红外避障智能遥控小车

本文设计了一款基于单片机技术的红外避障遥控智能小车,它能自动检测小车与周围障碍物的距离,传输到单片机,并立刻作出反应。本设计的核心以STC89C52RC为电路的中央处理器,辅加由红外传感器组成的避障电路、电源电路、L298N驱动电路完成设计。随着科技的进步,现在的车辆不能满足人们日益增长的生活品质的需求,通过对智能化车辆的研究,可以有效地缓解交通压力,降低汽车行驶成本,很大程度上保证驾驶员的生命财产安全,提高交通安全性。智能车集环境感知,辅助驾驶等功能于一体,包括自动避障,保持安全车距,自动报警等功能,是一个真正的高新技术产业,并且可以和智能化家居合作,实现智能一体化生活,因此拥有着非常广阔的发展前景。关 键 词单片机STC89C52RC;避障模块;电机驱动模块; 蓝牙控制模块AbstractThis paper designs an infrared obstacle avoidance remote control intelligent car based on the single chip microcomputer technology, which can automatically detect the distance between the car and the surrounding obstacles, transmit to the single chip microcomputer, and make an immediate response. The design of the core STC89C52RC as the circuit of the central processor, supplemented by the infrared sensor composed of obstacle avoidance circuit, power circuit, L298N driver circuit to complete the design. With the progress of science and technology, the current vehicles can not meet peoples growing demand for quality of life. Through the resea *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072# 
rch on intelligent vehicles, traffic pressure can be effectively alleviated, driving costs can be reduced, to a large extent, the safety of life and property of drivers can be guaranteed, and traffic safety can be improved. Intelligent car integrates environment perception, auxiliary driving and other functions into one, including automatic obstacle avoidance, safe distance keeping, automatic alarm and other functions. It is a real high-tech industry, and it can cooperate with intelligent home to realize intelligent integrated life, so it has a very broad prospect of development.一、引言 1二、设计方案 2三、模块设计 2(一)无线模块设计 3(二)显示模块设计 3(三)避障模块设计 4四、智能车机结构设计 4(一) 底板设计 5(二)MCU的选型 5(三)L298N电机驱动电路设计 6(四) LCD1602显示电路设计 6(五) 电源电路设计 7五、 主程序设计 7六、调试结果分析 8(一)蓝牙遥控调试及结果分析 8(二) 红外避障调试及分析 9七、总结 9致谢 10参考文献 10附 录A 11附 录B 12附 录C 13引言随着汽车工业日益发展,人们生活品质越来越高,智能汽车的研究提上了日程,率先展开智能小车研究的国家有美国,德国,日本等这些工业国家,他们在有关政策的推动下,以及研发资助的鼓励下,在智能车技术上有显著优势,我国的智能车研究较晚,在20世纪中后期才开始发展,在国家的技术发展支持下如863、973,才开始大范围的进行智能车的研究发展。现在全国各高校都比较重视智能车这个项目的研究,全国或者省内的电子大赛都会有智能小车这方面的题目。在本设计中,智能电动小车可以无线遥控,自动避障。目前的无线遥控包括蓝牙,红外,射频等几种实现方法,其中蓝牙无线技术拥有着一些优势,在信息家电方面应用广泛,可以各种家电共用遥控,还可以与互联网连接,共享信息,十分方便快捷,但是其传输距离短,价格贵,是它的短板,随着科技的发展,这些问题正在慢慢解决,因此蓝牙无线遥控有广阔的应用前景。