简易智能避障小车设计说明书

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1、课程设计说明书8245270后备军官学院课程名 称:机电一体化综合课程设计 课程代码 学院（直属系）：年级/专业/班:07级/测控技术与仪器/国防1班学生姓名：罗德成学号： 312007110106134张恕远、龙宇2011年4月7日成绩： 任课教师:实验中心名称:时间:简易智能避障小车设计摘 要：本文对简易智能避障小车的设计过程进行了全面描述,包括主体设计 方案、各模块的硬件电路设计描述以及单片机控制程序的编写。以单片机 STC89C52为主核心控制模块，根据红外感测模块传输的前方路面信息控制电机工 作状态进而达到控制小车行驶走向的目的，涉及硬件和软件方面的设计开发。系统 要能够做到准确及时

2、监测前方路面信息并传输给主控模块，做到根据前方路面信息 及时调整小车的走向，达到躲避障碍物的智能行驶。关键词章，单片机，红外发射接收，L293D1前言11.1设计背景11.2设计目标11.3实施计划12总体方案设计 22.1系统原理组成框图23单元模块设计33.1各单元模块硬件电路介绍33.1.1主控模块电路33.1.2红外避障模块53.1.3电机驱动模块73.1.4 USB下载模块83.2主控制程序设计83.2.1设计思路83.2.2源程序94系统调试104.1调试过程104.2调试中遇到的问题105系统功能和结论116总结与体会137致谢148参考文献151前言11设计背景在科学探索及紧急

3、抢险中经常要对一些危险或人类不能直接到达的地域进行探 测，这就需要用机器人来完成。而机器人在复杂地形行进时自动避障是一项必不可少 也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。自动避障小车就是基于这一系统开发而成的。随着科技的发展，对于未知空间和 人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人自动避障功能的研发 有了重大意义。自动避障小车就是自动避障机器人中的一类。自动避障小车可以作为地域探索机 器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。1.2设计目标本设计是对以单片机STC89C52为核心的系统根据感测模块传输的前方路面信息控 制小车行驶走向的软、硬件

4、设计开发。系统要能够做到准确及时监测前方路面信息并 传输给主控模块，做到根据前方路面信息及时调整小车的走向，做到显示小车的走向 和小车已经行驶过的路程。1.3实施计划基于目前已经学习的专业知识和具备的软、硬件条件，我决定从以下四个方面实 现对自动避障小车的设计：(1) 红外避障模块实时监测路面情况并及时传输给单片机；(2) 单片机主控核心模块根据感测模块给予的信息控制小车两电机转动；(3) 电机驱动模块驱动两电机转动，实现转向与行走；(4) 液晶显示模块显示走向和已行驶过的路程。2总体方案设计2.1系统原理组成框图感测模块主控模块逻辑模块液晶显示模块图2.1系统原理组成框图系统主要原理是：通过

5、红外避障模块（即感测模块）实时监测路面情况并及时传输 给单片机。由单片机主控核心模块根据感测模块给予的信息控制小车两电机转动工作 状态。电机驱动模块驱动两电机转动，实现前进与停止。而液晶显示模块显示走向和 已行驶过的路程。3单元模块设计3.1各单元模块硬件电路介绍本系统主要分为四个单元模块，它们分别是单片机主控核心模块、红外避障模 块、电机驱动模块、USB下载模块。各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。311主控模块电路主控模块电路图如图3.1所示，下面对其做简要介绍。(a)模块功能简介该模块主要用于智能小车的控制和电机的驱动。主控芯片采用高校中教材所讲的 51系列单片机(89C52)。驱动

6、芯片采用外围最简洁的L293D芯片。可以插1602液晶显 示当前智能车的一些运行信息。(b )模块原理模块原理如图一所示。主要由89C52最小系统加外接插件和一些输入输出指示组 成。输入部分主要是四位的拨码开盖开关，输出部分为四个发光二极管和1602液晶。 为了为外接传感器和驱动芯片提供电源，在电路中加入了扩展电源的插针。(c )模块焊接可以对照原理图上的标号在PCB中的位置进行焊接，也可以对照已经焊接好的主控 板进行焊接。(d)模块使用注意事项此模块在使用中要使用四个发光二极管作为一些指示时必须把二极管的排阻的VCC 端与旁边扩展的电源VCC焊接在一起。注意到电机驱动293D的供电是和单片机

7、供电隔离开的，并在板上引出了俩个接 口。目的是防止293D工作时对板上传感器的影响。建议使用分开供电。在板上有块空区域可以自己添加一些元件如电容、电感等来达到稳定电压的作 用。n -HJ.s乍JLllllMXH m-LndNZI Em J 口 OKRb&bo- TtUWXISEA细 rimdxl rt-c&uo- 0X0 Rs IXJliLno TUltlMI 1=1 h=L2寸*專_rLduA*JT|! -3 I- VI .i T sl Ik1ir-Td PT* FT* 寸茫!-& k厂1 T F呵谊h q u叮哼 可中令吟耳吟令中n n 1 tiPiAOiftPiAAp!4 4 44LkS

