紅外線智能避障小汽車講解

1、二、硬件電路圖設(shè)計(jì)2 系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)制作的是單片機(jī)限制的自動(dòng)避障小汽車,以單片機(jī)為小汽車的“大腦,紅外線探頭為小汽車的“眼睛,電機(jī)為小汽車的“雙足.“大腦控制“眼睛去看前方是否有障礙物,當(dāng)“眼睛看到障礙后,由大腦來(lái)限制“雙足的行動(dòng)方向.從而實(shí)現(xiàn)小汽車的自動(dòng)避障.電路原理簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)明了.如圖 2.2.1 為整個(gè)系統(tǒng)的框圖.圖 2.2.1 系統(tǒng)框圖4 紅外線避障電路避障方案選擇,方案一：采用超聲波避障.超聲波受環(huán)境影響較大,電路復(fù)雜,而且地面對(duì)超聲波的反射,會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)障礙物的判斷.方案二： 采用紅外線避障.利用單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生 38KHz 信號(hào),并用 250HZ 的方波對(duì)紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射,發(fā)

2、射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反射回來(lái),紅外線接收管對(duì)反射回來(lái)信號(hào)進(jìn)行解調(diào),輸出TTL電平.外界對(duì)紅外信號(hào)的干擾比擬小,且易于實(shí)現(xiàn),價(jià)格也比擬廉價(jià),故采用方案二.紅外線避障電路是小汽車的“眼睛,其性能的好壞和抗干擾水平的強(qiáng)弱,就定了避障的準(zhǔn)確性和靈活性.由于紅外線受外界可見(jiàn)光的影響較大,因此用 250Hz 的信號(hào)對(duì) 38KHz 的載波進(jìn)行調(diào)制,這樣能減少外界的一些干擾.接收管采用 HS0038A 郵號(hào),輸出 TTL 電平,有利于單片機(jī)對(duì)信號(hào)的處理.避障電路采用紅外線發(fā)射與接收原理,利用單片機(jī)產(chǎn)生 250H4 口 38KHzW 號(hào),并利用單片機(jī)的中斷對(duì)紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射,發(fā)射距離遠(yuǎn)近由 R

3、W 倜節(jié),由于本設(shè)計(jì)的小汽車行駛速度較快,所以調(diào)節(jié)避障距離為 20CM5E 右.發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反射回來(lái),紅外線接收管對(duì)反射回來(lái)信號(hào)進(jìn)行解調(diào),輸出TTL 電平.利用單片機(jī)的中斷系統(tǒng),在遇障礙物時(shí)限制電機(jī)并使小車轉(zhuǎn)彎.如圖 2.4,1 所示圖 2.4.1 紅外線避障示意圖1、紅外線發(fā)射局部紅外線發(fā)射電路通過(guò)單片機(jī)的限制,輸出調(diào)制信號(hào)向前方發(fā)射,如果遇到障礙物后,紅外光線被障礙物返回,被紅外接收頭接收,在其 3 腳輸出 250Hz 方波信號(hào),而其 3腳和單片機(jī)的 ITN0 連接在一起,故當(dāng)遇到障礙物后,會(huì)給單片機(jī)一個(gè)外部中斷 0 信號(hào),通過(guò)外部中斷 0 程序,來(lái)限制小汽車的左轉(zhuǎn)或者

4、右轉(zhuǎn).從而實(shí)現(xiàn)避障功能.圖 2.4,2 所示為紅外線發(fā)射原理圖.P2.1 輸入白是 250Hz 的方波,P2.0 輸入的是 38K 的載波,D0處發(fā)射的就是調(diào)制好的發(fā)射信號(hào).各個(gè)波圖 2.4.2 紅外線發(fā)射電路a) .38K 載波b) .250HZ 調(diào)制信號(hào)c) .調(diào)制后波形圖 2.4.3 紅外線發(fā)射波形圖2、紅外線接收局部紅外線接收電路如圖 2.4.4所示,紅外線接收頭在沒(méi)有接收到紅外信號(hào)時(shí),INT0輸出高電平,單片機(jī)不中斷.在接收到信號(hào)時(shí)輸出低電平,單片機(jī)中斷.接收頭采用HS0038A 邸一體化接收探頭,其內(nèi)部集成了輸入局部、自動(dòng)增益控制局部、限制電路、帶通濾波器和解調(diào)電路.其內(nèi)部框圖如

