基于51单片机的智能小车设计.doc
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1、- -智能小车的设计与制作摘要:本课题组设计制作了一款具有智能判断功能的小车,功能强大。小车具有以下几个功能:自动避障功能;寻迹功能按路面的黑色轨道行驶;趋光功能寻找前方的点光源并行驶到位;检测路面所放置的铁片的个数的功能;计算并显示所走的路程和行走的时间,并可发声发光。作品可以作为高级智能玩具,也可以作为大学生学习嵌入式控制的强有力的应用实例。 作品以两电动机为主驱动,通过各类传感器件来采集各类信息,送入主控单元AT89S52单片机,处理数据后完成相应动作,以到达自身控制。电机驱动电路采用高电压,高电流,四通道驱动集成芯片L293D。其中避障采用红外线收发来完成;铁片检测局部采用电感式接近开
2、关LJ18A3-8-Z/BX检测;黑带检测采用红外线接收二极管完成;趋光局部通过3路光敏二极管对光源信号的采集,再经过ADC0809转化为数字信号送单片机处理判别方向。由控制单元处理数据后完成相应动作,实现了无人控制即可完成一系列动作,相当于简易机器人。关键字:智能控制 蔽障 红外线收发 寻迹行驶 趋光行驶1总体方案论证与比拟 方案一:采用各类数字电路来组成小车的控制系统,对外围避障信号,黑带检测信号,铁片检测信号,各路趋光信号进展处理。本方案电路复杂,灵活性不高,效率低,不利于小车智能化的扩展,对各路信号处理比拟困难。 方案二:采用ATM89S52单片机来作为整机的控制单元。红外线探头采用市
3、面上通用的发射管与及接收头,经过单片机调制后发射。铁片检测采用电感式接近开关LJ18A3-8-Z/BX检测,黑带采用光敏二极管对光源信号采集,再经过ADC0809转化为数字信号送到单片机系统处理。此系统比拟灵活,采用软件方法来解决复杂的硬件电路局部,使系统硬件简洁化,各类功能易于实现,能很好地满足题目的要求。 比拟以上两种方案的优缺点,方案二简洁、灵活、可扩展性好,能到达题目的设计要求,因此采用方案二来实现。方案二的根本原理如图1所示。 图1 智能车运行根本原理图框图 避障局部采用红外线发射和承受原理。铁片检测采用电感式接近开关LJ18A3-8-Z/BX检测,产生的上下电平信号经过处理后,完成
4、相应的记录数目,驱动蜂鸣器发声。黑带寻迹依靠安装在车底部左右两个光敏二极管对管来对地面反射光感应。寻光设计在小车前端安装3路左、中、右光敏电阻对光源信号采集,模拟信号经过ADC0809转化为数字信号送到MCU处理。记程通过在车轮上安装小磁块,再用霍尔管感应产生计数脉冲。记时由软件实现,显示采用普通七段LED。此系统比拟灵活,采用软件方法来解决复杂的硬件电路局部,使系统硬件简洁化,各类功能易于实现。2模块电路设计与比拟1) 避障方案选择 方案一:采用超声波避障,超声波受环境影响较大,电路复杂,而且地面对超声波的反射,会影响系统对障碍物的判断。 方案二:采用红外线避障,利用单片机来产生38KHz信
5、号对红外线发射管进展调制发射,发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来,红外线接收管对反射回来信号进展解调,输出TTL电平。外界对红外信号的干扰比拟小,且易于实现,价格也比拟廉价,故采用方案二。 红外线发射承受电路原理图如图2所示。 采用红外线避障方法,利用一管发射另一管接收,接收管对外界红外线的接收强弱来判断障碍物的远近,由于红外线受外界可见光的影响较大,因此用250Hz的信号对38KHz的载波进展调制,这样减少外界的一些干扰。 接收管输出TTL电平,有利于单片机对信号的处理。采用红外线发射与接收原理。利用单片机产生38KHz信号对红外线发射管进展调制发射,发射距离远近由RW调节,本设计调节
