基于单片机的红外线小车解析.docx
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基于单片机的红外线小车解析
基于单片机的红外线迷宫小车
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姓名
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摘要
随着电子、信息技术的应用与迅速普及，人们对电子技术的要求越来越高。
迷宫小车的出现为今后能够更好地使用机器人来代替人工活动垫定了扎实的基础。
经过完善的迷宫小车将可以广泛用于军事排雷、火灾现场的救灾抢险、有害气体中毒的抢救等活动中。
然而，目前存在的一些迷宫车主要还是停留在人工远程控制阶段，真正稳定完备，并能实现自主学习的智能小车还有待继续研发。
本课题设计了一个基于单片机控制的迷宫小车系统，该系统采用STC89S51单片机为主控制核心，实现信号采集，路线判断，以控制小车的运动；循迹防撞电路采用红外发射接收电路，通过红外发射管一直发射红外线，当接收管接收到信号后，证明遇到障碍物，单片机就会做出相应指示，指示驱动电路让电机驱动小车退后。
驱动电路：
小车中驱动电路采用L9110电机驱动，单片机发送信号给L9110，然后L9110控制小车正反转
关键词：
迷宫小车；单片机；传感器
目录
摘要i
第1章绪论3
1.1课题背景3
1.2国内外发展状况3
第2章系统总体设计4
2.1系统方案的选择4
2.1.1迷宫小车的系统方案4
2.1.2传感器的选择与比较4
2.1.3车体的选择与比较4
2.1.4前进路径与返回路径的最优选择4
2.1.5传感器个数的比较与选择5
2．2系统总体设计5
第三章小车的硬件设计6
3.1硬件选型6
3.1.1机械部分6
3.1.2单片机部分7
3.1.3电路部分9
3.1.4驱动电路10
3.2系统硬件结构电路图12
第四章迷宫小车的软件设计13
4.1系统软件结构框图13
参考文献14
第1章绪论
1.1课题背景
随着电子、信息技术的应用与迅速普及，人们对电子技术的要求越来越高。
迷宫小车的出现为今后能够更好地使用机器人来代替人工活动垫定了扎实的基础。
经过完善的迷宫小车将可以广泛用于军事排雷、火灾现场的救灾抢险、有害气体中毒的抢救等活动中。
然而，目前存在的一些迷宫车主要还是停留在人工远程控制阶段，真正稳定完备，并能实现自主学习的智能小车还有待继续研发。
1.2国内外发展状况
智能迷宫小车也可以称为智能迷宫机器人，既然是智能机器人，那么就应当具备以下几个特征功能：
识别，处理，执行，学习。
目前全世界各国所举办的大大小小关于机器人的比赛C数不胜数，其中的宗旨是一致的都是为了培养创新精神，激发思维想象力，并估计理论与实践相结合。
在我国高校的机器人比赛中，最为广泛的是“飞思卡尔”杯大学生智能车竞赛，该比赛充分的利用学生的各方面知识，并要求将其运用至切实的实践中，极好的诠释了上述的机器人比赛宗旨。
正因目前的机器人发展越来越迅速，越来越多智能机器人产品或已经或正在投入到农业、工业的生产当中，代替人工劳作。
同样，在抢险救、军事活动中，智能迷宫机器人也可以达到同样的功效
第2章系统总体设计
2.1系统方案的选择
2.1.1迷宫小车的系统方案
本迷宫小车选用8位89C51单片机为控制器，通过4个红外光电传感器TCRT5000对信号进行采集，采集到的信号经比较器LM358处理后传给89C51单片机，经单片机处理后，发出控制命令给L9110，驱动2台直流电动机进行相应的动作。
2.1.2传感器的选择与比较
红外对管可以智能识别黑与白两种颜色由于现场条件，并不能对其造成干扰，而且其反应速度快，响应时间短，故此，我们选用红外对管传感器。
2.1.3车体的选择与比较
采用三轮小车，前面两轮由两个电机分别控制，用其速度差来实现转弯与调整，后前轮为万向轮，用来维持小车的平衡。
2.1.4前进路径与返回路径的最优选择
由于小车需要避开障碍物到终点，故小车应能识别迷宫的路况，我们给小车加上了识别路口程序，并且让小车按照右手原则前进，在每个路口处让小车记录出所走过的路况，并且记忆，以便于小车可以快速到达终点。
2.1.5传感器个数的比较与选择
