智能小车.docx
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智能小车
摘要：
本设计以AT89S52单片机为小车的主控芯片，用步进电机作为小车的动力机构，由下位机AT89S52单片机直接控制，用LN298驱动步进步进电机，双机之间采用异步并行通信。
利用超声波检测前方障碍物，并用舵机控制超声波检测方位，红外接近开关探测路面状况。
LCD18624液晶用于显示小车运行状态。
传感器，单片机，步进电机构成一个闭环控制系统，让小车实现自动壁障、避悬功能。
1.1系统方案
根据设计目的整个系统由：
障碍物检测模块即超声波与舵机模块，路面检测模块即红外模块，显示模块，主控器模块，步进电机模块组成。
其中电机模块由包括下位机主控器模块，电机驱动模块及电机组成。
（逻辑电路模块）
图1.1.1小车基本模块方框图
1.1.1超声波模块
选用集成的超声波测距模块，测距范围为3cm-300cm，图1..1.2为超声波控制时序图，先将TRIG引脚送一个10us高电平，然后在接收端口产生一个脉冲，脉冲的宽度即为超声波放送至返回的时间s1，所测距离为
（m）。
本设计中将控制信号发射口接在上位机P1^7，返回信号接收口接在上位机的P1^6端口。
图1.1.2超声波时序图
1.1.2舵机模块
为了能使超声波测距能在前180度范围内测距，选用舵机作为其支架。
本设计采用MG996全金属数字舵机，经测试该舵机实际可调范围约为120度，由于单片机资源速度有限，很难让小车在行进中对前方180度范围内不断扫描并且处理数据，所以在本设计中只用舵机控制三个测距方向即正前方，右前方，左前方。
控制脉冲周期为20ms，三个方向的控制脉宽分别为：
500us、1400us、2500us。
程序设计中用定时器2通过修改定时器的初值来生成控制舵机的方波，利用全局变量实现对舵机方向的实时控制。
1.1.3红外模块
红外模块主要功能是检测路面的平坦状况，只需进行定性测量，故在本设计中采用红外接近开关，实测该模块的最小探测距离为10cm，当探测到距离大于10cm是输出信号端输出TTL高电平。
由于车体速度慢，对实时性要求不高，为了提高人的可控性即软件的可控制性，不直接将输出信号送往硬件逻辑电路，而是让单片机对该信号端口不断扫描，然后将扫描到的数据处理后在送往硬件逻辑电路。
1.1.4显示模块
由于上位机需要不断地处理传感的数据，所以在此设计中不宜采用动态显示模块，选有LCD1624液晶显示模块不需要主控器CPU实时控制，并且显示信息量大，虽然该模块需要占据单片机很多IO口，但采用口线分时利用的方法可以解决模块间口线共用冲突问题。
1.1.5逻辑电路模块
由于52单片机只有两个外部中断源，而传感器有多个，因此利用逻辑电路进行中断资源的扩展。
图1.1.3为逻辑电路图。
图中A1-A2为传感器信号输入端口，即中断信号申请接口，B1-B2为单片机扫描端口。
INT0为上位机外部中断0的端口。
由于车体反应速度远小于传感器的反应速度，加之每次车体位置的调整
图1.1.3外部中断扩展逻辑电路
不可能百分之百到位，传感器信号需要不断申请中断，所以上位机的中断触发方式设置为低电平有效，故上述的逻辑电路设计为四输入或非逻辑结构，只要输入端有一个高电平输出的即为低电平。
由于中断后单片机需要扫描中断申请信号，为了避免单片机本身IO口电平对A1—A2信号的干扰，A1-A2的信号只能单向传递给单片机，所以在A1-A4端口到B1-B4的端口用非门作为信号的缓冲级，起到信号的单向传递作用（手头无光耦原器件数量有限只能如此了）。
1.1.6步进电机及驱动模块
为了提高小车方向的可控性，选用42BYGH801-11六线两相混合式步进电机。
该电机静力矩3800CM.N，定位力矩220G.N。
相电阻30Ω额定，相电流0.4A。
整步步距角1.8度。
电机工作时采用整步双拍工作方式，两个电机正常工作时需提供的额定电流：
，由于电流很大选用LN298驱动芯片。
图1.1.4为驱动电路图。
图中左端为控制信号输入端口，右端接步进电机，由于步进电机需要不断的启停，所以在输入信号端接入4N25光耦器件，进行信号隔离避免电机对下位机造成影响。