5、2.4.5 所示INTO旦1：A1k：0C11NIOUF圖 2.4.4 紅外線接收電路圖 2.4.5HS0038A2 型紅外接收頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)由圖 2.4.5 可知,經(jīng)過(guò)調(diào)制后發(fā)射的紅外線被接收頭接收后,通過(guò)其內(nèi)部的自動(dòng)增益限制、 帶通濾波器和解調(diào)電路等在 OUTt 輸出調(diào)制信號(hào).由于本設(shè)計(jì)采用的是 250Hz的調(diào)制信號(hào),其周期為 4000 巧,如果占空比為 1:1,其半周期為 2000LS,如果把 OU 琢口和單片機(jī)的外部中斷連接在一起的話,足以能夠引起單片機(jī)的中斷了.在中斷程序中來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的判斷和限制小汽車的行駛方向.5H 橋驅(qū)動(dòng)電路H 橋驅(qū)動(dòng)電路是小汽車的“雙足限制電路,對(duì)小汽車的行駛有

6、著直接的影響.如圖2.5.1所示,整個(gè)車體的驅(qū)動(dòng)用兩個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)電路,分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī),其限制口分別接單片機(jī)的I/O口,在此接在了P1口.在限制其行駛時(shí),在P1.4為低電平的前提下,只要給 P1.0、P1.1、P1.2 和 P1.3 輸出不同的上下電平就能限制小汽車的行駛,但是一定要注意的是,其中 P1.0 和 P1.1 的電平一定不能全為高電平,P1.2 和 P1.3 的電平也一定不能全為高電平.現(xiàn)以 P1.0 和 P1.1 如果全為高為例介紹其原理.H 橋電路的正常限制原理是,當(dāng) P1.0 為高電平、P1.1 為低電平時(shí) Q6Q3Q2 導(dǎo)通,Q1、 Q5Q4 截止,所以電流的流向是從 V

7、CCQ2給 GND,電機(jī)正轉(zhuǎn).如果當(dāng) P1.0為低電平、P1.1 為高電平時(shí) Q1、Q5Q4 導(dǎo)通,Q6Q3Q2 截止,所以電流的流向是從VCCQ1-Q4GND,電機(jī)反轉(zhuǎn).如果P1.0 和 P1.1 全為高電平,WJQ1、Q5Q4Q6、Q3Q2 全部導(dǎo)通 VCCf 口 GN 的將短路,將會(huì)損壞整個(gè)系統(tǒng).由于整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)置看門狗系統(tǒng),所以在系統(tǒng)死機(jī)后需要人工復(fù)位,考慮到復(fù)位時(shí)各I/O口輸出全為高電平,為了預(yù)防整個(gè)系統(tǒng)死機(jī)后復(fù)位時(shí)輸出全高電平損壞整個(gè)系統(tǒng),所以在電源和整個(gè)電路之間加一 PNF三極管 Q13,其基極接 P1.4,當(dāng)單片機(jī)復(fù)位時(shí) P1.4 輸出高電平,Q13 截止,整個(gè)電路不供電,保

8、證了電路的平安性能.H 橋限制原理圖如圖 2.5.1 所示：圖 2.5.1H 橋限制電路當(dāng)單片機(jī)和H橋限制電路連接完畢后,只要讓單片機(jī)給出不同的數(shù)據(jù)編碼,就能限制小汽車的行駛方向.下表 2.5.1 為不同的行駛方向所對(duì)應(yīng)的 16 進(jìn)制數(shù)碼.表 2.5.1前行左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)后退停止81H06H09H0AH00H三、軟件設(shè)計(jì)1 程序流程圖如圖 3.1.1 所示為整個(gè)設(shè)計(jì)的軟件流程圖:2 主程序MOVTMOD,#01H 選擇定時(shí)計(jì)數(shù)器工作方式 1MOVTH0,#0F8H;賦初值定時(shí) 2ms圖 3.1.1 程序流程圖MAIN:SETBEA開(kāi)總中斷允許SETBET0開(kāi)定時(shí)器 0 中斷允許位SETBEX0開(kāi)外部

