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基于 51 单片机的智能小车设计 日期：2个人收集整理 勿做商业用途智能小车的设计与制作摘要：本课题组设计制作了一款具有智能推断功能的小车，功能强大。小车具有以下几个功能：自动避障功能；寻迹功能按路面的黑色轨道行驶；趋光功能查找前方的点光源并行驶到位;检测路面所放置的铁片的个数的功能；计算并显示所走的路程和行走的时间，并可发声发光。作品可以作为高级智能玩具， 也可以作为大学生学习嵌入式掌握的强有力的应用实例。作品以两电动机为主驱动，通过各类传感器件来采集各类信息，送入主控单元 AT89S52 单片机,处理数据后完成相应动作,以到达自身掌握。电机驱动电路承受高电压，高电流,四通道驱动集成芯片 L293D。其中避障承受红外线收发来完成；铁片检测局部承受电感式接近开关 LJ18A38-Z/BX 检测；黑带检测承受红外线接收二极管完成；趋光局部通过 3 路光敏二极管对光源信号的采集，再经过 ADC0809 转化为数字信号送单片机处理判别方向。由掌握单元处理数据后完成相应动作,实现了无人掌握即可完成一系列动作，相当于简易机器人. 关键字:智能掌握蔽障 红外线收发 寻迹行驶 趋光行驶1总体方案论证与比较方案一:承受各类数字电路来组成小车的掌握系统，对外围避障信号, 黑带检测信号，铁片检测信号，各路趋光信号进展处理。本方案电路简单，敏捷性不高，效率低，不利于小车智能化的扩展，对各路信号处理比较困难。 方案二:承受 ATM89S52 单片机来作为整机的掌握单元。红外线探头采用市面上通用的放射管与及接收头，经过单片机调制后放射。铁片检测承受电感式接近开关 LJ18A3-8-Z/BX 检测,黑带承受光敏二极管对光源信号采集，再经过ADC0809 转化为数字信号送到单片机系统处理。此系统比较敏捷，承受软件方法来解决简单的硬件电路局部，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。比较以上两种方案的优缺点,方案二简洁、敏捷、可扩展性好，能到达题目的设计要求，因此承受方案二来实现。方案二的根本原理如图 1 所示.3个人收集整理 勿做商业用途图 1 智能车运行根本原理图框图避障局部承受红外线放射和承受原理。铁片检测承受电感式接近开关LJ18A38Z/BX 检测，产生的凹凸电平信号经过处理后，完成相应的记录数目, 驱动蜂鸣器发声。黑带寻迹依靠安装在车底部左右两个光敏二极管对管来对地面反射光感应。寻光设计在小车前端安装 3 路左、中、右)光敏电阻对光源信号采集，模拟信号经过 ADC0809 转化为数字信号送到 MCU 处理。记程通过在车轮上安装小磁块，再用霍尔管感应产生计数脉冲.记时由软件实现，显示承受一般七段 LED。此系统比较敏捷,承受软件方法来解决简单的硬件电路局部,使系统硬件简洁化，各类功能易于实现.2. 模块电路设计与比较1 避障方案选择方案一:承受超声波避障，超声波受环境影响较大，电路简单，而且地面对超声波的反射,会影响系统对障碍物的推断。方案二:承受红外线避障，利用单片机来产生 38KHz 信号对红外线放射管进展调制放射,放射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进展解调，输出 TTL 电平.外界对红外信号的干扰比较小,且易于实现，价格也比较廉价,故承受方案二。红外线放射承受电路原理图如图 2 所示。承受红外线避障方法,利用一管放射另一管接收，接收管对外界红外线的接收强弱来推断障碍物的远近，由于红外线受外界可见光的影响较大，因此用250Hz 的信号对 38KHz 的载波进展调制，这样削减外界的一些干扰。 接收管输4个人收集整理 勿做商业用途出 TTL 电平，有利于单片机对信号的处理.承受红外线放射与接收原理。利用单片机产生 38KHz 信号对红外线放射管进展调制放射,放射距离远近由 RW 调整，本设计调整为 10CM 左右。放射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进展解调,输出 TTL 电平。利用单片机的中断系统，在遇障碍物时掌握电机并使小车转弯.由于只承受了一组红外线收发对管，在避障转弯方向上，程序承受遇障碍物往左拐方式。假设要求小车正确推断左转还是右转， 需在小车侧边加多一组对管。外界对红外信号的干扰比较小，性价比高. 。调试时主要是调制放射频率为接收头能接收的频率，承受单片机程序解决。放射信号强弱的调整，由可调周密电阻调整。图 2 红外线放射承受电路原理图2)检测铁片方案选择方案一：承受电涡流原理自制的传感器，取才便利,但难以调试，输出信号也不行靠，成功率比较低，难以准确输出传感信息。