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1、唐山工业职业技术学院毕业设计说明书二、 硬件电路图设计2 系 统 框 图本设计制作的是单片机控制的自动避障小汽车，以单片机为小汽车的“大脑”，红外线探头为小汽车的“眼睛”，电机为小汽车的“双足”。“大脑”控制“眼睛”去看前方是否有障碍物，当“眼睛”看到障碍后，由大脑来控制“双足”的行动方向。从而实现小汽车的自动避障。电路原理简单，结构明了。如图2.2.1为整个系统的框图。红外避障电路H桥控制电路电机80C51返回信号输入调制信号输出 图2.2.1 系统框图4 红外线避障电路 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。
2、 方案二：采用红外线避障。利用单片机来产生38KHz信号，并用250HZ的方波对红外线发射管进行调制发射，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行解调，输出TTL电平。外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜，故采用方案二。 红外线避障电路是小汽车的“眼睛”，其性能的好坏和抗干扰能力的强弱，就定了避障的准确性和灵活性。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的载波进行调制，这样能减少外界的一些干扰。 接收管采用HS0038A2型号，输出TTL电平，有利于单片机对信号的处理。避障电路采用红外线发射与接收原理，利用单片机产生
3、250HZ和38KHz信号，并利用单片机的中断对红外线发射管进行调制发射，发射距离远近由RW调节，由于本设计的小汽车行驶速度较快，所以调节避障距离为20CM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行解调，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。如图2.4.1所示红外发射红外接收80C51MH桥驱动 图2.4.1 红外线避障示意图1、红外线发射部分红外线发射电路通过单片机的控制，输出调制信号向前方发射，如果遇到障碍物后，红外光线被障碍物返回，被红外接收头接收，在其3脚输出250HZ方波信号，而其3脚和单片机的ITN0连接在一起，
4、故当遇到障碍物后，会给单片机一个外部中断0信号，通过外部中断0程序，来控制小汽车的左转或者右转。从而实现避障功能。图2.4.2所示为红外线发射原理图。P2.1输入的是250HZ的方波，P2.0输入的是38K的载波，D0处发射的就是调制好的发射信号。各个波形如图2.4.3 a)、b)、c)所示。 图2.4.2 红外线发射电路a). 38K载波 b). 250HZ调制信号c). 调制后波形图 2.4.3 红外线发射波形图 2、红外线接收部分 红外线接收电路如图2.4.4所示，红外线接收头在没有接收到红外信号时，INT0输出高电平，单片机不中断。在接收到信号时输出低电平，单片机中断。接收头采用HS0
5、038A2型一体化接收探头，其内部集成了输入部分、自动增益控制部分、控制电路、带通滤波器和解调电路。其内部框图如2.4.5所示 图2.4.4 红外线接收电路输入电路自动增益控制解调电路带通滤波器控制电路30KOUTVsGND 图2.4.5 HS0038A2型红外接收头内部结构由图2.4.5可知，经过调制后发射的红外线被接收头接收后，通过其内部的自动增益控制、带通滤波器和解调电路等在OUT处输出调制信号。因为本设计采用的是250HZ的调制信号，其周期为4000s，如果占空比为1：1，其半周期为2000s，如果把OUT端口和单片机的外部中断连接在一起的话，足以能够引起单片机的中断了。在中断程序中来
6、实现对障碍物的判断和控制小汽车的行驶方向。5 H桥驱动电路H桥驱动电路是小汽车的“双足”控制电路，对小汽车的行驶有着直接的影响。如图2.5.1所示，整个车体的驱动用两个H桥驱动电路，分别驱动两个直流电机，其控制口分别接单片机的I/O口，在此接在了P1口。在控制其行驶时，在P1.4为低电平的前提下，只要给P1.0、P1.1、P1.2和P1.3输出不同的高低电平就能控制小汽车的行驶，但是一定要注意的是，其中P1.0和P1.1的电平一定不能全为高电平，P1.2和P1.3的电平也一定不能全为高电平。现以P1.0和P1.1 如果全为高为例介绍其原理。H桥电路的正常控制原理是，当P1.0为高电平、P1.1
