基于89c51單片機的智能小車設計-資料下載頁

　　

【正文】 霍爾元件感應磁塊產生脈沖的原理，再對脈沖進行計數。另可采用紅外線原理提高記程精度，其方法為在車輪均勻打上透光小孔，當車輪轉動時，紅外光透射過去，不斷地輸出脈沖，通過單片機對脈沖計數，再經過一個數據的處理過程，這樣就可把小車走過的距離計算出來，小孔越多，計數越精密。圖 5 計量路程示意圖3)智能車驅動電路方案一：采用分立元件組成的平衡式驅動電路，這種電路可以由單片機直接對其進行操作，但由于分立元件占用的空間比較大，還要配上兩個繼電器，考慮到小車的空間問題，此方案不夠理想。方案二：因為小車電機裝有減速齒輪組，考慮不需調速功能，采用市面易購的電機驅動芯片L293D，該芯片是利用TTL電平進行控制，對電機的操作方便，通過改變芯片控制端的輸入電平，即可以對電機進行正反轉操作，很方便單片機的操作，亦能滿足直流減速電機的要求。智能車驅動電路實現如圖6所示。圖6 智能車驅動電路小車電機為直流減速電機，帶有齒輪組，考慮不需調速功能，采用電機驅動芯片L293D。L293D是著名的SGS公司的產品。為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅動，設計用來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅動感性負載(比如繼電器，直流和步進馬達)，和開關電源晶體管。內部包含4通道邏輯驅動電路。其額定工作電流為1A，，最大可達36V；Vs電壓最大值也是36V，經過實驗，Vs電壓應該比Vss電壓高，否則有時會出現失控現象。表1是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關系。表1 引腳和輸出引腳的邏輯關系EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4）電機運行情況H H L 正轉H L H 反轉H 同IN2（IN4）同IN1（IN3）快速停止L X X 停止L293D可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉，停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。調試時在依照上表，用程序輸入對應的碼值，能夠實現對應的動作，調試通過。3)尋找光源功能方案一：在小車前面裝上幾個光電開關，通過不同方向射來的光使光電開關工作，從而對小車行駛方向進行控制，根據光電開關特性，只有當光達到一定強度時才能夠導通，因此帶有一定的局限性。方案二：在小車前面裝上參數一致的光敏二極管或者光敏電阻，再通過A/D轉換電路轉換成數字量送入單片機，單片機再對讀入的幾路數據進行存儲、比較，然后發出命令對外圍進操作。對方案一、二進行比較，方案二硬件稍為復雜，但能夠對不同強度的光進行采集以及比較，操作靈活，所以采用方案二。尋找光源電路圖如圖7所示。圖7 尋找光源電路圖3)顯示部分方案一：采用LCD顯示，用單片機可實現顯示數據，但顯示亮度和字體大小在演示時不盡人意，價格也比較昂貴。方案二：采用LED七段數碼管，采用經典電路譯碼和驅動，電路結構簡單，并且可以實現單片機I/O口的并用，顯示效果直觀，明亮，調試容易。故采用LED數碼管顯示。4)顯示電路如圖8所示。圖8 顯示電路 1)單片機最小系統組成單片機系統是整個智能系統的核心部分，它對各路傳感信號的采集、處理、分析及對各部分整體調整。主要是組成是：單片機AT89S5模數轉換芯片ADC080小車驅動系統芯片L293D、數碼管顯示的譯碼芯片74LS474LS138及各路的傳感器件。2)避障原理采用紅外線避障方法，利用一管發射另一管接收，接收管對外界紅外線的接收強弱來判斷障礙物的遠近，由于紅外線受外界可見光的影響較大，因此用250Hz的信號對38KHz的載波進行調制，這樣減少外界的一些干擾。接收管輸出TTL電平，有利于單片機對信號的處理。3)計程原理通過計算車輪的轉數間接測量距離，在車輪均勻打上透光小孔，當車輪轉動時，紅外光透射過去，不斷地輸出脈沖，通過單片機對脈沖計數，再經過一個數據的處理過程，這樣就可把小車走過的距離計算出來。