9、中斷 0 允許位SETBEX1開(kāi)外部中斷 1 允許位MOVTL0,#30HSETBTR0;啟動(dòng) T0CLRP2.1;調(diào)制信號(hào)輸出清零MOVA,#81H;前行MOVP1,A;前行/38K 方波產(chǎn)生程序/L0:SETBP2.0L1:MOVR0,#6L2:DJNZR0,L2CPLP2.0LJMPL1/SJMP$3 紅外線調(diào)制信號(hào)發(fā)生程序紅外線調(diào)制信號(hào)發(fā)生程序采用中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的,用計(jì)數(shù)定時(shí)器 T0 定時(shí)2m6中斷時(shí)取反P2.1來(lái)限制圖2.4.2紅外線發(fā)射電路中Q1的通斷,以此來(lái)產(chǎn)生250Hz的調(diào)制信號(hào),來(lái)調(diào)制 38K 的紅外載波,程序如下：DS0:CPLP2.1;取反 P2.1MOVTH0,#0F

10、8H;重新裝初值MOVTL0,#30HRETI;中斷返回4 紅外線載頻信號(hào)發(fā)生程序紅外線載波信號(hào)采用軟件延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn),利用單片機(jī)指令執(zhí)行時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)選擇不同的指令和不同的執(zhí)行次數(shù),從而到達(dá)想要的延時(shí)時(shí)間,以下為 38K 載波發(fā)生程序：L0:SETBP2.0L1:MOVR0,#6L2:DJNZR0,L2CPLP2.0LJMPL15 避障程序避障程序采用外部中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn),由于在小汽車的前部安裝了兩對(duì)紅外線探頭,分別用來(lái)檢測(cè)車體左邊和右邊的障礙物,當(dāng)右邊檢測(cè)到障礙時(shí)引起外部中斷1中斷,限制小汽車向左轉(zhuǎn).當(dāng)左邊檢測(cè)到障礙時(shí)引起外部中斷0中斷,控制小汽車向右轉(zhuǎn).程序如下：ZD1:MOVP1,#06H;

11、左轉(zhuǎn)MOVR5,#5;延時(shí) 0.5SY2:MOVR1,#0FFHY0:MOVR2,#0FAHY1:DJNZR2,Y1DJNZR1,Y0DJNZR5,Y2MOVP1,#81H;前行RETIZD0:MOVP1,#09H;右轉(zhuǎn)MOVR3,#5;延時(shí) 0.5SYS2:MOVR6,#0FFHYS0:MOVR4,#0FAHYS1:DJNZR4,YS1DJNZR6,YS0DJNZR3,YS2MOVP1,#81H;前行RETIR3100VCCR510KP14DDINT0R11VCCQ1R13C11 +RW21K5KR121KVCCT.D02K】tLEDP214-R23.3KQ85Q2550C11473R410

12、0R13.3KVCCTQ805Q80R53.3KQ5J1805012DIANJIQ4050緲縛附錄電路 DM 理總圖R6100Q11550Q855R7100R83.3KQ805,C1473,Q12J212SWQ805Q9050DIANJIC21RW15KINT1R211I-1KD1,=LEDQ2R141KVCCR5510K=CP230PZ=CP130PP20P101P112P123P134P145678INT1aINT015VCC1412MP10/TP0(P11/TP01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1P2(INT0P21P22T1P23T0P2

13、4DOC39383635Mi3321222332526P25匚A八/DDOU27EA/VPP26P27X1X2RESETRXDTXDonAip/r二1011_30WRPSEIU1980(51P20P21土1918附錄系統(tǒng)程序ORG0000HLJMPMAINLJMPZD1ORG0100HMOVTMOD,#01H 選擇定時(shí)計(jì)數(shù)器工作方式 1ORG0003H;外部中斷 0 入口地址即右轉(zhuǎn)LJMPZD0ORG000BH定時(shí)計(jì)數(shù)器 T0 入口地址即產(chǎn)生 250Hz 方波LJMPDS0ORG0013H外部中斷 1 入口地址即左轉(zhuǎn)MAIN:SETBEA開(kāi)總中斷允許開(kāi)定時(shí)器 0 中斷允許位開(kāi)外部中斷 0 允許位開(kāi)外部中斷 1 允許位賦初值定時(shí) 2ms啟動(dòng) T0調(diào)制信號(hào)輸出清零前行前行;/38K 方波產(chǎn)生程序/L0:SETBP2.0L1:MOVR0,#6L2:DJNZR0,L2CPLP2.0LJMPL1;/SJMP$DS0:MOVTH0,#0F8HMOVTL0,#30HCPLP2.1RETIZD1:MOVP1,#06H;左轉(zhuǎn)MOVR5,#5;延時(shí) 0.5SY2:MOVR1,#0FFHY0:MOVR2,#0FAHY1:DJNZR2,Y1SETBET0