基于51單片機(jī)的紅外避障自動(dòng)車的實(shí)現(xiàn)

作者：時(shí)間：2012-09-18 來源：網(wǎng)絡(luò)

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最近學(xué)校放假三天，于是有了大段的時(shí)間，參考了自己學(xué)過的單片機(jī)，模電等知識(shí)，決定開始第一個(gè)正式電子制作——《基于51單片機(jī)的紅外避障自動(dòng)車的實(shí)現(xiàn)》。最終獲得了成功，整車調(diào)試達(dá)到了理想效果，實(shí)現(xiàn)了紅外避障功能。視頻以上傳到優(yōu)酷網(wǎng)，視頻地址http://v.youku.com/v_show/id_XMTYzNDc4MjA4.html歡迎大家觀看，探討，提出意見和建議。

下面是一些基本資料：

—————————————————————小車參數(shù)——————————————————————————

障礙檢測方式：紅外探測（探測模塊功耗7mA）

車模幾何尺寸：149 x 102 x 59 （mm）

車模輪距：120 （mm）

測障精度：75 cm

電源系統(tǒng)：4 x 1.5 v 干電池/4 x 1.2 v 充電電池及其穩(wěn)壓輸出

電機(jī)：直流減速電機(jī)，1~12V工作電壓，傳動(dòng)比：71.2:1

主控芯片：STC89C52MCU

其他芯片：LM7806 LM7805 STC11F01等

—————————————————————小組資料——————————————————————————

小組成員：

王太杰：0804211班，擅長于硬件，焊接技術(shù)強(qiáng)，硬件知識(shí)充足，在本次制作中負(fù)責(zé)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分建與調(diào)試。

孫學(xué)軍：0904211班，擅長于編程，C語言功底扎實(shí)，思路開闊，在本次制作中負(fù)責(zé)程序驅(qū)動(dòng)部分程序調(diào)試。

李相華：0804211班，在本次制作中負(fù)責(zé)電源部分。

小組優(yōu)勢：

硬件與程序搭配協(xié)調(diào)，每人負(fù)責(zé)各自模塊，只提供最終模塊接口，使隊(duì)友不必關(guān)注對(duì)方模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只需將接口連接完成即可，大大減少了每人負(fù)責(zé)的內(nèi)容，提高了效率。

—————————————————————制作流程與時(shí)間———————————————————————

2010年4月3日（周六）:

小組成員對(duì)各模塊電路進(jìn)行了選擇、優(yōu)化，并進(jìn)行了電路搭建、焊接，各模塊調(diào)試，確定模塊交互接口；主控程序思路成型，并編寫了測試程序，對(duì)軟硬件進(jìn)行了測試。最后各模塊交互，整體調(diào)試，主程序確定及細(xì)節(jié)敲定。

2010年4月4日（周日）:

模塊交互，整體調(diào)試，主控程序細(xì)節(jié)修改；經(jīng)布局后各硬件模塊轉(zhuǎn)移至車體，最終焊接，整車成型。主控程序下載，調(diào)試，最終成功。

—————————————技術(shù)資料———————————————————

設(shè)計(jì)思路：

為便節(jié)省電機(jī)數(shù)量和電路復(fù)雜程度，紅外避障小車（以下簡稱小車）采用前輪主動(dòng)，后輪從動(dòng)原理。前輪采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用差速法實(shí)現(xiàn)車身轉(zhuǎn)向。

檢測部分利用紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光，遇障礙物后經(jīng)反射被紅外接受管接收，產(chǎn)生電平轉(zhuǎn)換，利用單片機(jī)I/O口檢測紅外檢測模塊電平輸出，以此判斷前方障礙物有無，檢測到障礙物后，經(jīng)單片機(jī)I/O口控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路輸出不同電壓，產(chǎn)生差速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，最終以達(dá)到避障的目標(biāo)。