图1.1.4LN298步进电机驱动
1.1.6主控器模块
图1.1.5双机主控器电路图
图1.1.5为双机主控器电路，图中左端为上位机，右端为控制电机的下位机。
双机之间采用异步并行通信方式。
上位机P2^1-P2^7口接下位机P0^1-P0^7端口。
上位机WR端口接下位机INT0断口用于中断申请通信，上位机RD端口接下位机TO端口，由于检测下位机是否将上一个指令执行完，T0为1是表示下位机还在执行上位机传给他的指令。
（传感器速度远高于小车的反应速度）
1.2控制流程
1.2.1系统控制流程
图1.2.1系统控制流程图
1.1.2避障路径选择
图1.2.2避障路径选择
1.2.2软件控制流程
图1.2.2上位机主程序流成图
图1.2.3上位机外部中断0程序流程图
图1.2.4下位机主程序
图1.2.5下位机外部中断0服务程序流程图
/******************************************************/
/************************2010-10-25********************/
/*************************TLZ团队**********************/
/**************下位机之步进电机控制程序****************/
/*高四位控制步进电机1即左轮，低四位控制电机2即右轮***/
/*规定:
代码0x99-0x33-0x66-0xcc为正转方向，*********/
/*代码0x99-0xcc-0x66-0x33为反转方向，*********/
/*电机型号--35BGY401-01运行方式--两相四拍运行********/
/*******************************************************/
#include
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
/**************前进后退转向函数（8种）********************/
/***********电机转过的角度=uint*90度（待定）***********/
//voidadvance（uint）;//前进
//voidfall_back（uint）;//后退
//voidturn_right0（uint）;//以轮轴为中心原地右转弯，电机1,2相反运行
//voidturn_right1（uint）;//以右轮为中心向右转弯，左电机运行，右电机停止（左轮前进）
//voidturn_back_left2（uint）;//以右轮为中心向右左转弯，左电机运行，右电机停止（左轮后退）
//voidturn_left0（uint）;//以轮轴为中心原地左转弯，电机1,2相反运行
//voidturn_left1（uint）;//以左轮为中心向左转弯，右电机运行，左电机停止（右轮前进）
//voidturn_back_right2（uint）;//以左轮为中心向右转弯，右电机运行，左电机停止（右轮后退）
/*******************延时函数***************************/
voiddelaytime（void）;
voiddelaytime1（void）;
voiddelaytime2（void）;
/******************全局变量*****************************/
ucharturn=0x33;
uchartemp=0xcc;//中断中的变量，设为全局变量，减少执行中断程序时从进入中断到扫描端口所需的时间
uintg=0x00;
uchartemp1;
uchartemp2;
ucharflag1;
ucharnu=0;
/********************************************************/
sbitRII=P2^7;//红外信号输入端口
sbitLII=P2^6;
sbitOUTR=P2^5;
sbitOUTL=P2^4;//红外信号中转口OUTROUTL分别接上位机P0^0P0^10.
