【《红外传感智能避障小车设计》7000字（论文）】.docx

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1、目录第一章绪论21.1 概述21.2 课题背景21.3 主要工作内容3第二章总体设计方案42.1 功能需求42.2 系统组成原理42.2.1 P89C51RA主控芯片52.2.2 直流电机模块52.2.3 红探外测模块6第三章硬件设计83.1 系统设计框图83.2 主控系统设计83.3 电源设计93.4 电机驱动设计93.5 红外传感设计103.6 小车总体原理图设计10第四章软件设计124.1 主函数设计124.2 驱动模块函数12第五章软件与硬件的测试145.1 硬件调试145.2 红外反射测试145.3 电机调试145.4项目成果展示145.5调试过程中遇到的困难和解决方法15结论16参

2、考文献17致谢错误!未定义书签。红外传感智能避障小车设计摘要：智能避障是如今众多汽车生产中不可块少的功能之一，随着人们生活条件的改善，汽车逐渐流入每家每户，大量的人民选择汽车为代步工具，如果一辆汽车有着智能系统,就可以省去人们更多的操作，给人以全方位的体验。基于51单片机P89C51的智能避障系统,如果小车的周围有障碍物，就可以通过红外避障传感器检测到，并且自动躲避，使得小车能平稳和安全行驶，这项技术有着很大的开发前景和意义，能够有效的减少现实驾驶中出现的交通事故。关键词：智能避障，P89C51,红外避障传感器第一章绪论1.1 概述目前人们的汽车都携带近距离障碍检测系统，这让我们在停靠汽车的时

3、候能够最大限度减少与相邻车辆的碰撞，并且准确的停在车位上。车辆可以通过红外传感器和超声波传感器等检测到周围的障碍物，并发出信号，提醒驾驶员及时控制汽车，避免碰撞磨损。基于自动导引系统，实现识别路线，利用传感器识别障碍物，进而执行相应的动作。探测装置是本设计不可或缺的一部分，只有探测到正确的数据，才能进行后续的一系列工作。因此在探测装置的设计中，必须认真考虑一些可能干扰探测的因素。最常见的探测装置有红外探测器和超声波探测器，因为此设计仅仅是智能避障系统的一个雏形，后者成本较高，所以选用红外探测器更为合适。因为强烈的光线会干扰红外接收器，所以实验在光线昏暗的室内进行最好，便于操作能够尽量减少环境光

4、对探测信号的干扰，然后实行正确的功能。1.2 课题背景从开始的手动挡汽车到现在的自动挡汽车，汽车产业的发展无比迅速，人们的出行越来越多的依赖汽车。但是随着挨家挨户都有了汽车，拥堵的道路困扰着我们的生活，司机的长时间超负荷驾驶容易引发意外，人们在享受生活的便捷的同时，却不可避免地伴随着一些隐患。这时候智能汽车的智能系统设计就能体现醋她的用处，当汽车距离障碍物近时，智能汽车就会自动启动警报器，提醒司机小心驾驶，若是司机反映不过来并还是没有小心开车，智能汽车将自行减小速度或者是自行停靠在停车位。开发汽车的智能系统在保证人类生命安全上有着重大的意义，人们在遇到突然事件的时候，容易惊慌失措，大脑不能快速

5、的反应过来，并且采取相应的措施,导致事故的发生。而智能系统可以排除人类恐惧情感的影响，只通过数据来识别情况，在相应的情况下采取相应的行动。在一些科幻电影中，我们可以看到探测月球的宇航员，通过控制一辆无人驾驶的车达到探测的目的，毕竟人类本生的能力有限，而这时候，智能小车就能够代替人类在没有任何危险的情况下达到目的。实际生活中，比如深海探测，人们就不用亲自潜入深海。在我们进行考察的时候，偶尔会遇到一定的危险，是人类不能踏足的，此刻我们便需要用到科学勘探车，在智能车上装置探头，可以帮助人们去执行很多无法实行的考察。汽车产业无疑有着广阔的前景，而中国在这产业上的实力相对薄弱，加大在这产业上的研发，必定