7、为低电平时Q6、Q3、Q2导通，Q1、Q5、Q4截止，所以电流的流向是从VCC Q2 Q3 GND，电机正转。如果当P1.0为低电平、P1.1为高电平时Q1、Q5、Q4导通，Q6、Q3、Q2截止，所以电流的流向是从VCC Q1 Q4 GND，电机反转。如果P1.0和P1.1全为高电平，则Q1、Q5、Q4、 Q6、Q3、Q2全部导通VCC和GND必将短路，将会损坏整个系统。因为整个系统没有设置看门狗系统，所以在系统死机后需要人工复位，考虑到复位时各I/O口输出全为高电平，为了防止整个系统死机后复位时输出全高电平损坏整个系统，所以在电源和整个电路之间加一PNP型三极管Q13，其基极接P1.4，当单
8、片机复位时P1.4输出高电平，Q13截止，整个电路不供电，保证了电路的安全性能。H桥控制原理图如图2.5.1所示： 图2.5.1 H桥控制电路当单片机和H桥控制电路连接完毕后，只要让单片机给出不同的数据编码，就能控制小汽车的行驶方向。下表2.5.1为不同的行驶方向所对应的16进制数码。表2.5.1前行左转右转后退停止81H06H09H0AH00H三、 软件设计1 程序流程图如图3.1.1所示为整个设计的软件流程图：开 始初始化延时2秒定时30秒前行 判断定时时间到否判断是否有障碍判断障碍物是否在左边左转右转结束是是否否是否 图3.1.1 程序流程图 2主程序 MAIN: SETB EA ;开总
9、中断允许MOV TMOD,#01H ;选择定时计数器工作方式1SETB ET0 ;开定时器0中断允许位SETB EX0 ;开外部中断0允许位SETB EX1 ;开外部中断1允许位 MOV TH0,#0F8H ;赋初值 定时2ms MOV TL0,#30HSETB TR0 ; 启动T0CLR P2.1 ;调制信号输出清零 MOV A,#81H ;前行 MOV P1,A ;前行/38K方波产生程序/ L0: SETB P2.0 L1: MOV R0,#6 L2: DJNZ R0,L2 CPL P2.0 LJMP L1/ SJMP $3红外线调制信号发生程序 红外线调制信号发生程序采用中断的方式来实
10、现的，用计数定时器T0定时2ms，中断时取反P2.1来控制图2.4.2红外线发射电路中Q1的通断，以此来产生250HZ的调制信号，来调制38K的红外载波，程序如下：DS0: CPL P2.1 ;取反P2.1MOV TH0,#0F8H ;重新装初值 MOV TL0,#30H RETI ;中断返回 4红外线载频信号发生程序 红外线载波信号采用软件延时来实现，利用单片机指令执行时间的长短来选择不同的指令和不同的执行次数，从而达到想要的延时时间，以下为38K载波发生程序： L0: SETB P2.0 L1: MOV R0,#6 L2: DJNZ R0,L2 CPL P2.0 LJMP L15避障程序
11、避障程序采用外部中断的方式来实现，因为在小汽车的前部安装了两对红外线探头，分别用来检测车体左边和右边的障碍物，当右边检测到障碍时引起外部中断1中断，控制小汽车向左转。当左边检测到障碍时引起外部中断0中断，控制小汽车向右转。程序如下：ZD1: MOV P1,#06H ;左转 MOV R5,#5 ;延时0.5SY2: MOV R1,#0FFH Y0: MOV R2,#0FAH Y1: DJNZ R2,Y1 DJNZ R1,Y0 DJNZ R5,Y2 MOV P1,#81H ; 前行 RETI ZD0: MOV P1,#09H ;右转 MOV R3,#5 ;延时 0.5S YS2: MOV R6,#0FFH YS0: MOV R4,#0FAH YS1: DJNZ R4,YS1 DJNZ R6,YS0 DJNZ R3,YS2 MOV P1,#81H ;前行 RETI附录 电路原理总图附录 系统程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H ;外部中断0入口地址即右转 LJMP ZD0 ORG 000BH ;定时计数器T0入口地址即产生250HZ方波 LJMP DS0 ORG 0013H ;外部中断1入口地址即左转 LJMP ZD1 ORG 0100HMAIN: SET