二、设计方案制作本设计时有两种设计方案,一是数字电路设计方案,二是基于单片机芯片的应用设计。采用数字电路设计,组成小车控制系统,对无线控制信号,外围避障信号,进行处理。本电路复杂性高,效率低,不利于小车智能发展,对信号处理困难。而单片机应用设计则是以STC89C52为主要芯片,通过无线模块、显示模块以及自动避障模块的的相配合,来实现规避危险的功能。此设计方案的有点就在于STC89C52单片机以MCS-51为内核,内置系统稳定,足以支撑整个电路的运行的功能分配,同时芯片采用高性能CMOS8位微控制器,功耗低存储记忆强大。基于无线遥控智能车所需的行驶记忆储存程序以及自动避障的需求,本设计采用单片机应用设计方案。三、模块设计(一)无线模块设计通过无线控制智能小车,对其远程操控,可以代替人类去执行一些危险项目,使得人类安全性大大提高,目前的主流短距离传输技术包含两类一种是红外无线技术,另一种是频段射频通信技术,两种技术之间相互竞争又相互补充、相互配合。根据几种通信技术优势比较,综合而言我最终选择了更为广泛应用的蓝牙模块作为通信模块。蓝牙模块可以实现上位机和下位机数据的相互传输。在本设计中采用HC05(如图2)蓝牙模块,简单地说,本设计主要是通过蓝牙转串口模块,相当于使用单片机串口通信,实现上位机和下位机的无线通讯。当一个蓝牙设备与另一个蓝牙设备连接成功后,我们可以直接把蓝牙当做串口使用,两个设备建立起连接,使用同一个通道传输。也就是相当于同一个串口,通过一个设备来发送数据到通道,另一个设备在通道中接收传输过来的数据。 图1、 HC05蓝牙模块实物图图2、 HC05蓝牙模块实物图(二)显示模块设计小车的运动时的速度,位置以及运动时间都主要是通过显示模块来体现,一般生活中我们经常使用的显示器件主要有LCD显示器,点阵屏,数码管等。在设计中,有三种设计方案都可以作为显示模块,第一种是通过8位数码管去显式,它的优点在于电路和设计都比较简单,但是由于小车行驶过程中,其速度,位置一直在变动,需要循环显示,因此可能占用资源比较多,而且8位数码管体积比较大,不利于其他硬件安装。第二种方法则是采用显示器显示,LCD1602显示器采用集成显示模块,电路结构简单,并且液晶显示屏体积小,消耗电流小,更加节能,同时软件实现较为简单,第三种手机显示,通过串口软件,小车实时发送行驶信息,实时监控小车,并且不需要其他任何的外部硬件,可以给其他硬件预留更多的位置,但不能直接从小车上直接观察。通过开发难易度和模块成本的综合考虑,我们最终选取了LCD1602显示器,它操作简单且成本低,适用于此类小型设计的应用开发。(三)避障模块设计/图2、 红外传感器电路图红外式探测传感器避障模块检测范围0.01-0.5M,范围较广泛,同时它具有低环境要求、低成本且已开发等优点,电路实现简单,但抗干扰性较普遍。通过综合考虑,在小车的左后和右前方各安装一个红外式探测传感器,来实现红外避障功能。四、智能车结构设计(一) 底板设计底板是车体最主要的部件之一,是支撑其他硬件设施的基础,可以固定智能车其他零部件的。在本设计中,底板采用亚克力板材,安装方便,可靠性高,稳定性强,安装的主要硬件有红外传感器,L298N驱动电机,stc89c52rc单片机,LCD1602显示器,HC05蓝牙模块,其余槽孔可以以后安装其他硬件,如图4所示。/图3、 智能车底板图 (二)MCU的选型在单片机应用系统的硬件电路中,设计必须要包含两方面内容第一个是系统扩展,也就是单片机内部功能单元,,如RAM﹑ROM ﹑定时/记数器、I/O口﹑中断系统等,当系统内部功能单元不能够满足应用系统的要求,我们就必须在片外进行扩展,选择芯片,设计电路。第二个是系统配置,既根据功能需要,配置不同的外围设备去满足系统要求。在本次设计中,我选择使用的是STC89C52RC单片机,STC89C52RC通过一块电路芯片,把控制应用所必需的基本内容集成在一起。按照功能划分,它主要包含以下功能部件即内置8路高速10位A/D转换、数据存储器、微处理器、并行I/O口、程序存储器、串行口、内置看门狗、PWM发生器、定时器/计数器、独特波特率发生器、中断系统及特殊功能寄存器等。它们依然采用的基本结构是CPU加上外围芯片,通过片内单一总线连接。STC89C52RC硬件结构功能部件种类全,功能强,计算速度快。图4、 STC89C52RC(三)L298N电机驱动电路设计/图5、 L298N电机驱动电路图L298N驱动模块广泛应用于机器人设计以及智能小车设计中,它具有卓越的性能特点启动性能好,转矩大。其工作电压可以达到36V,4A。还可以调节电机转动方向,调速,可以同时驱动两台直流电机。/图6、 L298N内部结构图 在L298N内部结构中有与门、非门、三极管组成的两组电路,其被称作H桥路,因为排列形状像一个英文字母“H”。通过控制三极管通断,使电机旋转或者停止,通过不同三极管导通,可以改变电流流向,然后来控制电机转向,使ENA与ENB端口始终置一,然后可以通过LN1,LN2,LN3,LN4输入状态改变电机转向。(四)LCD1602显示电路设计 在设计中,我们采用手机显示和LCD1602液晶显示屏相互配合使用,来构成一个显示电路,LCD1602显示屏装载在智能小车上做显示设备,液晶显示屏显示质量高,并且不会闪烁模糊,它每个点收到信号后就会持续性保持色彩亮度,恒定发光,稳定性高,液晶显示器是数字式的,因此和单片机接口更方便稳定,操作简单。