红外智能小车设计
引言 1
一、红外智能小车设计架构 2
（一）遥控小车硬件芯片 2
（二）红外遥控原理 3
二、系统组成 6
（一）系统结构框架 6
（二）硬件电路及功能 6
（三）单片机调试工作 8
结论 10
参考文献 11
致谢 12
附 录 13
引言
随着教育现代化的不断发展,现代化多媒体方式作为教学手段在各类学校都得到了广泛应用。而多媒体教学中广泛使用的设备如：数字投影机、DVD、电脑等，犹豫各种设备都自带遥控器，室内通过红外遥控技术，方便教育者进行教学工作，本次毕业论文的主题就是红外智能小车设计设计。采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。红外智能小车设计能运用于科学探测等用途，凡不宜于人体，不适于人体任务，均可由红外智能小车设计进行探测，可以适应不同环境，不受温度，湿度等条件的影响，完成危险地段，人类无法介入等特殊情况的任务。为了此功能顺利实现，需要着重解决以下几个问题：首先就是怎样接收红外遥控信号；怎样对红外遥控信号进行识别以及系统中各模块的运行原理以及驱动电机运行设计。
一、红外智能小车设计架构
通过单片机最小系统、红外接收模块、红外遥控器以及电机驱动模块进行编程来控制小车启动与停止，并对小车左转、右转以及前进后退等功能进行控制。文章所讲述的红外智能小车设计均选用模块化设计结构，不仅确保各功能模块不会受彼此影响，同时拥有较高人性化与智能化。而当前常用的红外智能小车设计主要由红外接收头、遥控发射器、电机驱动模块、液晶显示模块以及可扩展接口电路所组成。其中，主要利用红外遥控器来产生一定量遥控编码脉冲，并由驱动红外发射管传输相应的红外遥控信号， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
再通过遥控接收头对遥控信号进行整形、检波、放大等操作以解调出相应的遥控编码脉冲。
这里所讲的遥控编码脉冲主要就是指串行二进制码，将该种串行码直接输入至单片机中，再通过单片机对所输入的串行码进行解码，并执行其遥控功能。将红外遥控器作为控制系统完成相关输入，而单片机一面依据系统所发出的遥控码来启动电机模块并控制小车实际运行，另一方面又通过控制液晶来实时显示小车运行情况。
本系统主要由软件以及硬件两个部分组成，其中硬件部分主要实现红外编码信号接收、发射、障碍物检测以及轨迹检测还有直流电机运行等功能。而软件主要完成相应的信号处理与检测，设备控制以及驱动等功能。
（一）遥控小车硬件芯片
AT89C51单片机
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，引脚图参照图1-1，其主要功能列举如下：
图1-1 引脚图
?4k字节可重擦写Flash闪速存储器
?1000次擦写周期
?全静态操作：0Hz－24MHz
?三级加密程序存储器
?128×8字节内部RAM
?32个可编程I／O口线
?2个16位定时／计数器
?6个中断源
?可编程串行UART通道
?低功耗空闲和掉电模式
L298N是SGS公司的产品，采用标准TTL逻辑电平信号控制，是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，具有两个时能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作；有一个逻辑电源输入端，是内部逻辑电路部分在低电压下工作可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等感性负载，如图1-2所示：
图1-2 L298N原理图
从性能上说，L298N芯片是一种集大电流双全桥、高压式的驱动器。其内部的SENSEA、SENSEB分别表示H桥的两个电流反馈脚，当其不运行时可直接接地。而VCC、VS即为接电源引脚，其实际电压范围为4.5-7v以及2.5-46v，设计中的VCC端多同单片机电源端使用同一工作电源即5V工作电源，而VS端则使用独立接9V电源。ENA以及ENB则是使能端，待处于低电平时禁止输出。1N1以及1N2、1N4还有1N3则为数据输入引脚，而数据输出角则是OUT2、OUT4以及OUT3还有OUT1。D1-D8是保护二极管，主要用来电机停车时所形成的反向尖峰电势释放掉。
（二）红外遥控原理
当前，遥控发射器所使用的芯片有较多种类，依据其自身的编码格式可以将它们划分成为两类，本文就以日本NEC公司所制作的UPD6121G芯片所组成的专用发射电路为例，对其编码原理进行简单介绍与说明，由于这种芯片使用范围相对较广，且解码相对较为容易，所以被广泛应用。操作过程中，按下既定的发射器键后就可以发出相应的遥控码，但如果其按键不同，那么所发射出的来遥控码也不尽相同。通常，该种遥控码具备以下一些特征：
