基于51单片机的红外避障自动车的实现

最近学校放假三天，于是有了大段的时间，参考了自己学过的单片机，模电等知识，决定开始第一个正式电子制作——《基于51单片机的红外避障自动车的实现》。最终获得了成功，整车调试达到了理想效果，实现了红外避障功能。视频以上传到优酷网，视频地址http://v.youku.com/v_show/id_XMTYzNDc4MjA4.html欢迎大家观看，探讨，提出意见和建议。

下面是一些基本资料：

—————————————————————小车参数——————————————————————————

障碍检测方式：红外探测（探测模块功耗7mA）

车模几何尺寸：149 x 102 x 59 （mm）

车 模 轮 距：120 （mm）

测 障 精 度：75 cm

电 源 系 统：4 x 1.5 v 干电池/4 x 1.2 v 充电电池及其稳压输出

电机：直流减速电机，1~12V工作电压，传动比：71.2:1

主 控 芯 片：STC89C52MCU

其 他 芯 片：LM7806 LM7805 STC11F01等

—————————————————————小组资料——————————————————————————

小组成员：

王太杰：0804211班，擅长于硬件，焊接技术强，硬件知识充足，在本次制作中负责电机驱动部分建与调试。

孙学军：0904211班，擅长于编程，C语言功底扎实，思路开阔，在本次制作中负责程序驱动部分程序调试。

李相华：0804211班，在本次制作中负责电源部分。

小组优势：

硬件与程序搭配协调，每人负责各自模块，只提供最终模块接口，使队友不必关注对方模块内部结构，只需将接口连接完成即可，大大减少了每人负责的内容，提高了效率。

—————————————————————制作流程与时间———————————————————————

2010年4月3日（周六）:

小组成员对各模块电路进行了选择、优化，并进行了电路搭建、焊接，各模块调试，确定模块交互接口；主控程序思路成型，并编写了测试程序，对软硬件进行了测试。最后各模块交互，整体调试，主程序确定及细节敲定。

2010年4月4日（周日）:

模块交互，整体调试，主控程序细节修改；经布局后各硬件模块转移至车体，最终焊接，整车成型。主控程序下载，调试，最终成功。

—————————————技术资料———————————————————

设计思路：

为便节省电机数量和电路复杂程度，红外避障小车（以下简称小车）采用前轮主动，后轮从动原理。前轮采用双电机驱动，利用差速法实现车身转向。

检测部分利用红外发射管发射红外光，遇障碍物后经反射被红外接受管接收，产生电平转换，利用单片机I/O口检测红外检测模块电平输出，以此判断前方障碍物有无，检测到障碍物后，经单片机I/O口控制电机驱动电路，经由电机驱动电路输出不同电压，产生差速，实现转向，最终以达到避障的目标。

电源模块：

考虑到小车行驶的灵活性，我们抛弃了采用交流电的方案。在制作调试过程中，我们采取了4节1.5V5号南孚电池，经电池盒串联后可获得5.9~6.5V稳定电压输出，直接给电机驱动电路供电。但考虑到51单片机工作电压为4.5V~5.5V，且其对工作电压要求比较严格。对此，我们设想采取基于LM7805稳压芯片的稳压芯片输出5V恒定电压。电源电路图见附件，由于在制作中手头只有一片LM7806，于是我们在输出端串联了一个IN4007二极管，产生0.7V压降，最终获得5.2V~5.3V稳定电压输出，给单片机供电。以提高系统稳定性。

在最终整车成型时我们采用了5V稳压二极管稳定电压，原因有二：一是降低了电源电路功耗，二是降低了制作成本。考虑到一次性干电池的不可利用性，我们在整车成型时采用了4节可充电电池经电池盒串联的方案，以降低后续制作成本。考虑到电压输出端的单一性，我们考虑采用10V稳压管另做一路电源输出，为电机提供工作电压，在一定程度上可提高电机功率，提高整车运行速度。

电机驱动模块：

考虑到电机驱动集成芯片的价格比较高（18~30元/片），我们舍弃了采用电机驱动芯片驱动的方案，转而寻求分立元件模拟电路驱动，经最终选择我们采取了利用双三极管控制开关电路，利用三极管的反应灵敏性，并将其一端接在MCU的I/O口上，可以通过控制I/O口输出0、1脉冲数量比来控制三极管开关，以达到控制输出电压的目的。驱动电路图见附件。

主控程序：

为了降低程序复杂性，我们使用了3个I/O口，一个I/O口用来接收红外部分电平转换，检测障碍物，另外两个I/O口端接电机驱动电路，用程序使其产生0、1脉冲数量比来控制驱动电路开关。最终实现速度差以实现转向避障。

主控程序如下：
/* *****************************
程序开发环境Keil uVision3
语言：C
编写者：孙学军
时间：2010/04/04
***************************** */



/* *****************************
主程序及注释如下：

***************************** */
#includereg52.h> //添加函数库
#define uint unsigned int //宏定义
#define uchar unsigned char //宏定义
sbit s=P3^5; 　　　　 //定义红外避障检测端口
sbit m1=P3^4; 　　　 //定义电机M1电平输出端口
sbit m2=P3^6; 　　　 //定义电机M2电平输出端口
void delay_ms(uint z); //声明延时函数


main() 　　　　　　　 //主函数
{
uint i=0; 　　　　　　//初始值设定
m1=1;
m2=1;
while(1) 　　　　　　 //无限循环
{
if(s==0) 　　　　 //S=0表示前方有障碍物 进行转向
{
for(i=0;i5;i++)
{
m1=0;
m2=1;
delay_ms(15);　　　　//状态保持15ms
m1=1;
m2=1;
delay_ms(5);　　　　//状态保持5ms
}
}
if(s==1)　　　　 //S=1表示前方无障碍物 直线行驶
{
m1=1;
m2=1;
delay_ms(10);　　　　//状态保持10ms
}
}
}



void delay_ms(uint z) //延时函数 循环嵌套原理
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}