液晶显示器利用液晶物理特性,通过电压控制显示区域,具有体积小,可靠性高,重量轻,稳定性强等优点,目前广泛应用于笔记本电脑,手机,摄像机等多个智能领域。//图7、 LCD1602电路图(五) 电源电路设计 /图8、 电源电路图 如图8,在智能小车设计中,单片机及其外围设备,如红外传感器,蓝牙模块,电机驱动模块都需要供电才能够工作运行,因此电源电路我们使用7805稳压芯片将7.2V电池的高电压,转化为可使单片机及外围设备稳定运行的5V电压源,保证各个硬件可以稳定工作。 五、主程序设计在微机控制系统设计中,除了硬件设计,最重要的是设计软件程序去满足每个生产对象的实际需求,对于智能小车而言,软件的设计尤其重要。在单片机控制系统中,主要分为数据处理和过程控制两个基本类型。数据处理主要是数据采集,标度变换,数字滤波等。过程控制主要是让单片机按一定运算方法去运算,然后输出结果,控制生产。在进行整个软件设计时,我们通常把一个过程分成若干部分简化模块,模块就是一个个相对独立的程序段,这种设计方法叫做模块程序设计法。图9、 主程序流程图图9为避障小车的主程序流程图,在图中可以看出小车接收蓝牙信号发出的指令,实现蓝牙遥控功能,当小车在行驶过程中,可以通过红外传感器自动检测前方是否有障碍物,如果前方有障碍物,红外传感器会接收到反射回来的红外光,传感器立刻做出反应信号,信号送入单片机STC89C52RC经行处理分析,处理后的结果,会由单片机做出反应发送到电机驱动模块,控制其停止。六、调试结果分析 (一)蓝牙遥控调试及结果分析在小车通电后,按下电源开关,HC05蓝牙模块指示灯开始快速闪烁,拿出手机打开程序软件如图11,配对蓝牙,当配对成功后,蓝牙指示灯停止闪烁,然后我们可以测试小车在蓝牙控制下的极限距离,通过手机串口程序软件,如图12、控制小车直行,分别在5米,10米,15米,20米,25米时小车都能收到蓝牙信号,当30米,35米时,小车不受控制,无法通讯。因此我们在测试蓝牙遥控中可以知道小车收到蓝牙信号的极限距离在0到25米,在这个范围内,小车运行正常。//图10、登录界面 图11、连接界面(二) 红外避障调试及分析测试红外避障之前,首先我们要观察是否传感器在距离很远时检测到了障碍,如果有,此时红外线的发射频率高,我们要将滑动电阻调大,降低传感器的发射频率,反之,发现传感器距离很近才检测到障碍时,我们要将滑动电阻调小,提高传感器发射频率。传感器的检测范围应该在20cm到30cm之间。打开电源开关,连接上蓝牙,把小车放到有障碍物的空地上,蓝牙发出指令,小车直走,遇到前方有障碍物,小车停止行走,输入其他指令,小车继续行驶。七、总结从智能小车的设计中可以看出,电子设计自动化已经变得越来越重要,随着集成电路的发展,单片机不但降低了系统成本并且提高了系统可靠性稳定性,如今已经在电子设计应用市场占据主导地位,单片机体积小,功耗低,易于推广,随着科学技术的发展,它一定会更好的陪伴我的生活。在这个设计中,因为我的专业知识问题,考虑的问题不够全面,还有很多不足,因此还需要老师和同学们不断地批评指正,本次设计依然还有一些缺陷和不足,红外传感器受太阳光影响较大,会造成很大的干扰,因此还不能用于实际,但是通过本次设计我也学会了最基础的单片机知识,已经硬件和软件相结合的编程方式,模块化设计理念。相信再进一步的优化后,以及不断扩展它的新功能,它就会有很强的使用价值,可以应用于观光车,矿山搜救,工厂车间里。致谢在历时一个月的设计过程中,我深深感受到了理论知识和动手能力的差距,哪怕一个小小的电阻选择错误,也有可能导致整个成果无法运行,有时候可能一个焊点与另一个焊点稍微有点触碰,都会产生巨大的误差,在此我要感谢我的老师,老师在我设计的过程中,一丝不苟,耐心指点,解答了许多我的知识不能解决的问题,他细心的讲解每一个知识要点,为我解答每一个疑难问题。从选题到开题,从大致框架到每一个标点符号,老师都花费大量的精力不厌其烦的看每一遍稿子,然后挑出里面的错误,耐心解答,最终在他的指导下,我最终完成了本次设计,感谢他的耐心教导,也感谢学长学姐的各种软件设备的支持,在他们的帮助下,我才能最终完成本次设计,是他们的支持,让我能够在每一个关口都能有毅力去克服。每一个关口都能迎难而上。参考文献1 何立民,单片机应用系统设计[M],,92京航天航空大学出版社,44~572 何希才,新型实用电子电路400例[M],电子工业出版社,2000年3 陈伯时,电力拖动自动控制系统。北京机械工业出版社4 孟建华?郝晋霞AT89S系列单片机及在线编程技术?西安工程科技学院学报5 张莉娟??MCS——51单片机典型程序设计的教学研究??附 录A/图13、电路原理图附 录B/图14、整车实物图附 录C/////////////
Key words: SCM STC89C52RC; Obstacle avoidance module; Motor drive module; Bluetooth control module 目录

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