总4个传感器，其中两个传感器用来检测小车是否偏离轨迹，另外三个传感器用来检测小车是否遇到路口（前方.左方及右方各一个），还有一个传感器配合前方的传感器来检测终点。
小，可分为小功率，中功率，大功率三种。
另外，红外发光二极管除顶面发光型外，还有侧面发光型。
小功率管一般采用全塑封装，也有部分是采用陶瓷底座，顶端用玻璃或环氧树脂透镜封装的，中大功率管一般采用带螺纹金属底座，以便安装散热片。
随着发光功率得提高，相应体积的管子也增大。
2．2系统总体设计
2．2．1智能迷宫小车总体设计方案
该智能迷宫车是由光电传感器模块、单片机控制模块、电机模块、组成的。
迷宫小车采用的是由一个万向轮作为前轮，以及两个直流电机驱动轮作为后轮的结构形式组成的三轮车。
该车的特点就是灵活，通过后侧两个驱动轮的差速转动实现小车的转向。
两电机以相同速度同方向运转时，小车为前进；以相反方向运转时，小车实现绕车体中心自转，十分灵活。
2．2．2智能迷宫小车控制电路的设计
智能迷宫小车控制电路如图2—1所示
图2--1系统控制流程图
该循迹防撞电路采用红外发射接收电路，通过红外发射管一直发射红外线，当接收管接收到信号后，证明遇到障碍物，单片机就会做出相应指示，指示驱动电路让电机驱动小车退后。
驱动电路小车中驱动电路采用L9110电机驱动，单片机发送信号给L9110，然后L9110控制小车正反转。
第三章小车的硬件设计
3.1硬件选型
3.1.1机械部分
制作工具及材料，镊子、电烙铁、焊锡丝、松香、斜口钳、十字螺丝刀、多用表、连接线等
图3—1变速器模型及清单
取二个电动机反向放置在左右变速箱侧板内的专用位置，一上一下分别将电动机塑壳的对应凸嵌入变速箱的对应打孔。
而轴端穿过对应圆孔直至电动机金属圆凸嵌进圆孔
3.1.2单片机部分
本机选用STC89C51单片机作为主控制器。
一下为它的引脚图：
表3—1脚位说明
脚号
名称
管脚位号
名称
管脚位号
名称
管脚位号
名称
1
复位
6
P3.2
11
P3.7
16
P1.4
2
INT/RXT/P3.0接收端
7
P3.3
12
P1.0
17
P1.5
3
TXT/P3.1数据发射端
8
P34
13
P1.1
18
P1.6
4
XTAL2外部晶振2介入
9
P3.5
14
P1.2
19
P1.7
5
XTAL1
外部晶振1接收
10
GND接地
15
P1.3
20
VCC电源
它为单时钟机器周期的单片机，是一款低功耗/高速/超强抗干扰的的新一代8051单片机，内部集成高可靠复位电路。
运行电压：
高电压芯片5V、低电压芯片3V运行频率：
最高频率为35Mhz时钟：
外部晶振或内部RC震荡器可选，在用户下载程序时设置。
芯片内EEPPOM功能，擦写次数10万次以上低功耗设计：
空闲模式（可由任意一个中断唤醒）低功耗设计：
掉电模式（可由外部中断唤醒），可支持下降沿/上升沿和远程唤醒1280字节片内RAM数据存储器8通道，10位高速ADC，速度可达25万次以上硬件看门狗
全双工异步串行通信端口。
3.1.3电路部分
下面为它的电路板：
图3—2小车电路板
这个图是小车电路部分的PCB板,表3—2为其元件清单和元件的封装号
表3—2元件清单
位号
名称
位号
名称
位号
名称
LBR1
10k电位器
D1
1N4007
S1
开关
LBR2
10k电位器
D2
红色LED
R1
1k
LBR3
10k电位器
M1
左电机接口
RP1
200四位排阻
LBR4
10k电位器
M2
右电机接口
RP2
10k四位排阻
RP-1
10k八位排阻
L1
L9110
L2
L9110
D3
发射管
D4
发射管
D5
发射管
D6
发射管
D7
接收管
D8
接收管
D9
接收管
D10
接收管
C5
10uf
循迹防撞电路采用红外发射接收电路，通过红外发射管一直发射红外线，当接收管接收到信号后，证明遇到障碍物，单片机就会做出相应指示，指示驱动电路让电机驱动小车退后。
3.1.4驱动电路
小车中驱动电路采用L9110电机驱动，单片机发送信号给L9110，然后L9110控制小车正反转。
小车中驱动电路采用L9110电机驱动，单片机发送信号给L9110，然后L9110控制小车正反转。
以下为它的一些特性：
▶低静态工作电流；
▶宽电源电压范围：
2.5V-12V
▶每通道具有800mA连续电流输出能力；
▶较低的饱和压降；
