红外线智能避障小汽车讲解16416.pdf

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1、唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 1 页 二、硬件电路图设计 2 系 统 框 图 本设计制作的是单片机控制的自动避障小汽车，以单片机为小汽车的“大脑”，红外线探头为小汽车的“眼睛”，电机为小汽车的“双足”。“大脑”控制“眼睛”去看前方是否有障碍物，当“眼睛”看到障碍后，由大脑来控制“双足”的行动方向。从而实现小汽车的自动避障。电路原理简单，结构明了。如图2.2.1为整个系统的框图。图 2.2.1 系统框图 4 红外线避障电路 避障方案选择，方案一：采用超声波避障。超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。方案二：采用红外线避障。利用单

2、片机来产生 38KHz信号，并用 250HZ的方波对红外线发射管进行调制发射，发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行解调，输出 TTL电平。外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜，故采用方案二。红外线避障电路是小汽车的“眼睛”，其性能的好坏和抗干扰能力的强弱，就定了避障的准确性和灵活性。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的载波进行调制，这样能减少外界的一些干扰。接收管采用 HS0038A2型号，输出 TTL电平，有利于单片机对信号的处理。红外 避障 电路 H 桥控制电路 电 机 80C51 返回信号输入 调制

3、信号输出 唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 2 页 避障电路采用红外线发射与接收原理，利用单片机产生250HZ和38KHz信号，并利用单片机的中断对红外线发射管进行调制发射，发射距离远近由RW 调节，由于本设计的小汽车行驶速度较快，所以调节避障距离为 20CM左右。发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行解调，输出 TTL电平。利用单片机的中断系统，在遇障碍物时控制电机并使小车转弯。如图 2.4.1所示 图 2.4.1 红外线避障示意图 1、红外线发射部分 红外线发射电路通过单片机的控制，输出调制信号向前方发射，如果遇到障碍物后，红外光线被障

4、碍物返回，被红外接收头接收，在其 3 脚输出 250HZ方波信号，而其 3 脚和单片机的 ITN0连接在一起，故当遇到障碍物后，会给单片机一个外部中断 0 信号，通过外部中断 0 程序，来控制小汽车的左转或者右转。从而实现避障功能。图 2.4.2所示为红外线发射原理图。P2.1输入的是 250HZ的方波，P2.0输入的是 38K的载波，D0 处发射的就是调制好的发射信号。各个波形如图 2.4.3 a)、b)、c)所示。红外发射 红外接收 80C51 M H 桥驱动 唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 3 页 图 2.4.2 红外线发射电路 a).38K载波 b).250HZ调

5、制信号 c).调制后波形 图 2.4.3 红外线发射波形图 2、红外线接收部分 红外线接收电路如图 2.4.4所示，红外线接收头在没有接收到红外信号时，INT0输出高电平，单片机不中断。在接收到信号时输出低电平，单片机中断。接收头采用 HS0038A2型一体化接收探头，其内部集成了输入部分、自动增益控制部分、控制电路、带通滤波器和解调电路。其内部框图如2.4.5所示 唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 4 页 图 2.4.4 红外线接收电路 图 2.4.5 HS0038A2型红外接收头内部结构 由图 2.4.5可知，经过调制后发射的红外线被接收头接收后，通过其内部的自动增益控

6、制、带通滤波器和解调电路等在 OUT处输出调制信号。因为本设计采用的是 250HZ的调制信号，其周期为 4000s，如果占空比为 1：1，其半周期为2000s，如果把 OUT端口和单片机的外部中断连接在一起的话，足以能够引起单输入 电路 自动增 益控制 解调 电路 带通滤 波器 控制 电路 30K OUT Vs GND 唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 5 页 片机的中断了。在中断程序中来实现对障碍物的判断和控制小汽车的行驶方向。5 H桥驱动电路 H 桥驱动电路是小汽车的“双足”控制电路，对小汽车的行驶有着直接的影响。如图 2.5.1所示，整个车体的驱动用两个 H 桥驱动电

7、路，分别驱动两个直流电机，其控制口分别接单片机的 I/O口，在此接在了 P1 口。在控制其行驶时，在 P1.4为低电平的前提下，只要给 P1.0、P1.1、P1.2和 P1.3输出不同的高低电平就能控制小汽车的行驶，但是一定要注意的是，其中 P1.0和 P1.1的电平一定不能全为高电平，P1.2和 P1.3的电平也一定不能全为高电平。现以 P1.0和P1.1 如果全为高为例介绍其原理。H 桥电路的正常控制原理是，当 P1.0为高电平、P1.1为低电平时 Q6、Q3、Q2 导通，Q1、Q5、Q4 截止，所以电流的流向是从 VCC Q2 Q3 GND，电机正转。如果当 P1.0为低电平、P1.1为

8、高电平时 Q1、Q5、Q4 导通，Q6、Q3、Q2 截止，所以电流的流向是从 VCC Q1 Q4 GND，电机反转。如果P1.0和 P1.1全为高电平，则 Q1、Q5、Q4、Q6、Q3、Q2 全部导通 VCC和 GND必将短路，将会损坏整个系统。因为整个系统没有设置看门狗系统，所以在系统死机后需要人工复位，考虑到复位时各 I/O口输出全为高电平，为了防止整个系统死机后复位时输出全高电平损坏整个系统，所以在电源和整个电路之间加一 PNP型三极管 Q13，其基极接 P1.4，当单片机复位时 P1.4输出高电平，Q13截止，整个电路不供电，保证了电路的安全性能。H 桥控制原理图如图 2.5.1所示：