4)黑帶檢測原理利用光的反射原理，當光線照射在白紙上，反射量比較大，反之，照在黑色物體上，由于黑色對光的吸收，反射回去的量比較少，這樣就可以判斷黑帶軌道的走向。由于各路傳感器會對單片機產生一定的干擾，使信號發生錯誤。因此，采用一級射極輸出方式對信號進行隔離，這樣系統對信號的判斷就比較準確。用單片機定時器T0產生38KHz的方波，再用定時器T1產生250Hz的方波對38KHz方波進行調制。為了提高小車反應靈敏度，對紅外線接收信號及黑帶檢測信號都采用中斷法來處理。用定時方法對鐵片檢測、計量路程、倒車、拐彎及數碼管動態掃描進行處理。主程序流程圖見圖9，各子程序圖見圖圖1圖12。圖9 主程序流程圖圖 10 外部中斷0服務子程序圖 11 外部中斷1服務子程序圖12 定時器1中斷子程序6．調試及性能分析整機焊接完畢，首先對硬件進行檢查聯線有無錯誤，再逐步對各模塊進行調試。首先寫入電機控制小程序，控制其正反轉，停機均正常。加入避障子程序，小車運轉正常，調整靈敏度達最佳效果。加入顯示時間子程序，顯示正常。鐵片檢測依靠接近開關，對檢測信號進行處理并實時顯示和發出聲光信息，無異常狀況。路程顯示部分是對霍爾管脈沖進行計數，為了盡量達到精確，車輪加裝小磁片。接著對黑帶檢測模塊調試，發現有時小車會跑出黑帶，經判斷是因為紅外線收發對管靈敏度不高，調整靈敏度后仍然達不到滿意效果，疑是受環境光影響，利用塑料套包圍紅外線收發后問題解決。趨光電路主要由三個光敏電阻構成，調整三個光敏電阻的角度同時測試軟件，以最佳效果完成趨光功能。整機綜合調試，上電后對系統進行初始化，接著控制電機使小車向前行駛，突然發現系統即刻進入外部中斷1，重復多次測試，結果都是自動進入該中斷。推斷是由剛上電時電機起動所引起，為了避免上電瞬間的影響，在啟動小車后延時幾毫秒，再開外部中斷，結果問題解決。允許的話應采用雙電源供電，即電機和電路應分開供電，L293D與單片機之間采用隔離信號控制。這樣就不會出現小車啟動時程序出錯和數碼管顯示閃動的問題。在計程精度上，可用紅外線原理獲得較高精度。7．結論通過各種方案的討論及嘗試，再經過多次的整體軟硬件結合調試，不斷地對系統進行優化，智能小車能夠完成各項功能到達車庫。8．參考文獻《單片機應用技術》 《周立功單片機》 《單片機原理與應用》《8051單片機程序設計與實例》 《MCS51單片機實驗指導》第五篇：基于單片機的智能跟隨小車的設計與實現基于單片機的智能跟隨小車的設計與實現【摘要】本文設計了一種能夠通過傳感器實時采集信號、智能分析周圍環境以及路徑信息、自動控制方向等功能的智能小車。小車以STC89c52單片機控制為核心，利用車前三個反射式紅外發射―接收探頭檢測周圍信息，以及利用光電傳感器檢測前方物體，并將檢測信號反饋給單片機，實現小車的避障和跟隨功能。基于STC89C52單片機的智能小車系統結構簡單，性價比高，易于推廣和移植，具有廣闊的應用前景。【關鍵詞】STC89C52；避障；跟隨；光電傳感器引言隨著科技的發展和人民生活水平的提高，越來越多的智能車得到普及普及，和傳統汽相比，智能小車具有更好的安全性，機動性和廣泛的應用性。智能小車，也就是輪式機器的智能化成果，是一種集傳感器應用，智能芯片控制，驅動控制的高科技創意性設計。智能小車的功能是對指定的目標物進行跟蹤和實時的躲避障礙物，這是他與其他小車最大的區別也是最大的一個特點。小車通過紅外傳感器對目標物體進行實時識別和跟蹤，并且及時的躲避障礙物，具有靈敏性好，智能化程度高的特點。如果把它用在超市，將會極大地方便人們的生活。如果用在商城和機場，人們也不用提著沉重的行李箱滿地跑了。總體方案設計智能小車總體設計內容：一是STC89C52芯片控制電路的設計；二是驅動電路的設計；三是光電傳感器電路的設計；四是避障系統的設計；五是電源穩壓電路的設計；六是硬件的焊接組裝；七是軟件的編程調試。小車總共分為5個部分，以單片機為核心的主控模塊，電源模塊，紅外傳感模塊，驅動模塊，避障模塊。具體工作原理是：紅外傳感器在預設距離內檢測前方是否有目標物體，如果有則自動進行跟隨。同時，紅外光電對管檢測前方障礙物，當檢測到前方有障礙物并且小于預設值時將把信息發回給單片機，控制驅動電路讓車輪停止轉動并后退繞過障礙物繼續跟隨。