/****@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@******************/
/***************子函数定义******************************/
/****@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@******************/
/************可重入函数********/
/*一个脉冲电机转动1.8度，车轮前进（后退）0.1025cm/
/************前进*************/
voidadvance（uintk）//reentrant
{uintnu=0;
uintd;
for（nu=k;nu>0;nu--）
{for（d=0;d<2;d++）//两个电机同步反转一圈
{P1=0x99;
delaytime（）;
P1=0x33;
delaytime（）;
P1=0x66;
delaytime（）;
P1=0xcc;
delaytime（）;
//P1=0x99;
//delaytime（）;//内层循环2次车轮前进1cm2*5*0.1025=1cm（此两行会造成电机抖动，注意循环，0x99后面又是代码0x99，电机会有停滞不能流畅的运行）
}
}
//P1=0x00;//每次执行完后电机断电但车体有惯性
}
/*************后退*********************/
voidfall_back（uintk）//reentrant
{uintnu=0;
uintd;
for（nu=k;nu>0;nu--）
{for（d=0;d<2;d++）//两个电机同步反转一圈
{P1=0x99;
delaytime（）;
P1=0xcc;
delaytime（）;
P1=0x66;
delaytime（）;
P1=0x33;
delaytime（）;
//P1=0x99;
//delaytime（）;//内层循环一次车轮后退1cm
}
}
//P1=0x00;
}
/**************原地右转**************/
voidturn_right0（uintk）//reentrant
{uintnu=0;
uintd;
for（nu=k;nu>0;nu--）//近似估算，外层循环一次车体转向10度
{for（d=0;d<3;d++）//左电机前进，有电机后退循环三次车轮理论滚过的距离1.5cm（启动时可能有失步打滑的问题，需要一定融冗余度，以便减小失步误差（超调量））
{P1=0x99;
delaytime（）;
P1=0x3c;
delaytime（）;
P1=0x66;
delaytime（）;
P1=0xc3;
delaytime（）;
//P1=0x99;
//delaytime（）;//车体转向10度，车轮需前进（后退1.57cm）
}
}
//P1=0x00;
}
/*************右转1*****************/
voidturn_right1（uintk）//reentrant
{uintnu=0;
uintd;
for（nu=k;nu>0;nu--）
{for（d=0;d<5;d++）//实测修正值内层循环4次最佳
{P1=0x90;//近似估算，车体转向10度，车轮需滚动3.12cm
delaytime（）;
P1=0x30;//左电机前进，右电机停止
delaytime（）;
P1=0x60;
delaytime（）;
P1=0xc0;
delaytime（）;
//P1=0x90;
//delaytime（）;//五个脉冲等效距离为0.5cm
}
}
//P1=0x00;
}
/*************右转2*******************/
voidturn_back_right2（uintk）//reentrant
{uintnu=0;
uintd;
for（nu=k;nu>0;nu--）
{for（d=0;d<6;d++）//与右转2算法相同，电机工作方式不同10度
{P1=0x09;
delaytime（）;/左电机停止，右电机后退
P1=0x0c;
delaytime（）;
P1=0x06;
delaytime（）;
P1=0x03;
delaytime（）;
//P1=0x09;
//delaytime（）;
}
}
//P1=0x00;
}
/**************原地左转***************/
voidturn_left0（uintk）//reentrant
{uintnu=0;
uintd;
for（nu=k;nu>0;nu--）//（原地右转相同）
{for（d=0;d<3;d++）//左电机后退，右电机前进
{P1=0x99;
delaytime（）;
P1=0xc3;
delaytime（）;
P1=0x66;
delaytime（）;
P1=0x3c;
delaytime（）;
//P1=0x99;
//delaytime（）;
}
}
//P1=0x00;
}
/*************左转1********************/
voidturn_left1（uintk）//reentrant
{uintnu=0;
uintd;
for（nu=k;nu>0;nu--）
{for（d=0;d<5;d++）//左电机停止，右电机前进
{P1=0x09;
delaytime（）;
