基于51单片机的红外避障自动车的实现

下面是一些基本资料：

—————————————————————小车参数——————————————————————————

障碍检测方式：红外探测（探测模块功耗7mA）

车模几何尺寸：149 x 102 x 59  （mm）

车 模  轮   距：120 （mm）

测 障   精 度：75 cm

电  源   系 统：4 x 1.5 v 干电池/4 x 1.2 v 充电电池及其稳压输出

电  机：直流减速电机，1~12V工作电压，传动比：71.2:1

主 控   芯  片：STC89C52MCU

其 他   芯  片：LM7806  LM7805  STC11F01等

—————————————————————小组资料——————————————————————————

小组成员：

王太杰：0804211班，擅长于硬件，焊接技术强，硬件知识充足，在本次制作中负责电机驱动部分建与调试。

孙学军：0904211班，擅长于编程，C语言功底扎实，思路开阔，在本次制作中负责程序驱动部分程序调试。

李相华：0804211班，在本次制作中负责电源部分。

小组优势：

硬件与程序搭配协调，每人负责各自模块，只提供最终模块接口，使队友不必关注对方模块内部结构，只需将接口连接完成即可，大大减少了每人负责的内容，提高了效率。

—————————————————————制作流程与时间———————————————————————

2010年4月3日（周六）:

小组成员对各模块电路进行了选择、优化，并进行了电路搭建、焊接，各模块调试，确定模块交互接口；主控程序思路成型，并编写了测试程序，对软硬件进行了测试。最后各模块交互，整体调试，主程序确定及细节敲定。

2010年4月4日（周日）:

模块交互，整体调试，主控程序细节修改；经布局后各硬件模块转移至车体，最终焊接，整车成型。主控程序下载，调试，最终成功。

—————————————技术资料———————————————————

设计思路：

为便节省电机数量和电路复杂程度，红外避障小车（以下简称小车）采用前轮主动，后轮从动原理。前轮采用双电机驱动，利用差速法实现车身转向。

检测部分利用红外发射管发射红外光，遇障碍物后经反射被红外接受管接收，产生电平转换，利用单片机I/O口检测红外检测模块电平输出，以此判断前方障碍物有无，检测到障碍物后，经单片机I/O口控制电机驱动电路，经由电机驱动电路输出不同电压，产生差速，实现转向，最终以达到避障的目标。
 
电源模块：

考虑到小车行驶的灵活性，我们抛弃了采用交流电的方案。在制作调试过程中，我们采取了4节1.5V5号南孚电池，经电池盒串联后可获得5.9~6.5V稳定电压输出，直接给电机驱动电路供电。但考虑到51单片机工作电压为4.5V~5.5V，且其对工作电压要求比较严格。对此，我们设想采取基于LM7805稳压芯片的稳压芯片输出5V恒定电压。电源电路图见附件，由于在制作中手头只有一片LM7806，于是我们在输出端串联了一个IN4007二极管，产生0.7V压降，最终获得5.2V~5.3V稳定电压输出，给单片机供电。以提高系统稳定性。

在最终整车成型时我们采用了5V稳压二极管稳定电压，原因有二：一是降低了电源电路功耗，二是降低了制作成本。考虑到一次性干电池的不可利用性，我们在整车成型时采用了4节可充电电池经电池盒串联的方案，以降低后续制作成本。考虑到电压输出端的单一性，我们考虑采用10V稳压管另做一路电源输出，为电机提供工作电压，在一定程度上可提高电机功率，提高整车运行速度。

电机驱动模块：

考虑到电机驱动集成芯片的价格比较高（18~30元/片），我们舍弃了采用电机驱动芯片驱动的方案，转而寻求分立元件模拟电路驱动，经最终选择我们采取了利用双三极管控制开关电路，利用三极管的反应灵敏性，并将其一端接在MCU的I/O口上，可以通过控制I/O口输出0、1脉冲数量比来控制三极管开关，以达到控制输出电压的目的。驱动电路图见附件。

主控程序：

为了降低程序复杂性，我们使用了3个I/O口，一个I/O口用来接收红外部分电平转换，检测障碍物，另外两个I/O口端接电机驱动电路，用程序使其产生0、1脉冲数量比来控制驱动电路开关。最终实现速度差以实现转向避障。

主控程序如下：
/* *****************************
   程序开发环境Keil uVision3
   语言：C
   编写者：孙学军
   时间：2010/04/04
***************************** */



/* *****************************
   主程序及注释如下：

***************************** */
  #include   //添加函数库
  #define uint unsigned int   //宏定义
  #define uchar unsigned char   //宏定义
  sbit s=P3^5;   　　　　 //定义红外避障检测端口
  sbit m1=P3^4;   　　　 //定义电机M1电平输出端口
  sbit m2=P3^6;   　　　 //定义电机M2电平输出端口
  void delay_ms(uint z);    //声明延时函数


  main()    　　　　　　　 //主函数
  {
   uint i=0;    　　　　　　//初始值设定
   m1=1;
m2=1;
while(1)    　　　　　　 //无限循环
{            
  if(s==0)   　　　　 //S=0表示前方有障碍物  进行转向
  {
   for(i=0;i<5;i++)
    {
   m1=0;
   m2=1;
   delay_ms(15);　　　　//状态保持15ms
   m1=1;
   m2=1;
   delay_ms(5);　　　　//状态保持5ms
   }
  }
  if(s==1)　　　　    //S=1表示前方无障碍物  直线行驶
  {
   m1=1;
   m2=1;
   delay_ms(10);　　　　//状态保持10ms
  }
}
  }



  void delay_ms(uint z)    //延时函数 循环嵌套原理
  {
   uint x,y;
   for(x=z;x>0;x--)
  for(y=110;y>0;y--);
  }

/* *****************************

 程序结束，经测试程序符合硬件，功能达到预期目标。

 ***************************** */

————————————————————功能扩展——————————————————————————

1：本车人机交互性不强，车体速度无显示、障碍物有无显示不明显，无转向灯提示
       预期可以增加速度测量以及液晶或数码管显示模块，显示模块可以附在车体本身，也可以单独成模块，利用无线传输将数据从车体发送到终端显示。
 

2:增加自动循迹功能

3：增加自动刹车功能

4：遥控功能

————————————————————完毕————————————————————————————

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