系統的硬件設計主控模塊通過單片機利用程序來精確控制小車的運動，從而實現對小車的自動控制。STC89C52單片機具有控制簡單、方便、快捷等優點，因此我們采用STC89C52單片機作為控制芯片。本設計所采用的傳感器是集發射與接收為一體的光電傳感器，具有很多其他傳感器所沒有的特性比如發射機距離遠，抗干擾能力強，結構簡單，可調節等優良的特點[1]。紅外傳感器是利用物體對近紅外線光束的反射原理，由同步回路感應反射回來的光，據其強弱來檢測物體的存在與否。通過有無信號來輸出高低電平，然后把信號送給單片機處理，實現實時跟隨的功能。紅外探測法是避障模塊所使用的方法，就是利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同反射性質的特點來進行避障[2]。由于紅外光遇到白光的時候會發生漫反射，光電傳感器就可以不斷向外發射紅外光，接收管就能接收到反射回來的信號，然后發送到單片機。若遇到黑色的物體將不會接收到信號而檢測到障礙物進而啟動躲避系統。傳感器模塊原理圖如圖2所示。驅動模塊采用L298N驅動芯片，總共有四路輸入，四路輸出。INX均接單片機的P1口，IN1和IN3口控制輪子正轉，IN2和IN4口控制輪子逆轉，通過調節輸入信號的占空比來調節小車輪子轉動的速度。當小車左側遇到障礙物時，驅動電路控制右側輪子不動，左側輪子加速轉動，進行右轉；當小車右側遇到障礙物時，情況正好相反；當小車前方遇到障礙物時，驅動電路控制輪子停止，然后反轉后退，繞過障礙物繼續前進。電源供電模塊，使用的是直流穩壓[3]電源，輸入的是直流+12V電壓，運用三線穩壓器件7805，輸出+5V直流電壓。電源部分電路設計簡單方便，同時也充分發揮了穩壓器保護電路的作用。系統的軟件設計軟件設計部分決定了智能小車能否實現其跟隨和避障的功能，是本次設計的關鍵部分。小車程序分為以下三部分：主程序部分，跟隨和避障程序部分，驅動程序部分[4]。主程序流程圖如圖3所示。仿真測試基于PROTEUS仿真軟件，我們設計了智能跟隨小車控制電路的仿真圖，如圖4所示。由于PROTEUS軟件中沒有紅外傳感器，所以我們用從上到下編號16的六個開關代替傳感器，來實現探測目標的功能[5]。圖中四個電機的轉動方向代表四個輪子的轉動方向，同時速度的快慢也可以從圖中顯示出來。首先，閉合開關3，表示發現目標物體，四個輪子正轉，并且加速前進，閉合開關4，表示遇到障礙物，輪子停止轉動并且反向轉動直到障礙物離開檢測范圍。斷開開關4，閉合開關5，表示目標物體向左移動，此時左側輪子停止轉動，右側輪子正轉并且加速轉動，當小車右側出現目標物是動作與之相反。閉合開關6，表示左側有障礙物，這時右側輪子不動，左側輪子正轉，實現向右轉向的目的。當小車右側出現障礙物時動作與之相反。系統調試先進行硬件調試，通過仿真好的電路圖[6]，用萬用表檢測已經焊好的電路板上每一個節點是否有短路、斷路和接觸不良的情況，看各個節點電壓是否正常。當硬件調試沒有問題，完成了以后進行軟件調試，通過修改各個接口對應的程序進行調試，最終完成軟件的修改，達到了預期的效果。結束語本次項目設計非常成功，通過老師的指導和我們的團隊合作，小車很好了實現了其跟隨和避障的功能效果。最然在開始我們對這個項目沒有任何的頭緒，但是經過我們共同的努力成功完成了這個作品，每一個人都感到了團隊合作的艱辛和成功后的喜悅。通過實驗測試智能跟隨小車的靈敏性，效果良好，能夠很好的按照預期完成指定動作，并且運行穩定。參考文獻[1]周繼明，[M].長沙：中南大學出版社，2005.[2]馮博琴，[M].北京：清華大學出版社，2011.[3]余錫存，[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007.[4] 的8051單片機的實例教程[M].北京：電子工業出版社，2008.[5]++面向對象程序設計[M].清華大學出版社，2006.[6]周潤景，[M].北京：電子工業出版社，2009.[7][M].北京：北京航空航天大學出版社，張文霞，女，1982年生，鄂爾多斯市人，在讀博士，講師，工作于內蒙古大學鄂爾多斯學院，研究方向為圖像處理及模式識別。