基于51單片機的紅外避障自動車的實現

下面是一些基本資料：

—————————————————————小車參數——————————————————————————

障礙檢測方式：紅外探測（探測模塊功耗7mA）

車模幾何尺寸：149 x 102 x 59 （mm）

車 模 輪 距：120 （mm）

測 障 精 度：75 cm

電 源 系 統：4 x 1.5 v 干電池/4 x 1.2 v 充電電池及其穩壓輸出

電機：直流減速電機，1~12V工作電壓，傳動比：71.2:1

主 控 芯 片：STC89C52MCU

其 他 芯 片：LM7806 LM7805 STC11F01等

—————————————————————小組資料——————————————————————————

小組成員：

王太杰：0804211班，擅長于硬件，焊接技術強，硬件知識充足，在本次制作中負責電機驅動部分建與調試。

孫學軍：0904211班，擅長于編程，C語言功底扎實，思路開闊，在本次制作中負責程序驅動部分程序調試。

李相華：0804211班，在本次制作中負責電源部分。

小組優勢：

硬件與程序搭配協調，每人負責各自模塊，只提供最終模塊接口，使隊友不必關注對方模塊內部結構，只需將接口連接完成即可，大大減少了每人負責的內容，提高了效率。

—————————————————————制作流程與時間———————————————————————

2010年4月3日（周六）:

小組成員對各模塊電路進行了選擇、優化，并進行了電路搭建、焊接，各模塊調試，確定模塊交互接口；主控程序思路成型，并編寫了測試程序，對軟硬件進行了測試。最后各模塊交互，整體調試，主程序確定及細節敲定。

2010年4月4日（周日）:

模塊交互，整體調試，主控程序細節修改；經布局后各硬件模塊轉移至車體，最終焊接，整車成型。主控程序下載，調試，最終成功。

—————————————技術資料———————————————————

設計思路：

為便節省電機數量和電路復雜程度，紅外避障小車（以下簡稱小車）采用前輪主動，后輪從動原理。前輪采用雙電機驅動，利用差速法實現車身轉向。

檢測部分利用紅外發射管發射紅外光，遇障礙物后經反射被紅外接受管接收，產生電平轉換，利用單片機I/O口檢測紅外檢測模塊電平輸出，以此判斷前方障礙物有無，檢測到障礙物后，經單片機I/O口控制電機驅動電路，經由電機驅動電路輸出不同電壓，產生差速，實現轉向，最終以達到避障的目標。

電源模塊：

考慮到小車行駛的靈活性，我們拋棄了采用交流電的方案。在制作調試過程中，我們采取了4節1.5V5號南孚電池，經電池盒串聯后可獲得5.9~6.5V穩定電壓輸出，直接給電機驅動電路供電。但考慮到51單片機工作電壓為4.5V~5.5V，且其對工作電壓要求比較嚴格。對此，我們設想采取基于LM7805穩壓芯片的穩壓芯片輸出5V恒定電壓。電源電路圖見附件，由于在制作中手頭只有一片LM7806，于是我們在輸出端串聯了一個IN4007二極管，產生0.7V壓降，最終獲得5.2V~5.3V穩定電壓輸出，給單片機供電。以提高系統穩定性。

在最終整車成型時我們采用了5V穩壓二極管穩定電壓，原因有二：一是降低了電源電路功耗，二是降低了制作成本。考慮到一次性干電池的不可利用性，我們在整車成型時采用了4節可充電電池經電池盒串聯的方案，以降低后續制作成本。考慮到電壓輸出端的單一性，我們考慮采用10V穩壓管另做一路電源輸出，為電機提供工作電壓，在一定程度上可提高電機功率，提高整車運行速度。

電機驅動模塊：

考慮到電機驅動集成芯片的價格比較高（18~30元/片），我們舍棄了采用電機驅動芯片驅動的方案，轉而尋求分立元件模擬電路驅動，經最終選擇我們采取了利用雙三極管控制開關電路，利用三極管的反應靈敏性，并將其一端接在MCU的I/O口上，可以通過控制I/O口輸出0、1脈沖數量比來控制三極管開關，以達到控制輸出電壓的目的。驅動電路圖見附件。

主控程序：

為了降低程序復雜性，我們使用了3個I/O口，一個I/O口用來接收紅外部分電平轉換，檢測障礙物，另外兩個I/O口端接電機驅動電路，用程序使其產生0、1脈沖數量比來控制驅動電路開關。最終實現速度差以實現轉向避障。

主控程序如下：
/* *****************************
程序開發環境Keil uVision3
語言：C
編寫者：孫學軍
時間：2010/04/04
***************************** */



/* *****************************
主程序及注釋如下：

***************************** */
#includereg52.h> //添加函數庫
#define uint unsigned int //宏定義
#define uchar unsigned char //宏定義
sbit s=P3^5; 　　　　 //定義紅外避障檢測端口
sbit m1=P3^4; 　　　 //定義電機M1電平輸出端口
sbit m2=P3^6; 　　　 //定義電機M2電平輸出端口
void delay_ms(uint z); //聲明延時函數


main() 　　　　　　　 //主函數
{
uint i=0; 　　　　　　//初始值設定
m1=1;
m2=1;
while(1) 　　　　　　 //無限循環
{
if(s==0) 　　　　 //S=0表示前方有障礙物 進行轉向
{
for(i=0;i5;i++)
{
m1=0;
m2=1;
delay_ms(15);　　　　//狀態保持15ms
m1=1;
m2=1;
delay_ms(5);　　　　//狀態保持5ms
}
}
if(s==1)　　　　 //S=1表示前方無障礙物 直線行駛
{
m1=1;
m2=1;
delay_ms(10);　　　　//狀態保持10ms
}
}
}



void delay_ms(uint z) //延時函數 循環嵌套原理
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}

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

程序結束，經測試程序符合硬件，功能達到預期目標。

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

————————————————————功能擴展——————————————————————————

1：本車人機交互性不強，車體速度無顯示、障礙物有無顯示不明顯，無轉向燈提示
預期可以增加速度測量以及液晶或數碼管顯示模塊，顯示模塊可以附在車體本身，也可以單獨成模塊，利用無線傳輸將數據從車體發送到終端顯示。

2:增加自動循跡功能

3：增加自動剎車功能

4：遙控功能

————————————————————完畢————————————————————————————

歡迎探討，大家共同學習進步，歡迎高手指點！