9、唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 6 页 图 2.5.1 H 桥控制电路 当单片机和H桥控制电路连接完毕后，只要让单片机给出不同的数据编码，就能控制小汽车的行驶方向。下表 2.5.1 为不同的行驶方向所对应的 16 进制数码。表 2.5.1 前行 左转 右转 后退 停止 81H 06H 09H 0AH 00H 三、软件设计 1 程序流程图 如图 3.1.1所示为整个设计的软件流程图：唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 7 页 图 3.1.1 程序流程图 2 主程序 MAIN:SETB EA ;开总中断允许 MOV TMOD,#01H ;选择定时计数器工作方

10、式 1 SETB ET0 ;开定时器 0 中断允许位 SETB EX0 ;开外部中断 0 允许位 SETB EX1 ;开外部中断 1 允许位 MOV TH0,#0F8H ;赋初值 定时 2ms 开 始 初始化 延时 2 秒 定时 30 秒 前行 判断定时时间到否 判断是否有障碍 判断障碍物 是否在左边 左转 右转 结束 是 是 否 否 是 否 唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 8 页 MOV TL0,#30H SETB TR0 ;启动 T0 CLR P2.1 ;调制信号输出清零 MOV A,#81H ;前行 MOV P1,A ;前行/38K方波产生程序/L0:SETB P2

11、.0 L1:MOV R0,#6 L2:DJNZ R0,L2 CPL P2.0 LJMP L1/SJMP$3 红外线调制信号发生程序 红外线调制信号发生程序采用中断的方式来实现的，用计数定时器T0 定时2ms，中断时取反 P2.1来控制图 2.4.2红外线发射电路中 Q1 的通断，以此来产生 250HZ的调制信号，来调制 38K的红外载波，程序如下：DS0:CPL P2.1 ;取反 P2.1 MOV TH0,#0F8H ;重新装初值 MOV TL0,#30H RETI ;中断返回 4 红外线载频信号发生程序 红外线载波信号采用软件延时来实现，利用单片机指令执行时间的长短来选择不同的指令和不同的执

12、行次数，从而达到想要的延时时间，以下为 38K载波发生程序：L0:SETB P2.0 L1:MOV R0,#6 L2:DJNZ R0,L2 唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 9 页 CPL P2.0 LJMP L1 5 避障程序 避障程序采用外部中断的方式来实现，因为在小汽车的前部安装了两对红外线探头，分别用来检测车体左边和右边的障碍物，当右边检测到障碍时引起外部中断 1 中断，控制小汽车向左转。当左边检测到障碍时引起外部中断 0 中断，控制小汽车向右转。程序如下：ZD1:MOV P1,#06H ;左转 MOV R5,#5 ;延时 0.5S Y2:MOV R1,#0FFH

13、Y0:MOV R2,#0FAH Y1:DJNZ R2,Y1 DJNZ R1,Y0 DJNZ R5,Y2 MOV P1,#81H ;前行 RETI ZD0:MOV P1,#09H ;右转 MOV R3,#5 ;延时 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 唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 10 页 附录 电路原理总图 123321DCBAC1473Q68050Q58050Q48050Q38050Q28550Q18550

14、R4100R3100R23.3KR13.3K12J1DIANJIVC CP1.0P1.1P1.2P1.3Q138550R510KP1.4C1473Q78050Q128050Q98050Q88050Q118550Q108550R7100R6100R53.3KR83.3K12J2DIANJI红 外 线 探 头R111K+C11VC CINT0红 外 线 接 收 左D0LEDQ1Q2R122KVC CRW15K红 外 线 发 射P2.0P2.1R131KR141KEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134

15、P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U180C 51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P2.0P2.1INT0红 外 线 探 头R211K+C21VC CINT1红 外 线 接 收 右D1LEDRW25KINT1VC CVC CR5510K12MC710uSWCP130PCP230PDDDD唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 11 页 附录 系统程序 ORG 0000H

16、LJMP MAIN ORG 0003H ;外部中断 0 入口地址即右转 LJMP ZD0 ORG 000BH ;定时计数器 T0 入口地址即产生250HZ方波 LJMP DS0 ORG 0013H ;外部中断 1 入口地址即左转 LJMP ZD1 ORG 0100H MAIN:SETB EA ;开总中断允许 MOV TMOD,#01H ;选择定时计数器工作方式1 唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 12 页 SETB ET0 ;开定时器 0 中断允许位 SETB EX0 ;开外部中断 0 允许位 SETB EX1 ;开外部中断 1 允许位 MOV TH0,#0F8H ;赋初值

17、 定时 2ms MOV TL0,#30H SETB TR0 ;启动 T0 CLR P2.1 ;调制信号输出清零 MOV A,#81H ;前行 MOV P1,A ;前行;/38K方波产生程序/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 ;左转 MOV R5,#5 ;延时 0.5S Y2:MOV R1,#0FFH Y0:MOV R2,#0FAH Y1:DJNZ R2,Y1 DJNZ R1,Y0 唐山工业职业技术学院毕业设计说明书 共 21 页 第 13 页 DJNZ R5,Y2 MOV P1,#81H ;前行 RETI ZD0:MOV P1,#09H ;右转 MOV R3,#5 ;延时 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 END