1.使用专用的脉宽调制串行码，同时利用脉宽为0.565ms、1.125ms周期以及实际间隔为0.56ms的组合来代表既定的二进制值“0”；并用实际脉宽约为0.565ms、2.25ms周期以及间隔是1.685ms的组合来表示既定二进制值“1”。
2.UPD6121G芯片所发射出的的遥控编码，其实是一组连续性较强的32位二进制码组，其中该码组的前半部分主要是用户识别码，能够对运行种的电气设备进行正确、有效区别，从而防止因不同机种遥控码所产生的相互干扰，此外芯片用户识别码大都是十六位；而后半部分则主要有8位操作码以及相应反码。一般来讲UPD6121G最多能够同时兼容100多种不同类型的组合编码。
3.当将遥控器按键全部按下之后，系统就可以周期性的生成并实时传输出统一的32位二进制码，它的周期约是108ms。此外在运行过程中，一组码本身所能够持续运行的时间会随着其内部所含有的“0”与“1”的数量不同而产生较大差异，但都在45-63ms之间。
对于接收电路来说，可以使用集红外线接收以及放大为一体的新型红外线接收器。它的特点就是根本不需要任何外界原件，即可完成和实现红外线从接收到输出再到与TTL电平信号相兼容的流程。但其体积却和普通类型的塑封三极管一样大小，所以从某种程度上讲，它更适合实时和完成各种红外线数据的传输与遥控。此外接收器对外多呈现出3引脚：即为Out、VCC以及GND。它能够与单片机接口实现轻易对接。如图1-3所示：
冲信号输出接，直接接单片机的IO口；
GND接系统的底线（0V）；
Vcc接系统的电源正极（+5V）；
图1-3 红外传感器
当发射器按键按下后，既有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同，按键值需要重新调试，红外遥控器如图1-4所示：
图1-4 红外遥控器
二、系统组成
（一）系统结构框架
AT89C51单片机对红外信号进行查询与解码，并对检测部分所输入的一些信号进行查询，进而实现对系统的相应处理，比如判定是否遭遇障碍物、电机的正反转以及判断小车在行进中是否存在出轨等情况。其系统结构图2-1如下所示：
一、红外智能小车设计架构 2
（一）遥控小车硬件芯片 2
（二）红外遥控原理 3
二、系统组成 6
（一）系统结构框架 6
（二）硬件电路及功能 6
（三）单片机调试工作 8
结论 10
参考文献 11
致谢 12
附 录 13
引言
随着教育现代化的不断发展,现代化多媒体方式作为教学手段在各类学校都得到了广泛应用。而多媒体教学中广泛使用的设备如：数字投影机、DVD、电脑等，犹豫各种设备都自带遥控器，室内通过红外遥控技术，方便教育者进行教学工作，本次毕业论文的主题就是红外智能小车设计设计。采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。红外智能小车设计能运用于科学探测等用途，凡不宜于人体，不适于人体任务，均可由红外智能小车设计进行探测，可以适应不同环境，不受温度，湿度等条件的影响，完成危险地段，人类无法介入等特殊情况的任务。为了此功能顺利实现，需要着重解决以下几个问题：首先就是怎样接收红外遥控信号；怎样对红外遥控信号进行识别以及系统中各模块的运行原理以及驱动电机运行设计。
一、红外智能小车设计架构
通过单片机最小系统、红外接收模块、红外遥控器以及电机驱动模块进行编程来控制小车启动与停止，并对小车左转、右转以及前进后退等功能进行控制。文章所讲述的红外智能小车设计均选用模块化设计结构，不仅确保各功能模块不会受彼此影响，同时拥有较高人性化与智能化。而当前常用的红外智能小车设计主要由红外接收头、遥控发射器、电机驱动模块、液晶显示模块以及可扩展接口电路所组成。其中，主要利用红外遥控器来产生一定量遥控编码脉冲，并由驱动红外发射管传输相应的红外遥控信号， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
再通过遥控接收头对遥控信号进行整形、检波、放大等操作以解调出相应的遥控编码脉冲。
这里所讲的遥控编码脉冲主要就是指串行二进制码，将该种串行码直接输入至单片机中，再通过单片机对所输入的串行码进行解码，并执行其遥控功能。将红外遥控器作为控制系统完成相关输入，而单片机一面依据系统所发出的遥控码来启动电机模块并控制小车实际运行，另一方面又通过控制液晶来实时显示小车运行情况。
本系统主要由软件以及硬件两个部分组成，其中硬件部分主要实现红外编码信号接收、发射、障碍物检测以及轨迹检测还有直流电机运行等功能。而软件主要完成相应的信号处理与检测，设备控制以及驱动等功能。
