基于51单片机的红外遥控-自动避障-贴墙行走-人体感应智能小车机器人

队员1

姓名：周葛

学院：仪器科学与电器工程学院 专业：测控技术与仪器

年级：大一

教学号：65130109

邮箱：zhouge94@live.cn

队员2

姓名：成妍

学院：药学院 专业：生物医学工程（再生医学）

年级：大一

教学号：73130430

邮箱：lianyungangcheng@sina.cn

作品类别：基本电子技术应用类

目录

一、引言    1

二、总体设计    1

三、单元电路设计    2

1）单片机最小驱动模块    2

2）红外接收模块    3

方案选择    3

方案确定    3

理论分析与方案论证    3

3）电机驱动模块    4

4）避障循迹贴墙模块    5

方案选择    5

方案确定    5

理论分析与方案论证    6

5）电源模块    7

6）人体感应模块    7

四、软件设计    8

五、整体测试    8

六、结论    9

【参考文献】    9

【附录】    10

源程序    10

一、引言

以STCC52单片机为核心，制作一款红外线遥控小车，小车具有自动驾驶、手动驾驶和循迹前进等功能。自动驾驶时，小车在前进过程中可以自动躲避障碍物。手动驾驶时，可以手动遥控小车前进、后退、左转、右转、加速等操作。寻迹时小车可以按轨迹前进。

红外遥控的特点是利用红外线进行点对点通信的技术，不影响周边环境，不干扰其他电器设备。室内近距离（小于10米），信号无干扰、传输准确度高、体积小、功率低的特点,遥控中得到了广泛的应用。

本系统采用成品红外发射遥控器，具有21个按键，采用NEC红外传输协议。接收端使用1838一体化接受头，通过单片机中断程序处理红外信号。

二、总体设计

本系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分由红外线接受电路，控制电路，直流电机驱动，障碍物检测电路，人体感应电路五部分组成，完成红外编码信号的接受，直流电机的驱动，障碍物检测、墙体检测、地面检测，人体感应检测等功能。软件部分主要完成信号的检测和处理、直流电机的控制，障碍物的规避等功能。STCC52单片机主要完成对红外信号解码，判断是否遇到障碍物，判断小车是否离开地面，控制直流电机的正反转、启动、停止、急速减速等工作。系统结构框图如图l所示。

图一

三、单元电路设计

1）单片机最小驱动模块

单片机只有连好最小驱动电路后才会运行存储在其内部的程序。如图二。

单片机最小系统复位电路的极性电容C3的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。

单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。

单片机最小系统起振电容C1、C2一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。

图二

2）红外接收模块

方案选择

⏹方案1：使用BL9148自制发射电路，使用BL9149接受处理信号。优点是程序简单，缺点增加了电路复杂性。

⏹方案2：使用成品遥控器，遥控器使用CD2025纽扣电池供电，方便携带。接收电路使用红外接收管，自制滤波整合电路对红外信号进行处理。使用在通过单片机中断程序处理解码信号。虽然增加了程序的复杂性，但是简化了电路。

⏹方案3：在方案二的基础上，使用1838一体化接受头代替红外接收管。

方案确定

⏹为提高电路的可靠性，遥控器的便携性，我们选择方案三。

理论分析与方案论证

红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。如图三。

内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。

图三

3）电机驱动模块

使用L298电机驱动模块如图。

此L298模块可以驱动两台直流电机。分别为M1和M2。引脚ENA，ENB可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。（如果无须调速可将两引脚接5V，使电机工作在最高速状态，既将短接帽短接）实现电机正反转就更容易了，输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机M1正转。（如果信号端IN1接低电平， IN2接高电平，电机M1反转。）控制另一台电机是同样的方式，输入信号端IN3接高电平，输入端IN4接低电平，电机M2正转。（反之则反转），PWM信号端A控制M1调速，PWM信号端B控制M2调速。

图四

4）避障贴墙模块

方案选择

⏹方案1：使用超声波模块，根据超声波测出的障碍物距离，控制小车规避障碍物，优点反应距离远，抗干扰能力强。缺点体积庞大，且超声波模块只能用于避障，不能用于循迹功能。