6、为10CM左右。发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来,红外线接收管对反射回来信号进展解调,输出TTL电平。利用单片机的中断系统,在遇障碍物时控制电机并使小车转弯。由于只采用了一组红外线收发对管,在避障转弯方向上,程序采用遇障碍物往左拐方式。如果要求小车正确判断左转还是右转,需在小车侧边加多一组对管。外界对红外信号的干扰比拟小,性价比高。 。调试时主要是调制发射频率为接收头能接收的频率,采用单片机程序解决。发射信号强弱的调节,由可调精细电阻调节。 图2 红外线发射承受电路原理图2检测铁片方案选择 方案一:采用电涡流原理自制的传感器,取才方便,但难以调试,输出信号也不可靠,成功率比拟低,难以准
7、确输出传感信息。 方案二:采用市面易购的电感式接近开关,本系统采用市面比拟通用LJ18A3-8-Z/BX来完成铁片检测的任务。虽然电感式接近开关占的体积大,对本是可以承受,且输出信号较可靠,稳定性好,受外界的干扰小,故采用方案二。 检测铁片电路原理图如图3所示。 图3 检测铁片电路原理图3)声音提示 方案一:采用单片机产生不同的频率信号来完成声音提示,此方案能完成声音提示功能,给人以提示的可懂性比拟差,但在一定程度上能满足要求,而且易于实现,本钱也不高,我们出自经费方面考虑,采用方案一。 方案二:采用DS1420可分段录放音模块,能够给人以直观的提示,但DS1420录放音模块价格比拟高,也可以
8、采用此方案来处理,但方案二性价比不如方案一。4)黑带检测方案选择 方案一:采用发光二极管发光,用光敏二极管接收。由于光敏二极管受可见光的影响较大,稳定性差。 方案二:利用红外线发射管发射红外线,红外线二极管进展接收。采用红外线发射,外面可见光对接收信号的影响较小,再用射极输出器对信号进展隔离。本方案也易于实现,比拟可靠,因此采用方案二。黑带检测电路图如图4所示。 输出信号进入74LS02。稳定性能得到提升。当小车低部的某边红外线收发对管遇到黑带时输入电平为高电平,反之为低电平。结合中断查询方式,通过程序控制小车往哪个方向行走。电路中的可调电阻可调节灵敏度,以满足小车在不同光度的环境光中能够寻迹
9、。由于接收对管装在车底,发射距离的远近较难控制,调节可调电阻,发现灵敏度总是不尽人意,最后采用在对管上套一塑料管,屏蔽外界光的影响,灵敏度大幅提升。再是转弯的时间延迟短长控制。 图4 黑带检测电路图3)计量路程方案 方案一:利用红外线对射方式,在小车的车轮开一些透光孔来计量车轮转过圈数,从而间接地测量路程。 方案二:利用霍尔元件来对转过的车轮圈数来计程,在车轮子上装小磁片,霍尔元件靠近磁片一次计程为车轮周长。此方案传感的信号强, 电路简单,但精度不高。 如果想到达一定的计量精度,用霍尔传感元件比拟难以实现,因为在车轮上装一定量的小磁片会相互影响,而利用红外线对射方式不会影响各自的脉冲,可到达厘
10、米的精度,因此采用方案一来实现。计量路程示意图见图5。 通过计算车轮的转数间接测量距离,利用了霍尔元件感应磁块产生脉冲的原理,再对脉冲进展计数。另可采用红外线原理提高记程精度,其方法为在车轮均匀打上透光小孔,当车轮转动时,红外光透射过去,不断地输出脉冲,通过单片机对脉冲计数,再经过一个数据的处理过程,这样就可把小车走过的距离计算出来,小孔越多,计数越精细。 图 5 计量路程示意图3)智能车驱动电路 方案一:采用分立元件组成的平衡式驱动电路,这种电路可以由单片机直接对其进展操作,但由于分立元件占用的空间比拟大,还要配上两个继电器,考虑到小车的空间问题,此方案不够理想。 方案二:因为小车电机装有减
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