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1、前前 言言 - 随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到 生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来 越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。 红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自 动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视 觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方 障碍物检测，并判断障碍物远近。 由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设 计的目标。 本设计通过小车这个载体再结合由 AT89S51 为核心的控制板可 以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、 555 组
2、成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整 个设计。 1 目录目录 前言前言 -1 目录目录 -2 摘要摘要 -3 功能概述功能概述 -3 硬件设计硬件设计 -3 避障电路避障电路 -4 单片机电路单片机电路 -7 电机转速控制电路电机转速控制电路 -7 电源电路电源电路 -8 8 电机驱动电路电机驱动电路 -9 9 主程序设计主程序设计 -12 小结小结 -23 参考文献参考文献 -23 2 1.【1.【摘摘 要要】:】: 本文提出一种智能避障小车的设计方法，利用红外 技术检测障碍物信息，采用AT89S51单片机进行实时控制，实现智能 避障，智能小车采用后轮驱动，两轮各用一个直流电
3、机控制，避障 用的传感器采用红外漫反射式传感器。 【关键词关键词】:】: 避障 光电开关 差分控制 LCD 2.2. 功能概述功能概述 智能小车采用前轮驱动，前轮左右两边各用一个电机驱动，分 别控制两个轮子的转动从而达到转向的目的，后轮是万向轮，起支 撑的作用。将三个红外线光电传感器分别装在车体的左中右，当车 的左边的传感器检测到障碍物时，主控芯片控制右轮电机停止左轮 转动，车向右方转向，当车的右边传感器检测到障碍物时，主控芯 片控制左轮电机停止转动，车向左方转向，当前面有障碍物时规定 车右转。于此同时测定速度并显示，在避障小车前进的同时从LCD点 阵液晶显示器上显示小车当时速度。在小车左转或
4、右转时在显示器 上显示出左或右。 3 3硬件设计硬件设计 如下图所示，是本次设计智能小车的电路框图。以AT89S51为电 路的中央处理器，来处理传感器采集来的数据，处理完毕之后以便 3 去控制电机驱动电路来驱动电机。电源部分是为整个电路模块提供 电源，以便能正常工作。 4.4. 避障电路避障电路 （1 1） 障碍物探测方案的选择障碍物探测方案的选择 方案一：脉冲调制的反射式红外线发射接受器。由于采用该有交流 分量的调制信号，则可大幅度减少外界干扰；另外红外线接受官的 最大工作电流取决于平均电流。如果采用占空比小的调制信号，再 品均电流不变的情况下，顺势电流很大（50100mA），则大大提高 了
5、信噪比。并且其反应灵敏，外围电路也很简单。它的优点是消除 了外界光线的干扰提高了灵敏度。 4 方案二：采用超声波传感器，如果传感器接收到反射的超声波，则 通知单片机前方有障碍物，如则通知单片机可以向前行驶。市场上 很多红外光电探头也都是基于这个原理。这样不但能准确完成测量， 而且能避免电路的复杂性 由以上两种方案比较可知。方案二要比方案一优势大，市场上 很多红外观点探头也都基于这个原理。其电路简单，工作可靠，性 能比较稳定。从而避免了电路的复杂性，因此我先用方案二作为小 车的监测系统。 避障电路采用漫反射式光电开关进行避障。光电开关是集发射 头和接收头于一体的检测开关，其工作原理是根据发射头发
6、出的光 束，被障碍物反射，接收头据此做出判断是否有障碍物。当有光线 反射回来时，输出低电平；当没有光线反射回来时，输出高电平。 单片机根据接收头电平的高低做出相应控制，避免小车碰到障碍物， 由于接收管输出TTL电平，有利于单片机对信号的处理。 光电开关工作原理：光电开关工作原理： 光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 光电开关在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检 测电路。 避障电路如下： A 1 B 2 C 3 G2A 4 G2B 5 G1 6 Y7 7 Y6 9 Y5 10 Y4 11 Y3 12 Y2 13 Y1 14 Y0 15 U 74LS1