電源模塊：

考慮到小車行駛的靈活性，我們拋棄了采用交流電的方案。在制作調(diào)試過程中，我們采取了4節(jié)1.5V5號(hào)南孚電池，經(jīng)電池盒串聯(lián)后可獲得5.9~6.5V穩(wěn)定電壓輸出，直接給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路供電。但考慮到51單片機(jī)工作電壓為4.5V~5.5V，且其對(duì)工作電壓要求比較嚴(yán)格。對(duì)此，我們?cè)O(shè)想采取基于LM7805穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓芯片輸出5V恒定電壓。電源電路圖見附件，由于在制作中手頭只有一片LM7806，于是我們?cè)谳敵龆舜?lián)了一個(gè)IN4007二極管，產(chǎn)生0.7V壓降，最終獲得5.2V~5.3V穩(wěn)定電壓輸出，給單片機(jī)供電。以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

在最終整車成型時(shí)我們采用了5V穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓，原因有二：一是降低了電源電路功耗，二是降低了制作成本?？紤]到一次性干電池的不可利用性，我們?cè)谡嚦尚蜁r(shí)采用了4節(jié)可充電電池經(jīng)電池盒串聯(lián)的方案，以降低后續(xù)制作成本。考慮到電壓輸出端的單一性，我們考慮采用10V穩(wěn)壓管另做一路電源輸出，為電機(jī)提供工作電壓，在一定程度上可提高電機(jī)功率，提高整車運(yùn)行速度。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：

考慮到電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成芯片的價(jià)格比較高（18~30元/片），我們舍棄了采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)的方案，轉(zhuǎn)而尋求分立元件模擬電路驅(qū)動(dòng)，經(jīng)最終選擇我們采取了利用雙三極管控制開關(guān)電路，利用三極管的反應(yīng)靈敏性，并將其一端接在MCU的I/O口上，可以通過控制I/O口輸出0、1脈沖數(shù)量比來控制三極管開關(guān)，以達(dá)到控制輸出電壓的目的。驅(qū)動(dòng)電路圖見附件。

主控程序：

為了降低程序復(fù)雜性，我們使用了3個(gè)I/O口，一個(gè)I/O口用來接收紅外部分電平轉(zhuǎn)換，檢測障礙物，另外兩個(gè)I/O口端接電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，用程序使其產(chǎn)生0、1脈沖數(shù)量比來控制驅(qū)動(dòng)電路開關(guān)。最終實(shí)現(xiàn)速度差以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向避障。

主控程序如下：
/* *****************************
程序開發(fā)環(huán)境Keil uVision3
語言：C
編寫者：孫學(xué)軍
時(shí)間：2010/04/04
***************************** */

/* *****************************
主程序及注釋如下：

***************************** */
#includereg52.h> //添加函數(shù)庫
#define uint unsigned int //宏定義
#define uchar unsigned char //宏定義
sbit s=P3^5; 　　　　 //定義紅外避障檢測端口
sbit m1=P3^4; 　　　 //定義電機(jī)M1電平輸出端口
sbit m2=P3^6; 　　　 //定義電機(jī)M2電平輸出端口
void delay_ms(uint z); //聲明延時(shí)函數(shù)

main() 　　　　　　　 //主函數(shù)
{
uint i=0; 　　　　　　//初始值設(shè)定
m1=1;
m2=1;
while(1) 　　　　　　 //無限循環(huán)
{
if(s==0) 　　　　 //S=0表示前方有障礙物進(jìn)行轉(zhuǎn)向
{
for(i=0;i5;i++)
{
m1=0;
m2=1;
delay_ms(15);　　　　//狀態(tài)保持15ms
m1=1;
m2=1;
delay_ms(5);　　　　//狀態(tài)保持5ms
}
}
if(s==1)　　　　 //S=1表示前方無障礙物直線行駛
{
m1=1;
m2=1;
delay_ms(10);　　　　//狀態(tài)保持10ms
}
}
}

void delay_ms(uint z) //延時(shí)函數(shù) 循環(huán)嵌套原理
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}