⏹方案2：使用红外反射式光耦。前方左右各一个可检测障碍物。底部左右两个可用于循迹，中部左右各一个可用于贴墙走功能。当有障碍物时反射红外光，时红外接收管反向导通性增强，通过一定的电路形成电位变化，输入单片机。

⏹方案3：在方案二的基础上加一个LM393电压比较器，将红外接收管端连续变化的电位信号转化为清晰的高低电平信号。

方案确定

综合设计的实用性，简易性，可靠性，我选择方案三。

理论分析与方案论证

障碍物检测和轨迹检测原理是一样的，其电路如图5所示。从经济的角度考虑，该模块选用了六个反射式光耦，反射式光耦由一个红外发射管和一个光敏三极管组成。LM393P是电压比较器，当3脚的电压大于2脚电压时，输出端1脚输出高电平，反之输出低电平。高低电平的电缝值取决于2脚的电压，调整电位器R23使2脚电压为3V。避障电路安装在小车头部的左右两边，用于检测左右障碍物。工作过程是：当无障碍物时，不反射红外线，光敏i极管截止。3脚在R16的上拉作用下为高电平(5V)，大于2脚电压(3V)，1脚输出高电平；反之，当遇到障碍物时，l脚输出低电平。左边遇到障碍物时小车右转，右边遇到障碍物时小车左转。

底部地面电路安装在小车底部，当小车处于地面时，地面发射红外线，传感器接收到让小车工作。当小车离开地面时，传感器接收不到信号，小车不工作。

图五

5）电源模块

7805三端稳压集成电路，电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 ×× 系列和负电压输出的79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。

本系统电池采用两节锂电池供电，正常供电电压为7.4v，电机驱动模块使用原始电压，单片机及其他模块采用7805芯片降压稳压至5v供电，调高了系统的稳定性。7805降压稳压模块电路图如图六

图六

6）人体感应模块

本模块采用HC-SR501 人体红外感应模。HC-SR501 是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778 探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备。人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。当小车工作在此模式时，小车工作一段时间自动停止检测车周围是否有人。当没有人时，小车自动进行避障行走；当有人时，自动停止，等待人通过遥控器发出下一步指令。

四、软件设计

程序流程图如图八：

图八

五、整体测试

本设计在调试过程中也遇到很多问题。在后来的调试过程中一一进行了改正与调整。本电路总共设计了14个输入按键。图七是遥控器的功能图七。

六、结论

经实践表明，本文所设计制作的红外线遥控小车运行稳定、遥控灵敏、占用系统硬件资源少。且在不改变硬件电路，仅通过软件编程小车就可以实现多处障碍物检测、报警等功能。

由于目前的遥控装置大多对某一设备进行单独控制，而在本设计中的红外遥控电路设计了多个控制按键，可以对不同的设备，也可以对同一设备的多个功能进行不同的控制。基本符合技术要求。

本想在底部增加循迹功能，但出于传感器数量有限，底部只剩下两个红外传感器，实现循迹困难。因此改为检查是否离地的功能模块。

但是本遥控电路也有不完善的地方,它只能单通道实现对多个设备的控制,即它不能同时控制两个或者两个以上的设备。

在设计过程中，通过大量的查阅资料，认真研究教材，对单片机有了更为深刻的理解，在设计软件时，须仔细的分析硬件电路，画出程序流程图，培养了我的耐性和刻苦钻研的精神。

【参考文献】

1、《实例解读51单片机完全学习与应用（配教学视频）》，杨欣编著，电子工业出版社。

2、《爱上单片机》，杜洋著，人民邮电出版社。

3、《全国大学生电子设计竞赛教程--基于ti器件设计方法》，黄春根等著，电子工业出版社。

【附录】

源程序

#include

unsigned char IrValue[6];

unsigned char jd1,jd2,m1,m2,count,Time,i,value,flag;

sbit IRIN=P3^2;

sbit pwm1=P2^0;