▶TTL/CMOS输出电平兼容，可直接连CPU;
▶输出内置钳位二极管，适合于感性负载；
▶控制和驱动集成于单片IC之中；
▶具备管脚高压保护功能；
▶工作温度：
0℃-80℃。
图3—3L9110具体情况
L9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。
该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输入端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750~800mA的持续电流，峰值电流能力可达到1.5~2.0A；同时它具有较低的输出饱和压降：
内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。
L9110被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路中。
3.2系统硬件结构电路图
全部硬件结构电路图如下图所示
图3—4硬件电路结构图
该循迹防撞电路采用红外发射接收电路，通过红外发射管一直发射红外线，当接收管接收到信号后，证明遇到障碍物，单片机就会做出相应指示，指示驱动电路让电机驱动小车退后。
驱动电路小车中驱动电路采用L9110电机驱动，单片机发送信号给L9110，然后L9110控制小车正反转。
第四章迷宫小车的软件设计
4.1系统软件结构框图
图4—1软件结构图
小车分别有小车后退的函数,让小车前进的函数,下车停止的函数,小车右转弯的函数.小车左转弯的函数如果左边的传感器遇到障碍物就右转（修改you（20）括号里面的时间就可以修改右转的时间数字越大转的时间越长）如果右边的传感器遇到障碍物就左转
（修改zuo（20）括号里面的时间就可以修改左转的时间数字越大转的时间越长）如果左上角的传感器遇到障碍物就先后退再右转（修改hou（20）括号里面的时间就可以修改后退的时间）如果右上角的传感器遇到障碍物就先后退再左转（修改hou（20）括号里面的时间就可以修改后退的时间）
结论
通过这次实习设计使我懂得了理论与实际相结合的重要，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
设计的过程中遇到的各种问题，也让我意识到自己的不足。
由于时间的限定，再加上本人水平有限，红外测距仪尚存在不足之处，测量精度不够高，受外界光线影响较大，并没有达到老师所期望的指标。
转眼间一个月的期限已近在眼前，翻看一下自己的实习日记，一路走来，从最开始的好奇，到枯燥，到绝望，再到出成果的欣喜，虽然很辛苦，但总算是自己通过自己的努力第一次真正意义上的做出来了一件东西，所受的苦，也值了。
这一个月的实习经历对我来说是十分宝贵的，通过一个月的努力，终于顺利完成了以前从未完成过的事情，让我明白了科研过程的艰辛，虽然枯燥，但必须带着严谨而又坚持的态度，脚踏实地，一步一个脚印的走，才可能走向成功。
同时也证明了自己大学的理论知识没有白学，虽然成果很小，但我相信，自己已经不是那个什么都不会做的学生了。
感谢学校给了我这次历练自己的机会，感谢老师的严格要求，感谢同学的热心帮助，陪我渡过了这段苦中有甜的日子。
参考文献
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清华大学出版社,1992
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[7]王建华，逢玉台.MAX7219原理及其应用[J].电子技术，2003，12：
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[8]宗光华等编著《机器人的创意设计与实践》[M].北京航空航天大学出版社2004
[9]王建华，逢玉台.MAX7219原理及其应用[J].电子技术，2003，12：
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[10]刘秋艳，刘景文，胥宝萍.Protel99SE电路设计[M].北京：
中国铁道出版社，2005，7
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