P1=0x03;
delaytime（）;
P1=0x06;
delaytime（）;
P1=0x0c;
delaytime（）;
//P1=0x09;
//delaytime（）;//左转10度
}
}
//P1=0x00;
}
/************左转2******************/
voidturn_back_left2（uintk）//reentrant
{uintnu=0;
uintd;
for（nu=k;nu>0;nu--）
{for（d=0;d<6;d++）//左电机后退，右电机停止
{P1=0x90;
delaytime（）;
P1=0xc0;
delaytime（）;
P1=0x60;
delaytime（）;
P1=0x30;
delaytime（）;
//P1=0x90;
//delaytime（）;
}
}
//P1=0x00;
}
/***********延时子函数********************/
voiddelaytime（）
{uinti,j;
for（i=13;i>0;i--）
for（j=50;j>0;j--）;
}
voiddelaytime1（）
{uinti,j;
for（i=20;i>0;i--）
for（j=50;j>0;j--）;
}
voiddelaytime2（）//能将delaytime定义为可重入函数么？
？
？
？
{uinti,j;
for（i=13;i>0;i--）
for（j=50;j>0;j--）;
}
/************************************************/
/*****************主函数*************************/
voidmain（）
{//delaytime1（）;
T0=1;//树立忙的标志，系统初始化后方可接受指令P3^4口
EA=1;
INT0=1;//中断请求信号初始化
IT0=0;//中断信号低电平有效
P1=0xff;
P0=0xff;//先拉高并行通信端口（上位机P2口，本机下位机P0
RII=1;
LII=1;
OUTR=1;
OUTL=1;//红外数据中转端口初始化
ET0=1;
PT0=1;
TH0=0x00;
TL0=0x00;
TMOD=0x01;//定时器0防止通信时下位机进入死循环（没有接受到如没有接受到0xee通信起始信号）
flag1=0;
while（P0!
=0xaa）;/上电后等待上位机0xaa开始信号协议的来只有接收到0xaa后下位机在开始工作
EX0=1;//开分中断，允许通信
T0=0;//系统初始化完成，
while
（1）//一直前进，等待中断（遇到障碍物）
{P1=0x99;
delaytime2（）;
P1=0x33;
delaytime2（）;
/*RII=1;//红外接近开关数据中转
LII=1;
temp1=RII;
temp2=LII;
OUTR=temp1;
OUTL=temp2;//为减少此处对步进电机的影响此处执行要短*/
P1=0x66;
delaytime2（）;
P1=0xcc;
delaytime2（）;
//如果在此处调用advance这个函数，中断函数可能还要调用此函数，形成有递归调用，如要保持相关参数不变，advance需要定义为reentrant重入函数，问题定义为重入函数后，若中断中调用此函数就会一直调用次函数？
？
？
？
}
/*{advance（40）;
delaytime1（）;
fall_back（40）;
delaytime1（）;
turn_right0（24）;
delaytime1（）;
turn_right1（24）;
delaytime1（）;
turn_back_right2（13）;
delaytime1（）;
turn_left0（13）;
delaytime1（）;
turn_left1（24）;
delaytime1（）;
turn_back_left2（24）;
delaytime1（）;}
//P1=0x11;
while
（1）;*/
}
/**********************中断服务程序******************/
/**转向通信协议（P0端口）
/*00000001-0x01:
后退10cm
00000010-0x02：
后退20cm
00000011-0x03；后退50cm
00000100-0x04：
后退100cm
10000001-0x11：
前进10cm
10000010-0x12：
前进20cm
10000011-0x13：
前进50cm
10000100-0x14：
前进100cm
10100001-0xA0;原地右转10度
10100010-0xA1；原地右转30度
10100011-0xA3;原地右转90度
10100100-0xA4；原地右转180度
10110000-0xB0；向右转10度（以右轮为中心转向，左轮前进）
10110001-0xB1；向右转30度
10110010-0xB2；向右转90度
10110011-0xB3;向右转180度（U型转弯）
11000000-0xC0；后右转10度（与左轮为中心，右轮后撤）
11000001-0xC1；后右转30度
11000010-0xC2；后右转90度
11000011-0xC3；后右转180度
11010000-0xD0；原地左转10度
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