紅外線智能避障小汽車

1、唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書二、 硬件電路圖設(shè)計(jì)§2 系 統(tǒng) 框 圖本設(shè)計(jì)制作的是單片機(jī)控制的自動(dòng)避障小汽車，以單片機(jī)為小汽車的“大腦”，紅外線探頭為小汽車的“眼睛”，電機(jī)為小汽車的“雙足”。“大腦”控制“眼睛”去看前方是否有障礙物，當(dāng)“眼睛”看到障礙后，由大腦來控制“雙足”的行動(dòng)方向。從而實(shí)現(xiàn)小汽車的自動(dòng)避障。電路原理簡單，結(jié)構(gòu)明了。如圖2.2.1為整個(gè)系統(tǒng)的框圖。紅外避障電路H橋控制電路電機(jī)80C51返回信號(hào)輸入調(diào)制信號(hào)輸出 圖2.2.1 系統(tǒng)框圖§4 紅外線避障電路 避障方案選擇，方案一：采用超聲波避障。超聲波受環(huán)境影響較大，電路復(fù)雜，而且地面對(duì)超聲波的反射，會(huì)

2、影響系統(tǒng)對(duì)障礙物的判斷。     方案二：采用紅外線避障。利用單片機(jī)來產(chǎn)生38KHz信號(hào)，并用250HZ的方波對(duì)紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反射回來，紅外線接收管對(duì)反射回來信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出TTL電平。外界對(duì)紅外信號(hào)的干擾比較小，且易于實(shí)現(xiàn)，價(jià)格也比較便宜，故采用方案二。 紅外線避障電路是小汽車的“眼睛”，其性能的好壞和抗干擾能力的強(qiáng)弱，就定了避障的準(zhǔn)確性和靈活性。由于紅外線受外界可見光的影響較大，因此用250Hz的信號(hào)對(duì)38KHz的載波進(jìn)行調(diào)制，這樣能減少外界的一些干擾。 接收管采用HS0038A2型號(hào)，輸出TTL電平，有

3、利于單片機(jī)對(duì)信號(hào)的處理。避障電路采用紅外線發(fā)射與接收原理，利用單片機(jī)產(chǎn)生250HZ和38KHz信號(hào)，并利用單片機(jī)的中斷對(duì)紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射距離遠(yuǎn)近由RW調(diào)節(jié)，由于本設(shè)計(jì)的小汽車行駛速度較快，所以調(diào)節(jié)避障距離為20CM左右。發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反射回來，紅外線接收管對(duì)反射回來信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出TTL電平。利用單片機(jī)的中斷系統(tǒng)，在遇障礙物時(shí)控制電機(jī)并使小車轉(zhuǎn)彎。如圖2.4.1所示紅外發(fā)射紅外接收80C51MH橋驅(qū)動(dòng) 圖2.4.1 紅外線避障示意圖1、紅外線發(fā)射部分紅外線發(fā)射電路通過單片機(jī)的控制，輸出調(diào)制信號(hào)向前方發(fā)射，如果遇到障礙物后，紅外光線被障礙物返回，被紅外接收頭接收

4、，在其3腳輸出250HZ方波信號(hào)，而其3腳和單片機(jī)的ITN0連接在一起，故當(dāng)遇到障礙物后，會(huì)給單片機(jī)一個(gè)外部中斷0信號(hào)，通過外部中斷0程序，來控制小汽車的左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)。從而實(shí)現(xiàn)避障功能。圖2.4.2所示為紅外線發(fā)射原理圖。P2.1輸入的是250HZ的方波，P2.0輸入的是38K的載波，D0處發(fā)射的就是調(diào)制好的發(fā)射信號(hào)。各個(gè)波形如圖2.4.3 a)、b)、c)所示。 圖2.4.2 紅外線發(fā)射電路a). 38K載波 b). 250HZ調(diào)制信號(hào)c). 調(diào)制后波形圖 2.4.3 紅外線發(fā)射波形圖 2、紅外線接收部分 紅外線接收電路如圖2.4.4所示，紅外線接收頭在沒有接收到紅外信號(hào)時(shí)，INT0輸出高電