方案二：承受市面易购的电感式接近开关，本系统承受市面比较通用LJ18A38Z/BX 来完成铁片检测的任务.虽然电感式接近开关占的体积大，对本是可以承受，且输出信号较牢靠，稳定性好，受外界的干扰小，故承受方案二.检测铁片电路原理图如图 3 所示。5个人收集整理 勿做商业用途图 3 检测铁片电路原理图3声音提示方案一：承受单片机产生不同的频率信号来完成声音提示，此方案能完成声音提示功能,给人以提示的可懂性比较差，但在肯定程度上能满足要求， 而且易于实现，本钱也不高,我们出自经费方面考虑，承受方案一。方案二：承受 DS1420 可分段录放音模块，能够给人以直观的提示，但DS1420 录放音模块价格比较高，也可以承受此方案来处理,但方案二性价比不如方案一.4)黑带检测方案选择方案一：承受发光二极管发光，用光敏二极管接收。由于光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差.方案二：利用红外线放射管放射红外线，红外线二极管进展接收。承受红外线放射，外面可见光对接收信号的影响较小，再用射极输出器对信号进展隔离。本方案也易于实现，比较牢靠，因此承受方案二.黑带检测电路图如图 4 所示。输出信号进入 74LS02。稳定性能得到提升。当小车低部的某边红外线收发对管遇到黑带时输入电平为高电平，反之为低电平。结合中断查询方式,通过程序掌握小车往哪个方向行走。电路中的可调电阻可调整灵敏度，以满足小车在不同光度的环境光中能够寻迹。由于接收对管装在车底，放射距离的远近较难掌握,调整可调电阻，觉察灵敏度总是不尽人意，最终承受在对管上套一塑料管， 屏蔽外界光的影响,灵敏度大幅提升。再是转弯的时间延迟短长掌握.文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理,勿做商业用途6个人收集整理 勿做商业用途图 4 黑带检测电路图3计量路程方案方案一：利用红外线对射方式，在小车的车轮开一些透光孔来计量车轮转过圈数，从而间接地测量路程。方案二:利用霍尔元件来对转过的车轮圈数来计程，在车轮子上装小磁 片，霍尔元件靠近磁片一次计程为车轮周长.此方案传感的信号强， 电路简洁， 但精度不高。假设想到达肯定的计量精度，用霍尔传感元件比较难以实现，由于在车轮上装肯定量的小磁片会相互影响，而利用红外线对射方式不会影响各自的脉冲,可到达厘米的精度，因此承受方案一来实现。计量路程示意图见图 5。通过计算车轮的转数间接测量距离，利用了霍尔元件感应磁块产生脉冲的原理,再对脉冲进展计数。另可承受红外线原理提高记程精度，其方法为在车轮均匀打上透光小孔，当车轮转动时，红外光透射过去，不断地输出脉冲，通过单片机对脉冲计数，再经过一个数据的处理过程，这样就可把小车走过的距离计算出来，小孔越多,计数越周密。7个人收集整理 勿做商业用途图 5 计量路程示意图3)智能车驱动电路方案一：承受分立元件组成的平衡式驱动电路，这种电路可以由单片机直接对其进展操作，但由于分立元件占用的空间比较大,还要配上两个继电器， 考虑到小车的空间问题，此方案不够抱负。方案二：由于小车电机装有减速齿轮组，考虑不需调速功能,承受市面易购的电机驱动芯片 L293D，该芯片是利用 TTL 电平进展掌握，对电机的操作便利， 通过转变芯片掌握端的输入电平，即可以对电机进展正反转操作,很便利单片机的操作,亦能满足直流减速电机的要求。智能车驱动电路实现如图 6 所示。图 6 智能车驱动电路小车电机为直流减速电机，带有齿轮组,考虑不需调速功能，承受电机驱动芯片 L293D。L293D 是著名的 SGS 公司的产品。为单块集成电路,高电压，高电流，四通道驱动，设计用来接收DTL 或者 TTL 规律电平，驱动感性负载比方继电器，直流和步进马达，和开关电源晶体管.内部包含 4 通道规律驱动电路。其额定工作电流为 1A，最大可达 1。5A,Vss 电压最小 4。5V,最大可达 36V；Vs 电压最大值也是 36V，经过试验，Vs 电压应当比 Vss 电压高，否则有时会消灭失控现象。表 1 是其使能、输入引脚和输出引脚的规律关系.表 1 引脚和输出引脚的规律关系ENA(BIN1IN3IN2IN4)电机运行状况8个人收集整理 勿做商业用途HHL正转HLH反转H同 IN2IN4同IN1(IN3快速停顿LXX停顿个人收集整理，勿做商业用途个人收集整理,勿做商业用途L293D 可直接的对电机进展掌握,无须隔离电路。通过单片机的 I/O 输入转变芯片掌握端的电平,即可以对电机进展正反转，停顿的操作，格外便利，亦能满足直流减速电机的大电流要求.调试时在依照上表,用程序输入对应的码值， 能够实现对应的动作，调试通过。