7、38 1 2 3 U3A 74LS084 5 6 U3B 74LS089 10 8 U3C 74LS0812 13 11 U3D 74LS08 1 2 3 U4A 74LS08 P2.0 P2.1 1 2 3 P3 E3F_DS30C4 1 2 3 P1 E3F_DS30C4 1 2 3 P2 E3F_DS30C4 中 中 中 VCC 中中中中中中 中中中中中中 5 避障电路功能表： 传感器避障电路输出（上升沿动作） 左中右左转信号(P2.1) 右转信号 （P2.0） 待执行命令 000 右转 001 右转 010 右转 011 右转 100 左转 101 右转 110 左转 111 前进 注
8、解（“0”表示有障碍物； “1”表示无障碍物） 4.4. 单片机电路单片机电路 本设计的主控芯片选择AT89S51，负责检测传感器的状态并向电 机驱动电路发出动作命令。复位电路采用手动复位。 单片机电路如下： 6 5.5. 电机转速控制电路电机转速控制电路 由555时基电路构成多谐振荡器提供一个 PWM信号，通过控制该 信号的占空比来实现电机调速。 阻容元件的取值初步定为图中所示。 多谐振荡器如下： 其中占空比： q=(R1+Rx1)/(R1+R2+Rx) TRIG 2 OUT 3 4 CVOLT 5 THOLD 6 DISCHG 7 8 1 RESETVCC GND U 555 1K R1
9、1K R2 5K Rx D1 1N4148 D2 1N4148 0.01F C2 10F C1 VCC PWM EA/VPP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD/P37 17 WR/P36 16 P32/INT0 12 P33/INT1 13 P34/T0 14 P35/T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26
10、27 P27 28 PSEN 29 ALE/PRDG 30 P31/TXD 11 P30/RXD 10 AT89S51 12 Y 11.0592MHz 30pFC1 30pFC2 22F C3 1KR1 220 R2 VCC RESET VCC 中中中中中中 中中中中中中 1 2 JP1 1 2 3 4 5 6 JP2 GND 1 VCC 2 VO 3 RS 4 RW 5 E 6 DB0 7 DB1 8 DB2 9 DB3 10 DB4 11 DB5 12 DB6 13 DB7 14 BG VCC 15 BG GND 16 LCD 1602 LCD1602 VCC VCC 10K R3 RP
11、10K OV 1 2 3 E3F_DS30C4VCC 7 周期：T=(R1+R2+Rx)Cln2 6.6. 电源电路电源电路 本系统所有芯片都需要+5V 的工作电压，而干电池只能提供的 电压为 15V 的倍数的电压，并且随着使用时间的延长，其电压会 逐渐下降，则需要 LM7805 稳压芯片。L7805 能提供 300 至 500mA 的电流，足以满足芯片供电的要求。虽然微处理器和微控制 器不需要支持电路，功耗也很低，但必须要加以考虑。 电源电路拟定为： 7.7.电机驱动电路电机驱动电路 市场上用很多种类的小电压直流电动机，很方便的选择到。主要 有普通电动机、和步进电动机。 U LM358 Vi
12、n 1 GND 2 Vout 3 LM7805 6K R3 100K R4 2K R5 4K R2 50K R1 0.01F C4 Q NKT129 Battery S SW-SPST 1000F C1 10F C2 10F C3 GND +5V 8 方案一：采用步进电机，步进电动机的一个显著的特点就是具 有快速启动和停止能力，能够达到我们所要求的标准。如果负荷不 超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即是步进电机启动 或反转。其转换灵敏度比较高。正转、反转控制灵活。但是步进电 机的价格比较昂贵，对于我们的现状相差太远。 方案二：采用普通的直流电机。直流电机具有优良的调速特性， 调速平滑、
13、方便。调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负 载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转。能满足各种不容的 特殊运行要求。 由于普通直流电机价格适宜，更易于购买，并且电路相对简单， 因此采用直流电机作为动力源 本设计采用差分放大驱动使电机正反转从而做到前进，左转右转。 采用四个大功率晶体管组成 H 桥式电路，四个大功率晶体管分为两 组，交替导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控 制电机的运行。该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与 截止状态下，效率非常高，并且大功率晶体管开关的速度很快，稳 定性也极强，是一种广泛采用的电路。 采用与门对两电机进行选择控制，从而实现前进、左转、右转。 9 驱动电路原路框图如下： 电路图如下： 注释：将圆盘 12 等分 半径 2CM，周长 4*pi .用 程序设定 1S 内采集到的脉 Q7 NPN8050 Q1
