红外避障小车设计毕业设计Word格式.docx
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电机驱动电路---------------------------------------------------------------9
主程序设计--------------------------------------------------------------------12
小结-----------------------------------------------------------------------------23
参考文献-----------------------------------------------------------------------23
1.【摘要】:
本文提出一种智能避障小车的设计方法,利用红外技术检测障碍物信息,采用AT89S51单片机进行实时控制,实现智能避障,智能小车采用后轮驱动,两轮各用一个直流电机控制,避障用的传感器采用红外漫反射式传感器。
【关键词】:
避障光电开关差分控制LCD
2.功能概述
智能小车采用前轮驱动,前轮左右两边各用一个电机驱动,分别控制两个轮子的转动从而达到转向的目的,后轮是万向轮,起支撑的作用。
将三个红外线光电传感器分别装在车体的左中右,当车的左边的传感器检测到障碍物时,主控芯片控制右轮电机停止左轮转动,车向右方转向,当车的右边传感器检测到障碍物时,主控芯片控制左轮电机停止转动,车向左方转向,当前面有障碍物时规定车右转。
于此同时测定速度并显示,在避障小车前进的同时从LCD点阵液晶显示器上显示小车当时速度。
在小车左转或右转时在显示器上显示出左或右。
3.硬件设计
如下图所示,是本次设计智能小车的电路框图。
以AT89S51为电路的中央处理器,来处理传感器采集来的数据,处理完毕之后以便去控制电机驱动电路来驱动电机。
电源部分是为整个电路模块提供电源,以便能正常工作。
4.避障电路
(1)
障碍物探测方案的选择
方案一:
脉冲调制的反射式红外线发射接受器。
由于采用该有交流分量的调制信号,则可大幅度减少外界干扰;
另外红外线接受官的最大工作电流取决于平均电流。
如果采用占空比小的调制信号,再品均电流不变的情况下,顺势电流很大(50—100mA),则大大提高了信噪比。
并且其反应灵敏,外围电路也很简单。
它的优点是消除了外界光线的干扰提高了灵敏度。
方案二:
采用超声波传感器,如果传感器接收到反射的超声波,则通知单片机前方有障碍物,如则通知单片机可以向前行驶。
市场上很多红外光电探头也都是基于这个原理。
这样不但能准确完成测量,而且能避免电路的复杂性
由以上两种方案比较可知。
方案二要比方案一优势大,市场上很多红外观点探头也都基于这个原理。
其电路简单,工作可靠,性能比较稳定。
从而避免了电路的复杂性,因此我先用方案二作为小车的监测系统。
避障电路采用漫反射式光电开关进行避障。
光电开关是集发射头和接收头于一体的检测开关,其工作原理是根据发射头发出的光束,被障碍物反射,接收头据此做出判断是否有障碍物。
当有光线反射回来时,输出低电平;
当没有光线反射回来时,输出高电平。
单片机根据接收头电平的高低做出相应控制,避免小车碰到障碍物,由于接收管输出TTL电平,有利于单片机对信号的处理。
光电开关工作原理:
光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。
光电开关在一般情况下,有三部分构成,它们分为:
发送器、接收器和检测电路。
避障电路如下:
避障电路功能表:
传感器
避障电路输出(上升沿动作)
待执行命令
左
中
右
左转信号(P2.1)
右转信号(P2.0)
√
右转
1
左转
前进
注解(“0”表示有障碍物;
“1”表示无障碍物)
4.单片机电路
本设计的主控芯片选择AT89S51,负责检测传感器的状态并向电机驱动电路发出动作命令。
复位电路采用手动复位。
单片机电路如下:
5.电机转速控制电路
由555时基电路构成多谐振荡器提供一个PWM信号,通过控制该信号的占空比来实现电机调速。
阻容元件的取值初步定为图中所示。
多谐振荡器如下:
其中占空比:
q=(R1+Rx1)/(R1+R2+Rx)
周期:
T=(R1+R2+Rx)Cln2
6.电源电路
本系统所有芯片都需要+5V的工作电压,而干电池只能提供的电压为1.5V的倍数的电压,并且随着使用时间的延长,其电压会逐渐下降,则需要LM7805稳压芯片。
L7805能提供300至500mA的电流,足以满足芯片供电的要求。
虽然微处理器和微控制器不需要支持电路,功耗也很低,但必须要加以考虑。
电源电路拟定为:
7.电机驱动电路
市场上用很多种类的小电压直流电动机,很方便的选择到。
主要有普通电动机、和步进电动机。
采用步进电机,步进电动机的一个显著的特点就是具有快速启动和停止能力,能够达到我们所要求的标准。
如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值,就能够立即是步进电机启动或反转。
其转换灵敏度比较高。
正转、反转控制灵活。
但是步进电机的价格比较昂贵,对于我们的现状相差太远。
采用普通的直流电机。
直流电机具有优良的调速特性,调速平滑、方便。
调整范围广;
过载能力强,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无极快速启动、制动和反转。
能满足各种不容的特殊运行要求。
由于普通直流电机价格适宜,更易于购买,并且电路相对简单,因此采用直流电机作为动力源
本设计采用差分放大驱动使电机正反转从而做到前进,左转右转。
采用四个大功率晶体管组成H桥式电路,四个大功率晶体管分为两组,交替导通和截止,用单片机控制使之工作在开关状态,进而控制电机的运行。
该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下,效率非常高,并且大功率晶体管开关的速度很快,稳定性也极强,是一种广泛采用的电路。
采用与门对两电机进行选择控制,从而实现前进、左转、右转。
驱动电路原路框图如下:
电路图如下:
注释:
将圆盘12等分半径2CM,周长4*pi.用程序设定1S内采集到的脉冲数可以转化为速度。
单位时间内前进距离为S,则:
速度V大小为S。
驱动状态表:
注解:
(“0”代表低电平“1”代表高电平)
电机驱动电路功能表
输入
小车状态
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
停止
8. 主程序流程图
源程序:
RSBITP2.2
RWBITP2.3
EBITP2.4
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0030H
MAIN:
MOVP2,#0FFH
MOVP1,#1FH;
MOVTMOD,#10H
MOVR1,#0C8H
SETBTR1
TIME:
MOVTH1,#0D8H
MOVTL1,#0F0H
JNBTF1,$
DJNZR1,TIME
CLRTR1
MOVR7,#00H;
脉冲个数
MOVR1,#64H
MOVTMOD,#10H
SETBTR1
LOOP6:
MOVTH1,#08H
MOVTL0,#0F0H
NEXT:
MOVC,0
JBTF1,LOOP7;
判断TF1是否溢出
ORLC,P3.4
JNCLOOP6;
判断C是否为1
INCR7;
1S内出现的脉冲个数
JBTF1,LOOP7
SJMPNEXT
LOOP7:
DJNZR1,LOOP6
CLRTR1
CLRC
MOVA,R7;
脉冲个数乘以2
ADDCA,R7
MOVR7,A
MOVA,#01H;
一个码格的弧长
MOVB,R7
MULAB;
计算总弧长
DAA;
十进制调整
MOVR5,A
MOVA,B;
B的值给A
JNCLOOP8;
判断十进制调整是CY有没有被置1
INCA
CLRC
LOOP8:
MOVR6,A
JNCLOOP9
INC70H;
十进制调整如果CY被置1,70H赋值1
LOOP9:
MOVA,R6;
解释R6,R5分别表示总长的高位和低位
ANLA,#0F0H;
取R6的高四位,赋给71H