3) 查找光源功能方案一：在小车前面装上几个光电开关，通过不同方向射来的光使光电开关工作，从而对小车行驶方向进展掌握，依据光电开关特性，只有当光到达肯定强度时才能够导通，因此带有肯定的局限性。方案二：在小车前面装上参数全都的光敏二极管或者光敏电阻,再通过A/D 转换电路转换成数字量送入单片机，单片机再对读入的几路数据进展存储、比较，然后发出命令对外围进操作.对方案一、二进展比较，方案二硬件稍为简单，但能够对不同强度的光进展采集以及比较，操作敏捷，所以承受方案二。查找光源电路图如图 7 所示。9个人收集整理 勿做商业用途图 7 查找光源电路图3显示局部方案一：承受 LCD 显示，用单片机可实现显示数据,但显示亮度和字体大小在演示时不尽人意,价格也比较昂贵。方案二：承受 LED 七段数码管,承受经典电路译码和驱动，电路构造简洁, 并且可以实现单片机 I/O 口的并用，显示效果直观，光明,调试简洁。故承受 LED 数码管显示。4) 显示电路如图 8 所示.10个人收集整理 勿做商业用途图 8 显示电路3. 系统原理及理论分析1) 单片机最小系统组成单片机系统是整个智能系统的核心局部，它对各路传感信号的采集、处理、分析及对各局部整体调整.主要是组成是：单片机 AT89S52、模数转换芯片 ADC0809、小车驱动系统芯片 L293D、数码管显示的译码芯片 74LS47、74LS138 及各路的传感器件。2) 避障原理承受红外线避障方法，利用一管放射另一管接收,接收管对外界红外线的接收强弱来推断障碍物的远近，由于红外线受外界可见光的影响较大,因此用250Hz 的信号对 38KHz 的载波进展调制，这样削减外界的一些干扰. 接收管输出TTL 电平，有利于单片机对信号的处理。3） 计程原理通过计算车轮的转数间接测量距离，在车轮均匀打上透光小孔,当车轮转动时,红外光透射过去，不断地输出脉冲,通过单片机对脉冲计数,再经过一个数据的处理过程,这样就可把小车走过的距离计算出来。4） 黑带检测原理利用光的反射原理，当光线照耀在白纸上，反射量比较大，反之，照在黑色物体上,由于黑色对光的吸取，反射回去的量比较少，这样就可以推断黑带轨道的走向。由于各路传感器会对单片机产生肯定的干扰,使信号发生错误.因此， 承受一级射极输出方式对信号进展隔离，这样系统对信号的推断就比较准确。11个人收集整理 勿做商业用途4。 系统程序设计用单片机定时器 T0 产生 38KHz 的方波，再用定时器 T1 产生 250Hz 的方波对 38KHz 方波进展调制。为了提高小车反响灵敏度，对红外线接收信号及黑带检测信号都承受中断法来处理。用定时方法对铁片检测、计量路程、倒车、拐弯及数码管动态扫描进展处理。主程序流程图见图 9，各子程序图见图10、图11、图12.个人收集整理，勿做商业用途本文为互联网收集,请勿用作商业用途图 9 主程序流程图12个人收集整理 勿做商业用途图 10 外部中断 0 效劳子程序图 11 外部中断 1 效劳子程序13个人收集整理 勿做商业用途图 12 定时器 1 中断子程序6. 调试及性能分析整机焊接完毕，首先对硬件进展检查联线有无错误，再逐步对各模块进展调试。首先写入电机掌握小程序,掌握其正反转，停机均正常.参加避障子程序， 小车运转正常，调整灵敏度达最正确效果。参加显示时间子程序，显示正常.铁片检测依靠接近开关，对检测信号进展处理并实时显示和发出声光信息，无特别状况。路程显示局部是对霍尔管脉冲进展计数,为了尽量到达准确,车轮加装小磁 片。接着对黑带检测模块调试，觉察有时小车会跑出黑带，经推断是由于红外线收发对管灵敏度不高,调整灵敏度后仍旧达不到满足效果,疑是受环境光影响，利用塑料套包围红外线收发后问题解决.趋光电路主要由三个光敏电阻构成，调整三个光敏电阻的角度同时测试软件,以最正确效果完成趋光功能。整机综合调试，上电后对系统进展初始化，接着掌握电机使小车向前行驶,突然觉察系统即刻进入外部中断 1,重复屡次测试，结果都是自动进入该中断。推断是由刚上电时电机起动所引起，为了避开上电瞬间的影响，在启动小车后延时几毫秒，再开外部中断，结果问题解决。允许的话应承受双电源供电，即电机和电路应分开供电，L293D 与单片机之间承受隔离信号掌握。这样就不会消灭小车启动时程序出错和数码管显示闪动的问题。在计程精度上，可用红外线原理获得较高精度。7. 结论14个人收集整理 勿做商业用途通过各种方案的争论及尝试,再经过屡次的整体软硬件结合调试，不断地对系统进展优化,智能小车能够完成各项功能到达车库。8. 参考文献单片机应用技术周立功单片机单片机原理与应用8051 单片机程序设计与实例MCS51 单片机试验指导本文为互联网收集，请勿用作商业用途本文为互联网收集,请勿用作商业用途15