6、能够带来经济的发展。试想，如果有一天驾驶汽车能够像乘坐电梯一样，我们只需要确认目的地，便可以到达。而汽车有着自动导航，在复杂的路线上行驶自如，并且所有的汽车都在一个巨大的互联网上，能够自动选择路线，公路上将不再出现拥堵，甚至不需要红绿灯，不需要交警维持秩序。智能是人类将来发展的主要途径，他不用人亲自操作，自己就可以根据原先设置好的运行方式，自己便能运行，就能达到预定的期限要达到的效果，这种小车的红外探测避障功能，能够帮助许多半自动机器人的发展与大众化具有很大的价值。并且小车可以成为玩具的研究方向。智能系统无疑能给我们带来巨大的益处，长期地研发此项技术，必定有着飞跃性的发展。1.3 主要工作内容

7、本项目主要开发一个智能避障的小车，小车通过直流电机给予的电力，能够在地面上行驶。在小车上装有检测装置，能够发现周围的障碍物，并且形成电信号，通过小车上装配的单片机系统，对这些电信号进行处理，通过改变电流在直流电机电路中的流动方向，达到控制小车的方向和快慢，进而躲避开障碍物的目的。当小车在行驶中遇到物体的组织的时候，检测到的距离大于50厘米的时候,小车正常行驶，当探测的距离少于这个数值是，小车自动减速慢行，当检测距离小于20厘米的时候，小车自行转向臂章。在整个避障的工作中，探测装置是本设计不可或缺的一部分，只有探测到正确的数据，才能进行后续的一系列工作。因此在探测装置的设计中，必须认真考虑一些可

8、能干扰探测的因素。最常见的探测装置有红外探测器和超声波探测器，因为此设计仅仅是智能避障系统的一个雏形，后者成本较高，所以选用红外探测器更为合适。因为强烈的光线会干扰红外接收器，所以实验在光线昏暗的室内进行最好,便于操作能够尽量减少环境光对探测信号的干扰,然后实行正确的功能。第二章总体设计方案2.1 功能需求在此设计之前，我们先确定所设计的产品需具备的功能，为了实现此项功能所需要查阅的资料和准备的材料，如此才方便我们着手于设计的实现。此项设计，我们的主要研究的内容是实现小车的智能避障功能。首先问题是小车的动力，在此我选择的是直流电机，这里选择的是软件模拟PWM输出调制，它能够给小车提供动能，让小

9、车行驶。小车的电机功率低，而车上又装有电池，单片机等器件，直流电机的负担还是很重的，因此在轴上装有3级减速齿轮。在小车行驶的基础上,达到躲避障碍物的功能，因此还需赋予小车改变方向的能力，而不仅仅是直线行驶，为此在直流电机电路上的设计，我选用了“H桥式驱动电路”。改变小车的方向意味着改变电流的流动方向，只需要改变该电路各三极管间的导通情况。第二个便是障碍物的检测方式，小车行驶中只有先准确的检测到障碍物，才能进而执行躲避。因此探测器的设计是重中之重。我们所熟悉的探测器有很多，诸如超声波、红外线、雷达和激光等，雷达测距受天气等影响，还要求电磁兼容，成本较高。激光测距虽然精度较高，速度快和量程远，但是

10、制作起来十分麻烦。超声波测距要求障碍物的表面光滑，否则很大影响接收信号的准确性。小车要能感应到障碍物，并采取相应的躲避动作，只需要粗略的感知到障碍物就可以了，因此，在传感器上，我们并不需要昂贵的CCD传感器，综合各种探测器的优缺点，最后选定了红外反射式探测器。为实现此项目，接着得选择一个合适的主控芯片，考量到操作简单和成本，选择了P89C51RAo2.2 系统组成原理按照此设计的功能需求，确定的方案如下：在小车上安装红外探测器，探测器探测到障碍物时，将信息反馈给主控芯片，然后主控芯片发出指令控制小车的避障动作，使小车自行转弯，取的避障的结果。智能小车由电机驱动部分、电机电源单元、检测部分和主控