8、SUJ21-=. 自勺 E白E Erixsan5Hr-ooJ-:;11弟=JX3_-mi亠07-l计Q图3.1主控模块电路(e)STC89C52单片机性能优点课堂上我们学习的是8051单片机，但实际应用中现在我们是不会再用8051单片机 了。学习8051单片机是学习一种方法，学习单片机的基本结构、指令。现在单片机种类繁多，各有各的优点，结合具体情况恰当选择单片机型号也是非 常重要的，在此系统中采用STC89C52为主控模块芯片，选此芯片的理由是：1与MCS-51单片机完全兼容：指令兼容，引脚兼容；2高保密性：无法读出，因此无法解密；3超强抗干扰能力：电源、I/O接口、时钟均有抗干扰措施；4.高

9、可靠性：宽电压范围：不怕电源波动，5V产品3.4V6V；宽温度范围：一40C85C；5低电磁辐射：可禁止ALE输出，降低辐射；可选6时钟/机器周期，降低晶振频率，降低辐射；单片机时钟振荡器增益可设为1/2；6.超低功耗：掉电模式典型功耗：WluA，可由外中断唤醒：空闲模式典型功耗：2mA；正常工作典型功耗：4 mA7 mA；7可在线编程，节约投资；8强驱动能力，无论灌电流还是拉电流，均优于MCS-51单片机；9高速度，最高晶振达到90MHZ;10内部资源更丰富，与MCS-51单片机相比增加了：T2定时/计数器；内部数据存储器RAM增加了 18倍；自带A/D和PWM；有 P4 口；312红外避障

10、模块红外避障模块电路图如图3.2所示。COK6图3.2红外避障模块电路图(a)模块功能简介此模块用于探测模块前方的障碍物，探测障碍物的距离可以通过精密电位器调 节，探测距离最远可达一米。(b )模块原理如图3.2所示，此模块是由发射与接收部分组成。发射部分由NE555组成多谐振荡 器产生38KHz的红外光，发射频率可通过精密电位器调节，但中心频率一般在38KHz。 接收部分是38KHz的一体化红外接收头，当接收到障碍物发射回来的红外光时在原理图所示的第一引脚上返回低电平。(c )模块焊接焊接好的模块如图3.3所示。图3.3焊接完成后的模块在焊接过程中由于电阻电容封装大多是0603所以体积较小，

11、因此焊接需要一定的 焊接技术基础。首先要注意每个电阻的阻值，其次最容易犯错的一点就是将NE555芯片焊接反向弄反。最后还有一点就是发射管的正负端不能焊接反，以上事项在焊接中一 定要细心。(d)模块使用注意事项在使用过程中，电源中串入的干扰会影响模块功能的实现，特别是电机带给模块 的干扰，在调试车的过程中如发现在没障碍物时模块指示灯会闪亮，说明存在干扰。 在用电脑的USB的接口供电时也会产生干扰，建议用干电池供电。或者可以尝试在位驱 动芯片提供电源的VCC上串接一个电感可以减小干扰，或者自己查阅一些防干扰的措 施。在模块探测距离远近的调节时可以两个电位器配合调节。3.1.3电机驱动模块为解决驱动

12、能力和多台电动机驱动，同时兼顾元件数不能过多，近年来微型直流 电动机驱动多采用专用集成电路，其中使用L293驱动较为常见。L293逻辑“0”输入 电压为1.5V,可以免除1.5V以下的干扰，内置钳位二极管，支持高达5KHz的开关应 用，控制电源与驱动电源分开，51单片机可直接驱动，能同时驱动二台微型直流电动 机。本电路正反转和调速都非常方便，IN1、IN2同电平，M1停止，异电平两种组合对 应正反转，IN3、IN4用于驱动M2。调速控制既可以从电机电源Vs着手对二台微型直流 电动机同时处理，也能在L293使E1、E2直接调节高低电平的占空比对二台微型直流电 动机同时或分别解决。其原理图如图3.

13、4所示：VCC；L293D3INIOUT2IN2OUT3OUT41114IN3GKD12图3.4电机驱动模块原理图3.1.4 USB下载模块USB下载器可以给单片机开发板供电可串口通信。具体连线是：单片机板的VCC和 下载器的5V相连；GND和下载器的GND （注意是靠近5V的GND）相连；P3. 0和下载器的T相连；P3.1和下载器的R相连。如图3.5所示。图3.5 USB下载模块13.2主控制程序设计3.2.1设计思路我们的设计思路比较简单，通过红外检测信号触发单片机对电机进行控制，引导 小车完成避障功能。具体来说，当小车行进过程中，如果遇到障碍，左红外检测头亮灯时，收到一个 低电平，左电

14、机停止工作，右电机正常工作，小车左转避开障碍。同理，右红外检测头亮灯时，收到一个低电平，右电机停止工作，左电机正常工 作，小车右转避开障碍。基于此思路，我们编写了C语言源程序。3.2.2源程序用C语言编写的程序如下：#include sbit P1_O = 0x90;sbit P1_1 = 0x91;sbit P1_2 = 0x92;sbit P1_3 = 0x93;sbit P1_4 = 0x94;sbit P1_5 = 0x95;void main()P1_0=1;P1_1=0;P1_2=1;P1_3=0;while(l)if (P1_4=0)P1_1=1;elseP1_1=0;if(P1_5=0)P1_3=1;elseP1_3=0;4系统调试4.1调试过程将编译好的程序下载进入单片机后，接通电源，观察小车是否按照预想的设计思 路工作，在调试过程中，发现问题，解决问题。4.2调试中遇到的问题在调试过程中，我们也遇到