sbit pwm2=P2^1;

sbit left1=P2^2;

sbit left2=P2^3;

sbit right1=P2^5;

sbit right2=P2^4;

sbit led=P2^6;

sbit person=P2^7;

sbit xia1=P1^2;

sbit xia2=P1^0;

sbit qian1=P1^1;

sbit qian2=P1^3;

sbit hou1=P1^4;

sbit hou2=P1^5;

void IrInit();

void DelayMs(unsigned int );

void Timer0_Init();

void go();

void back();

void turnleft();

void turnleft1();

void turnright();

void turnright1();

void add();

void pluse();

void yaokong();

void bizhang();

void stop();

void stop1();

void main()

{ 

  pwm1=0;

  pwm2=0;

  count=0;

  led=1;

  jd1=85;//右轮速度初始化取值范围0~200

  jd2=70;//左轮速度初始化取值范围0~200

  IrInit();

  Timer0_Init();

  left1=0;

  left2=0;

  right1=0;

  right2=0;

  qian1=1;

  qian2=1;

  //xia1=0;

  //xia2=0;

  hou1=1;

  hou2=1;

  flag=0;

  //preson=1;

  while(1) 

  {

          while(flag==1)//手动遥控

            {

          if ((xia1==1)|(xia2==1)) stop();

          else if((xia1==0)&(xia2==0))  yaokong();

             } 

           while (flag==2)  //贴墙走

             {

                if ((xia1==1)&(xia2==1)) stop();

                else

                {

                    if ((hou1==1)&(hou2==1))  stop();

                    else if ((hou1==0)&(hou2==1)&((qian1==1)|(qian2==1)))    {go();}

                    else if ((hou1==0)&(hou2==1)&((qian1==0)&(qian2==0))) {turnright();DelayMs(5000);}

                    else if ((hou1==1)&(hou2==0)&((qian1==1)|(qian2==1)))    {go();}

                    else if ((hou1==1)&(hou2==0)&((qian1==0)&(qian2==0))) {turnleft();DelayMs(5000);}

                     }

             }  

           while (flag==3){

            if ((xia1==1)&(xia2==1)) stop();

            else bizhang();}//避障

           while (flag==4)

             {

            if ((xia1==1)&(xia2==1)) stop();

            else 

            {

                if(person==1) bizhang();

                else if(person==0)

                {

                    stop();

                }

             }

             }       

  }}

void Timer0_Init() //函数功能：定时器初始化,每1us执行一次

{

    TMOD=0x01;

    TH0=0xff;//65436/256

    TL0=0x9c;//65436%256

    TR0=1;

    EA =1;        //打开总中断

    ET0=1;        //打开定时器0中断

    TR0=1;        //启动定时器0

}

void Timer0_Int() interrupt 1//中断程序

{

   TH0=0xff;

   TL0=0x9c;

   m1=count;

   m2=count;

if(m1  else pwm1=0;

if(m2  else pwm2=0;

   count++;

   count%=200; //20m秒需要数200次

}

void yaokong()

{

              switch(value)

                {

                        case 0x15:stop();break;    //按键

                        case 0x40:go();break;

                        case 0x19:back();break;

                        case 0x07:turnleft();break;

                        case 0x09:turnright();break;

                        case 0x1c:stop1();break;

                        case 0x08:turnleft1();break;

                        case 0x5a:turnright1();break;

                        default:break;

                }

}

void go()

{

  led=~led;

  left1=0;

  left2=1;

  right1=0;

  right2=1;

  //value=0;

}

void stop()

{

  led=~led;

  left1=0;

  left2=0;

  right1=0;

  right2=0;

  //value=0;

}

void back()

{

  led=~led;

  left1=1;

  left2=0;

  right1=1;

  right2=0;

  //value=0;

}

void turnright()

{

  led=~led;

  left1=1;

  left2=0;

  right1=0;

  right2=1;

  //value=0;

}

void turnright1()

{

  unsigned int j,k;

  j=0;k=0;

while (j<3)

