)。傳感器個(gè)數(shù)的比較與選擇總4個(gè)傳感器，其中兩個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)小車(chē)是否偏離軌跡，另外三個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)小車(chē)是否遇到路口（前方.左方及右方各一個(gè)），還有一個(gè)傳感器配合前方的傳感器來(lái)檢測(cè)終點(diǎn)。小，可分為小功率，中功率，大功率三種。另外，紅外發(fā)光二極管除頂面發(fā)光型外，還有側(cè)面發(fā)光型。小功率管一般采用全塑封裝，也有部分是采用陶瓷底座，頂端用玻璃或環(huán)氧樹(shù)脂透鏡封裝的，中大功率管一般采用帶螺紋金屬底座，以便安裝散熱片。隨著發(fā)光功率得提高，相應(yīng)體積的管子也增大。22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)221智能迷宮小車(chē)總體設(shè)計(jì)方案該智能迷宮車(chē)是由光電傳感器模塊、單片機(jī)控制模塊、電機(jī)模

7、塊、組成的。迷宮小車(chē)采用的是由一個(gè)萬(wàn)向輪作為前輪，以及兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪作為后輪的結(jié)構(gòu)形式組成的三輪車(chē)。該車(chē)的特點(diǎn)就是靈活，通過(guò)后側(cè)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的差速轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的轉(zhuǎn)向。兩電機(jī)以相同速度同方向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，小車(chē)為前進(jìn)；以相反方向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，小車(chē)實(shí)現(xiàn)繞車(chē)體中心自轉(zhuǎn)，十分靈活。222智能迷宮小車(chē)控制電路的設(shè)計(jì)智能迷宮小車(chē)控制電路如圖21所示圖2-1系統(tǒng)控制流程圖該循跡防撞電路采用紅外發(fā)射接收電路，通過(guò)紅外發(fā)射管一直發(fā)射紅外線，當(dāng)接收管接收到信號(hào)后，證明遇到障礙物，單片機(jī)就會(huì)做出相應(yīng)指示，指示驅(qū)動(dòng)電路讓電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)退后。驅(qū)動(dòng)電路小車(chē)中驅(qū)動(dòng)電路采用L9110電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)發(fā)送信號(hào)給L9110，然后L9110控制

8、小車(chē)正反轉(zhuǎn)。第三章 小車(chē)的硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件選型機(jī)械部分制作工具及材料，鑷子、電烙鐵、焊錫絲、松香、斜口鉗、十字螺絲刀、多用表、連接線等圖31變速器模型及清單取二個(gè)電動(dòng)機(jī)反向放置在左右變速箱側(cè)板內(nèi)的專用位置，一上一下分別將電動(dòng)機(jī)塑殼的對(duì)應(yīng)凸嵌入變速箱的對(duì)應(yīng)打孔。而軸端穿過(guò)對(duì)應(yīng)圓孔直至電動(dòng)機(jī)金屬圓凸嵌進(jìn)圓孔單片機(jī)部分本機(jī)選用STC89C51單片機(jī)作為主控制器。一下為它的引腳圖：表31腳位說(shuō)明腳號(hào)名稱管腳位號(hào)名稱管腳位號(hào)名稱管腳位號(hào)名稱1復(fù)位6P3.2 11P3.716P1.42INT/RXT/P3.0 接收端7P3.312P1.017P1.53TXT/P3.1 數(shù)據(jù)發(fā)射端8P3413P1.11

9、8P1.64XTAL2 外部晶振2介入9P3.514P1.219P1.75XTAL1外部晶振1接收10GND 接地15P1.320VCC 電源它為單時(shí)鐘機(jī)器周期的單片機(jī)，是一款低功耗/高速/超強(qiáng)抗干擾的的新一代8051單片機(jī)，內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路。運(yùn)行電壓：高電壓芯片5V、低電壓芯片3V運(yùn)行頻率：最高頻率為35Mhz時(shí)鐘：外部晶振或內(nèi)部RC震蕩器可選，在用戶下載程序時(shí)設(shè)置。芯片內(nèi)EEPPOM功能，擦寫(xiě)次數(shù)10萬(wàn)次以上低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式（可由任意一個(gè)中斷喚醒）低功耗設(shè)計(jì)：掉電模式（可由外部中斷喚醒），可支持下降沿/上升沿和遠(yuǎn)程喚醒1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8通道，10位高速ADC，速度

10、可達(dá)25萬(wàn)次以上硬件看門(mén)狗全雙工異步串行通信端口。 電路部分下面為它的電路板：圖32 小車(chē)電路板 這個(gè)圖是小車(chē)電路部分的PCB板,表32為其元件清單和元件的封裝號(hào) 表32 元件清單位號(hào)名稱位號(hào)名稱位號(hào)名稱LBR110k電位器D11N4007S1開(kāi)關(guān)LBR210k電位器D2紅色LEDR11kLBR310k電位器M1左電機(jī)接口RP1200四位排阻LBR410k電位器M2右電機(jī)接口RP210k四位排阻RP-110k八位排阻L1L9110L2L9110D3發(fā)射管D4發(fā)射管D5發(fā)射管D6發(fā)射管D7接收管D8接收管D9接收管D10接收管C510uf循跡防撞電路采用紅外發(fā)射接收電路，通過(guò)紅外發(fā)射管一直發(fā)射紅