5、平，單片機(jī)不中斷。在接收到信號(hào)時(shí)輸出低電平，單片機(jī)中斷。接收頭采用HS0038A2型一體化接收探頭，其內(nèi)部集成了輸入部分、自動(dòng)增益控制部分、控制電路、帶通濾波器和解調(diào)電路。其內(nèi)部框圖如2.4.5所示 圖2.4.4 紅外線接收電路輸入電路自動(dòng)增益控制解調(diào)電路帶通濾波器控制電路30KOUTVsGND 圖2.4.5 HS0038A2型紅外接收頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)由圖2.4.5可知，經(jīng)過調(diào)制后發(fā)射的紅外線被接收頭接收后，通過其內(nèi)部的自動(dòng)增益控制、帶通濾波器和解調(diào)電路等在OUT處輸出調(diào)制信號(hào)。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用的是250HZ的調(diào)制信號(hào)，其周期為4000µs，如果占空比為1：1，其半周期為2000µ

6、s，如果把OUT端口和單片機(jī)的外部中斷連接在一起的話，足以能夠引起單片機(jī)的中斷了。在中斷程序中來實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的判斷和控制小汽車的行駛方向。§5 H橋驅(qū)動(dòng)電路H橋驅(qū)動(dòng)電路是小汽車的“雙足”控制電路，對(duì)小汽車的行駛有著直接的影響。如圖2.5.1所示，整個(gè)車體的驅(qū)動(dòng)用兩個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)電路，分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，其控制口分別接單片機(jī)的I/O口，在此接在了P1口。在控制其行駛時(shí)，在P1.4為低電平的前提下，只要給P1.0、P1.1、P1.2和P1.3輸出不同的高低電平就能控制小汽車的行駛，但是一定要注意的是，其中P1.0和P1.1的電平一定不能全為高電平，P1.2和P1.3的電平也一定不能全為高電

7、平?，F(xiàn)以P1.0和P1.1 如果全為高為例介紹其原理。H橋電路的正?？刂圃硎?，當(dāng)P1.0為高電平、P1.1為低電平時(shí)Q6、Q3、Q2導(dǎo)通，Q1、Q5、Q4截止，所以電流的流向是從VCC Q2 Q3 GND，電機(jī)正轉(zhuǎn)。如果當(dāng)P1.0為低電平、P1.1為高電平時(shí)Q1、Q5、Q4導(dǎo)通，Q6、Q3、Q2截止，所以電流的流向是從VCC Q1 Q4 GND，電機(jī)反轉(zhuǎn)。如果P1.0和P1.1全為高電平，則Q1、Q5、Q4、 Q6、Q3、Q2全部導(dǎo)通VCC和GND必將短路，將會(huì)損壞整個(gè)系統(tǒng)。因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)沒有設(shè)置看門狗系統(tǒng)，所以在系統(tǒng)死機(jī)后需要人工復(fù)位，考慮到復(fù)位時(shí)各I/O口輸出全為高電平，為了防止整個(gè)系統(tǒng)死

8、機(jī)后復(fù)位時(shí)輸出全高電平損壞整個(gè)系統(tǒng)，所以在電源和整個(gè)電路之間加一PNP型三極管Q13，其基極接P1.4，當(dāng)單片機(jī)復(fù)位時(shí)P1.4輸出高電平，Q13截止，整個(gè)電路不供電，保證了電路的安全性能。H橋控制原理圖如圖2.5.1所示： 圖2.5.1 H橋控制電路當(dāng)單片機(jī)和H橋控制電路連接完畢后，只要讓單片機(jī)給出不同的數(shù)據(jù)編碼，就能控制小汽車的行駛方向。下表2.5.1為不同的行駛方向所對(duì)應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)碼。表2.5.1前行左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)后退停止81H06H09H0AH00H三、 軟件設(shè)計(jì)§1 程序流程圖如圖3.1.1所示為整個(gè)設(shè)計(jì)的軟件流程圖：開 始初始化延時(shí)2秒定時(shí)30秒前行 判斷定時(shí)時(shí)間到否判斷是否有

9、障礙判斷障礙物是否在左邊左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)結(jié)束是是否否是否 圖3.1.1 程序流程圖 §2主程序 MAIN: SETB EA ;開總中斷允許MOV TMOD,#01H ;選擇定時(shí)計(jì)數(shù)器工作方式1SETB ET0 ;開定時(shí)器0中斷允許位SETB EX0 ;開外部中斷0允許位SETB EX1 ;開外部中斷1允許位 MOV TH0,#0F8H ;賦初值 定時(shí)2ms MOV TL0,#30HSETB TR0 ; 啟動(dòng)T0CLR P2.1 ;調(diào)制信號(hào)輸出清零 MOV A,#81H ;前行 MOV P1,A ;前行/38K方波產(chǎn)生程序/ L0: SETB P2.0 L1: MOV R0,#6 L2: DJ