11、模块这四大部分组成。各模块实现的功能如下：电源模块：将电源提供给小车作为行驶的动力；直流电机驱动模块：驱动直流电机控制小车的速度和方向；红外探测模块：探测到障碍物并且把信息反馈给主控芯片；P89C51主控模块：发送和接收检测器的信号，通过程序处理计算，控制电机使得小车避障。2.2.1 P89C51RA主控芯片P89C51是由飞利浦公司推出的一个增强型MCS-51单片机系列。它的内部带有非易失性f1ash程序存储器，片内f1ash闪存有8K。P89C51具有多种优越功能，如：B时钟/机器周期模式、片内硬件看门狗和内部扩展RAM等。T21.0T-O-却8T2EXP1.1I园PogADOEcVP12

12、叵到PO.VADICEXaPI.3叵可PO.2FAD2CExVp14叵国P03A03CEX2/P1.5叵到PO.*ACMCEXRPIJ6叵列POsAD5CEX4/P1.7叵到POdAD6RST叵司PO.77AD7RXDQ3.0叵DUA1IN-1INE列HWmTXDgI叵PACKAGE国A1EFROGINT0P32i2司PSEKT丽而33叵药P2.77A15Tg3.4但可P2.A14TVp3.5叵西P2SA13WRP3.16国P2.*A12RDFP3.724P23A11XTA12但到P22A10XTA11叵园P2.VA9Vss叵列P2.tfA8图2-1其引脚如图2-1。P89C51有着三种封装方

13、式，分别为40脚DIP、44脚P1CC和44脚1QFP。该系列单片机中的RA2/RB2/RC2在原来8052标准内置256字节RAM的基础上又扩展了256字节ERAM,达到了512字节内置RAM。P89C51RD2则扩展了768字节ERAM,共有1024字节内置RAM。在对单片机的固化程序升级时，不再需要频繁地插拔单片机芯片，轻松地在单片机系统电路板上对单片机芯片内固化的程序进行升级。单片机方便快捷，有着资源丰富，强大的控制和可位寻址功能，同时价格低廉，可以实现小车的避障目的。2.2.2 直流电机模块为了小车的机械系统稳定，设计上应该多加考虑。小车的电机功率低，而车上又装有电池，单片机等器件，

14、直流电机的负担还是很重的，因此在轴上装有3级减速齿轮，电池的安装位置应该在小车的中心下方，这样可以提高车体的稳定和车轮的抓地能力。直流电机由直流电源供电，“H型桥式电路”分为双向三极管和电机部分，电源发电，导通电路上的三极管，这时候电流经过电机，小车启动。电机的转动方向通过改变输入量，调整三极管的导通情况来改变。“H桥式电机驱动”如图2-2所示。图2-2这样的双极型脉冲调宽的方法有很多的好处，比如较好的低速平稳。电流的连续性，使能信号能够调整脉宽。小车通过直流电机给予的电力，能够在地面上行驶。在小车上装有检测装置，能够发现周围的障碍物，并且形成电信号，通过小车上装配的单片机系统，对这些电信号进

15、行处理，通过改变电流在直流电机电路中的流动方向，达到控制小车的方向和快慢，进而躲避开障碍物的目的。2.2.3 红探外测模块此设计选用了红外反射式光电传感器，它可以发出红光外线，红外线碰到物体后反射回传感器，物体反射的红外线就是输入信号，小车距离物体越近，信号强度越大，以信号强度作为躲避障碍物的依据，我们所熟悉的探测器有很多，诸如超声波、红外线、雷达和激光等，雷达测距受天气等影响，还要求电磁兼容，成本较高。激光测距虽然精度较高，速度快和量程远，但是制作起来十分麻烦。超声波测距要求障碍物的表面光滑，否则很大影响接收信号的准确性。小车要能感应到障碍物，并采取相应的躲避动作，只需要粗略的感知到障碍物就可以了，因此，在传感器上，我们并不需要昂贵的CCD传感器，综合各种探测器的优缺点，最后选定了红外反射式探测器。该传感器的电路如图2-3图2-3反射式传感电路第三章硬件设计3.1 系统设计框图本项目中红外传感器和直流电机都是由核心芯片P89C51控制。电机给小车提供动力，当小车周围有障碍物时，发射出去的红外线便会被反射回来，传感器将接收