11、外線，當(dāng)接收管接收到信號(hào)后，證明遇到障礙物，單片機(jī)就會(huì)做出相應(yīng)指示，指示驅(qū)動(dòng)電路讓電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)退后。驅(qū)動(dòng)電路小車(chē)中驅(qū)動(dòng)電路采用L9110電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)發(fā)送信號(hào)給L9110，然后L9110控制小車(chē)正反轉(zhuǎn)。小車(chē)中驅(qū)動(dòng)電路采用L9110電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)發(fā)送信號(hào)給L9110，然后L9110控制小車(chē)正反轉(zhuǎn)。以下為它的一些特性：低靜態(tài)工作電流；寬電源電壓范圍：2.5V-12V每通道具有800mA連續(xù)電流輸出能力；較低的飽和壓降；TTL/CMOS輸出電平兼容，可直接連CPU;輸出內(nèi)置鉗位二極管，適合于感性負(fù)載；控制和驅(qū)動(dòng)集成于單片IC之中；具備管腳高壓保護(hù)功能；工作溫度：0-80。 圖33 L9110 具

12、體情況L9110是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。該芯片有兩個(gè)TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個(gè)輸入端能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反向運(yùn)動(dòng)，它具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，每通道能通過(guò)750800mA的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá)到1.52.0A；同時(shí)它具有較低的輸出飽和壓降：內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開(kāi)關(guān)功率管的使用上安全可靠。L9110被廣泛應(yīng)用于玩具汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)功率管等電路中。3.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)電路圖全部硬件結(jié)構(gòu)

13、電路圖如下圖所示圖34硬件電路結(jié)構(gòu)圖該循跡防撞電路采用紅外發(fā)射接收電路，通過(guò)紅外發(fā)射管一直發(fā)射紅外線，當(dāng)接收管接收到信號(hào)后，證明遇到障礙物，單片機(jī)就會(huì)做出相應(yīng)指示，指示驅(qū)動(dòng)電路讓電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)退后。驅(qū)動(dòng)電路小車(chē)中驅(qū)動(dòng)電路采用L9110電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)發(fā)送信號(hào)給L9110，然后L9110控制小車(chē)正反轉(zhuǎn)。第四章 迷宮小車(chē)的軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖圖41 軟件結(jié)構(gòu)圖小車(chē)分別有小車(chē)后退的函數(shù),讓小車(chē)前進(jìn)的函數(shù), 下車(chē)停止的函數(shù),小車(chē)右轉(zhuǎn)彎的函數(shù).小車(chē)左轉(zhuǎn)彎的函數(shù)如果左邊的傳感器遇到障礙物 就右轉(zhuǎn)（ 修改you(20)括號(hào)里面的時(shí)間就可以修改右轉(zhuǎn)的時(shí)間 數(shù)字越大 轉(zhuǎn)的時(shí)間越長(zhǎng) ） 如果右邊的傳感器

14、遇到障礙物 就左轉(zhuǎn)（ 修改zuo(20)括號(hào)里面的時(shí)間就可以修改左轉(zhuǎn)的時(shí)間 數(shù)字越大 轉(zhuǎn)的時(shí)間越長(zhǎng) ）如果左上角的傳感器遇到障礙物就先后退再右轉(zhuǎn)（ 修改hou(20)括號(hào)里面的時(shí)間就可以修改后退的時(shí)間 ） 如果右上角的傳感器遇到障礙物就先后退再左轉(zhuǎn)（ 修改hou(20)括號(hào)里面的時(shí)間就可以修改后退的時(shí)間 ） 結(jié)論通過(guò)這次實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題，也讓我意識(shí)到自己的不足。由于時(shí)間的限定，再加上本人水平有限，紅外測(cè)距儀尚存在不足之處，測(cè)量精度不夠高，受

15、外界光線影響較大 ，并沒(méi)有達(dá)到老師所期望的指標(biāo)。轉(zhuǎn)眼間一個(gè)月的期限已近在眼前，翻看一下自己的實(shí)習(xí)日記，一路走來(lái)，從最開(kāi)始的好奇，到枯燥，到絕望，再到出成果的欣喜，雖然很辛苦，但總算是自己通過(guò)自己的努力第一次真正意義上的做出來(lái)了一件東西，所受的苦，也值了。這一個(gè)月的實(shí)習(xí)經(jīng)歷對(duì)我來(lái)說(shuō)是十分寶貴的，通過(guò)一個(gè)月的努力，終于順利完成了以前從未完成過(guò)的事情，讓我明白了科研過(guò)程的艱辛，雖然枯燥，但必須帶著嚴(yán)謹(jǐn)而又堅(jiān)持的態(tài)度，腳踏實(shí)地，一步一個(gè)腳印的走，才可能走向成功。同時(shí)也證明了自己大學(xué)的理論知識(shí)沒(méi)有白學(xué)，雖然成果很小，但我相信，自己已經(jīng)不是那個(gè)什么都不會(huì)做的學(xué)生了。感謝學(xué)校給了我這次歷練自己的機(jī)會(huì)，感謝老師的嚴(yán)格要求，感謝同學(xué)的熱心幫助，陪我渡過(guò)了這段苦中有甜的日子。參考文獻(xiàn)1 鄭人杰. 計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試技術(shù). 北京: 清華大學(xué)出版社, 19922薛小玲.劉志群、賈俊榮編著單片機(jī)接口模塊應(yīng)用于開(kāi)發(fā)實(shí)例詳解 北京航空航天大學(xué)出版社 20103 譚浩強(qiáng) 著C程序設(shè)計(jì)（第三版） 清華大學(xué)出版社 20054 李永鑒.簡(jiǎn)易超聲波測(cè)距儀的制作.五邑大學(xué)信息學(xué)院.