10、NZ R0,L2 CPL P2.0 LJMP L1/ SJMP $§3紅外線調(diào)制信號(hào)發(fā)生程序 紅外線調(diào)制信號(hào)發(fā)生程序采用中斷的方式來實(shí)現(xiàn)的，用計(jì)數(shù)定時(shí)器T0定時(shí)2ms，中斷時(shí)取反P2.1來控制圖2.4.2紅外線發(fā)射電路中Q1的通斷，以此來產(chǎn)生250HZ的調(diào)制信號(hào)，來調(diào)制38K的紅外載波，程序如下：DS0: CPL P2.1 ;取反P2.1MOV TH0,#0F8H ;重新裝初值 MOV TL0,#30H RETI ;中斷返回 §4紅外線載頻信號(hào)發(fā)生程序 紅外線載波信號(hào)采用軟件延時(shí)來實(shí)現(xiàn)，利用單片機(jī)指令執(zhí)行時(shí)間的長短來選擇不同的指令和不同的執(zhí)行次數(shù)，從而達(dá)到想要的延時(shí)時(shí)間，以

11、下為38K載波發(fā)生程序： L0: SETB P2.0 L1: MOV R0,#6 L2: DJNZ R0,L2 CPL P2.0 LJMP L1§5避障程序 避障程序采用外部中斷的方式來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵谛∑嚨那安堪惭b了兩對(duì)紅外線探頭，分別用來檢測(cè)車體左邊和右邊的障礙物，當(dāng)右邊檢測(cè)到障礙時(shí)引起外部中斷1中斷，控制小汽車向左轉(zhuǎn)。當(dāng)左邊檢測(cè)到障礙時(shí)引起外部中斷0中斷，控制小汽車向右轉(zhuǎn)。程序如下：ZD1: MOV P1,#06H ;左轉(zhuǎn) MOV R5,#5 ;延時(shí)0.5SY2: MOV R1,#0FFH Y0: MOV R2,#0FAH Y1: DJNZ R2,Y1 DJNZ R1,Y0 DJ

12、NZ R5,Y2 MOV P1,#81H ; 前行 RETI ZD0: MOV P1,#09H ;右轉(zhuǎn) MOV R3,#5 ;延時(shí) 0.5S YS2: MOV R6,#0FFH YS0: MOV R4,#0FAH YS1: DJNZ R4,YS1 DJNZ R6,YS0 DJNZ R3,YS2 MOV P1,#81H ;前行 RETI附錄 電路原理總圖附錄 系統(tǒng)程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H ;外部中斷0入口地址即右轉(zhuǎn) LJMP ZD0 ORG 000BH ;定時(shí)計(jì)數(shù)器T0入口地址即產(chǎn)生250HZ方波 LJMP DS0 ORG 0013H ;外部中斷1入口地址

13、即左轉(zhuǎn) LJMP ZD1 ORG 0100HMAIN: SETB EA ;開總中斷允許MOV TMOD,#01H ;選擇定時(shí)計(jì)數(shù)器工作方式1SETB ET0 ;開定時(shí)器0中斷允許位SETB EX0 ;開外部中斷0允許位SETB EX1 ;開外部中斷1允許位 MOV TH0,#0F8H ;賦初值 定時(shí)2ms MOV TL0,#30HSETB TR0 ; 啟動(dòng)T0CLR P2.1 ;調(diào)制信號(hào)輸出清零 MOV A,#81H ;前行 MOV P1,A ;前行;/38K方波產(chǎn)生程序/ L0: SETB P2.0 L1: MOV R0,#6 L2: DJNZ R0,L2 CPL P2.0 LJMP L1;/ SJMP $ DS0: MOV TH0,#0F8H MOV TL0,#30H CPL P2.1 RETI ZD1: MOV P1,#06H ;左轉(zhuǎn) MOV R5,#5 ;延時(shí)0.5SY2: MOV R1,#0FFH Y0: MOV R2,#0FA