    {

      jd1=jd1-10;

      j++;

    }

  DelayMs(1000);

  while    (k<3)

    {

      jd1=jd1+10;

      k++;

    }

}

void turnleft()

{

  led=~led;

  left1=0;

  left2=1;

  right1=1;

  right2=0;

  //value=0;

}

void stop1(void)

{

  jd1=85;//右轮速度初始化取值范围0~200

  jd2=70;//左轮速度初始化取值范围0~200

}

void turnleft1()

{

  unsigned int m,n;

  m=0;n=0;

while (m<3)

    {

      jd2=jd2-10;

      m++;

    }

  DelayMs(1000);

while (n<3)

    {

      jd2=jd2+10;

      n++;

    }

}

void add()

{

      jd1=jd1+10;

      jd2=jd2+10;

if(jd1>145) jd1=145;

if(jd2>130) jd2=130;

     }

void pluse()

{

      jd1=jd1-10;

      jd2=jd2-10;

if(jd1<65) jd1=65;

if(jd2<50) jd2=50;

     }

void bizhang()

{

  //Timer0_Init();

      if((qian1==1)&(qian2==1)) go();

      else if((qian1==0)&(qian2==0))

      {

       DelayMs(1000);back();DelayMs(800);turnright();DelayMs(800);

      }

      else if((qian1==1)&(qian2==0)) 

      {

          back();DelayMs(1000);turnleft();DelayMs(800);

      }

      else if((qian1==0)&(qian2==1))

      {

          back();DelayMs(1000);turnright();DelayMs(800);

      }

}

void DelayMs(unsigned int x)   //延迟函数，0.14ms误差 0us

{

 unsigned char i;

  while(x--)

 {

for (i = 0; i<13; i++)

 {}

 }

}

void IrInit() // 初始化红外线接收

{

    IT0=1;//下降沿触发

    EX0=1;//打开中断0允许

    IRIN=1;//初始化端口

}

void ReadIr() interrupt 0//读取红外数值的中断函数  返回值value

{

    unsigned char j,k;

    unsigned int err;

    Time=0;                     

    DelayMs(70);

    if(IRIN==0)        //确认是否真的接收到正确的信号

    {     

        err=1000;                //1000*10us=10ms,超过说明接收到错误的信号

        /*当两个条件都为真是循环，如果有一个条件为假的时候跳出循环，免得程序出错的时

        侯，程序死在这里*/    

        while((IRIN==0)&&(err>0))    //等待前面9ms的低电平过去          

        {            

            DelayMs(1);

            err--;

        } 

        if(IRIN==1)            //如果正确等到9ms低电平

        {

            err=500;

            while((IRIN==1)&&(err>0))         //等待4.5ms的起始高电平过去

            {

                DelayMs(1);

                err--;

            }

            for(k=0;k<4;k++)        //共有4组数据

            {                

                for(j=0;j<8;j++)    //接收一组数据

                {

                    err=60;        

                    while((IRIN==0)&&(err>0))//等待信号前面的560us低电平过去

//                    while (!IRIN)

                    {

                        DelayMs(1);

                        err--;

                    }

                    err=500;

                    while((IRIN==1)&&(err>0))     //计算高电平的时间长度。

                    {

                        DelayMs(1);//0.14ms

                        Time++;

                        err--;

                        if(Time>30)

                        {

                            EX0=1;

                            return;

                        }

                    }

                    IrValue[k]>>=1;     //k表示第几组数据

                    if(Time>=8)            //如果高电平出现大于565us，那么是1

                    {

                        IrValue[k]|=0x80;

                    }

                    Time=0;        //用完时间要重新赋值                            

                }

            }

            value=IrValue[2];

            switch(value)

              {

                case 0x45:flag=1;led=~led;break;

                case 0x47:flag=2;led=~led;break;

                case 0x46:flag=3;led=~led;break;

                case 0x44:flag=4;led=~led;break;

                case 0x18:add();led=~led;break;

                case 0x52:pluse();led=~led;break;

                default:break;

              }                             //判断模式

        }

    }

}