（一）遥控小车硬件芯片
AT89C51单片机
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，引脚图参照图1-1，其主要功能列举如下：
图1-1 引脚图
?4k字节可重擦写Flash闪速存储器
?1000次擦写周期
?全静态操作：0Hz－24MHz
?三级加密程序存储器
?128×8字节内部RAM
?32个可编程I／O口线
?2个16位定时／计数器
?6个中断源
?可编程串行UART通道
?低功耗空闲和掉电模式
L298N是SGS公司的产品，采用标准TTL逻辑电平信号控制，是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，具有两个时能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作；有一个逻辑电源输入端，是内部逻辑电路部分在低电压下工作可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等感性负载，如图1-2所示：
图1-2 L298N原理图
从性能上说，L298N芯片是一种集大电流双全桥、高压式的驱动器。其内部的SENSEA、SENSEB分别表示H桥的两个电流反馈脚，当其不运行时可直接接地。而VCC、VS即为接电源引脚，其实际电压范围为4.5-7v以及2.5-46v，设计中的VCC端多同单片机电源端使用同一工作电源即5V工作电源，而VS端则使用独立接9V电源。ENA以及ENB则是使能端，待处于低电平时禁止输出。1N1以及1N2、1N4还有1N3则为数据输入引脚，而数据输出角则是OUT2、OUT4以及OUT3还有OUT1。D1-D8是保护二极管，主要用来电机停车时所形成的反向尖峰电势释放掉。
（二）红外遥控原理
当前，遥控发射器所使用的芯片有较多种类，依据其自身的编码格式可以将它们划分成为两类，本文就以日本NEC公司所制作的UPD6121G芯片所组成的专用发射电路为例，对其编码原理进行简单介绍与说明，由于这种芯片使用范围相对较广，且解码相对较为容易，所以被广泛应用。操作过程中，按下既定的发射器键后就可以发出相应的遥控码，但如果其按键不同，那么所发射出的来遥控码也不尽相同。通常，该种遥控码具备以下一些特征：
1.使用专用的脉宽调制串行码，同时利用脉宽为0.565ms、1.125ms周期以及实际间隔为0.56ms的组合来代表既定的二进制值“0”；并用实际脉宽约为0.565ms、2.25ms周期以及间隔是1.685ms的组合来表示既定二进制值“1”。
2.UPD6121G芯片所发射出的的遥控编码，其实是一组连续性较强的32位二进制码组，其中该码组的前半部分主要是用户识别码，能够对运行种的电气设备进行正确、有效区别，从而防止因不同机种遥控码所产生的相互干扰，此外芯片用户识别码大都是十六位；而后半部分则主要有8位操作码以及相应反码。一般来讲UPD6121G最多能够同时兼容100多种不同类型的组合编码。
3.当将遥控器按键全部按下之后，系统就可以周期性的生成并实时传输出统一的32位二进制码，它的周期约是108ms。此外在运行过程中，一组码本身所能够持续运行的时间会随着其内部所含有的“0”与“1”的数量不同而产生较大差异，但都在45-63ms之间。
对于接收电路来说，可以使用集红外线接收以及放大为一体的新型红外线接收器。它的特点就是根本不需要任何外界原件，即可完成和实现红外线从接收到输出再到与TTL电平信号相兼容的流程。但其体积却和普通类型的塑封三极管一样大小，所以从某种程度上讲，它更适合实时和完成各种红外线数据的传输与遥控。此外接收器对外多呈现出3引脚：即为Out、VCC以及GND。它能够与单片机接口实现轻易对接。如图1-3所示：
冲信号输出接，直接接单片机的IO口；
GND接系统的底线（0V）；
Vcc接系统的电源正极（+5V）；
图1-3 红外传感器
当发射器按键按下后，既有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同，按键值需要重新调试，红外遥控器如图1-4所示：
图1-4 红外遥控器
二、系统组成
（一）系统结构框架
AT89C51单片机对红外信号进行查询与解码，并对检测部分所输入的一些信号进行查询，进而实现对系统的相应处理，比如判定是否遭遇障碍物、电机的正反转以及判断小车在行进中是否存在出轨等情况。其系统结构图2-1如下所示：
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