红外避障小汽车.docx
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红外避障小汽车
******学院
毕业论文
题目红外避障小汽车
姓名：
_******_____
所在学院：
___电子工程学院_
所学专业：
___*******_______
班级___***********________
学号_*******______
指导教师：
******
完成时间：
____201*年11月1日
摘要
本文主要详细介绍了一种以AT89S51这对芯片操作控制的玩具车或模型车。
遥控车由发射机/遥控器和接收机组成，遥控车的控制信号，通过手摇杆上的发射机发出，由装在车上的接收机接收。
所有的编码信号全部通过红外发射接收实现无线遥控。
接收机根据接收到的不同编码信号，通过直流电机驱动电路放大电信号，驱动直流电机，改变车轮的转动方向，执行前进，后退，左转，右转，使其具备智能化。
通过此次实验，加强自己的动手能力，加深对芯片的了解，及红外线遥控的认识。
关键词：
AT89S51，编码，红外线遥控
Abstract
ThevehicleormodelhavingintroducedonekindofthetoythatthiscontrolswithAT89S51tochipoperationmainlydetailedlylathesthemainbodyofabook.RemotecontrolvehicleiscomposedofX-mitter/remotecontrolimplementandreceiver,remotecontrolvehiclepilotsignal,upperX-mittermakesbyhandpole,admitfromdressinreceiveronvehicle.Allcodesignalsallbythefactthatinfraredgoofftaking-overrealizeswirelessremotecontrol.Thereceiverisbasedonthecodesignalreceivingthediversityarrivingat,enlargeanelectricsignal,driveacontinuouscurrentdynamobythefactthatthecontinuouscurrentdynamodrivesacircuit,changeacarriagewheel'sturndirection,carryoutmakeone'sway,retreat,turnleft,turnright,thepersonhasamessengerintellectualized.Andgettingtoworkpassingthisexperiment,reinforcingselftheability,deepensthe.knowabouttothechip,telecontrolledinfraredraycognition
KeywordsAT89S51，Code，Infraredrayremotecontrol
1.绪论
1.1LCD液晶显示器
早在19世纪末，奥地利植物学家就发现了液晶，即液态的晶体，也就是说一[1]种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。
在电场的作用下，液晶分子的排列会产生变化。
从而影响到它的光学性质，这种现象叫做电光效应。
利用液晶的电光效应，英国科学家在本世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。
今天的液晶显示器中广泛采用的是定线状液晶，如果我们微观去看它，会发现它特象棉花棒。
与传统的CRT相比，LCD不但体积小，厚度薄（目前14.1英寸的整机厚度可做到只有5厘米），重量轻、耗能少（1到10微瓦/平方厘米）、工作电压低（1.5到6V）且无辐射，无闪烁并能直接与CMOS集成电路匹配。
由于优点众多，LCD从1998年开始进入台式机应用领域
1.2传感器
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：
“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
“传感器”在新韦式大词典中定义为:
－“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。
根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器－Transducer”来称谓“传感器－Sensor”。
1.3AT89S51
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点：
40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
2.相关应用基本知识
2.1AT89S51
•8031CPU与MCS-51兼容
•4K字节可编程FLASH存储器（寿命：
1000写/擦循环）
•全静态工作：
0Hz-33MHz
•三级程序存储器保密锁定
•128*8位内部RAM
•32条可编程I/O线
•两个16位定时器/计数器
•6个中断源
•可编程串行通道
•低功耗的闲置和掉电模式
•片内振荡器和时钟电路
2．管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。
读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。
只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。
上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。
这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q^为1加到场效应管栅极的信号为1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。
若先执行置1操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口被称为准双向口。
89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口。
接下来让我们再看另一个问题，从图中可以看出这四个端口还有一个差别，除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
2.2如图
2.3红外通信技术
红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。
它一般由红外发射和接收系统两部分组成。
发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。
特点是保密性强，息容量大，结构简单，既可以是室内使用，也可以在野外使用，由于它具有良好的方向性，适用于国防边界哨所与哨所在之间的保密通信，但在野外使用时易受气候的影响。
红外遥控器红外遥控器（IRRemoteControl）是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的遥控设备。
常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。
发射部分的主要元件为红外发光二极管。
它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。
目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。
接收部分的主要元件为红外接收二极管，一般有圆形和方形两种。
在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。
由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路，最近几年大多都采用成品红外接收头。
成品红外接收头的封装大致有两种：
一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。
均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VOUT）。
红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。
成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。
但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。
红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。
在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。
也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。
3.电路设计
3.1．硬件设计
如下图所示，是本次设计智能小车的电路框图。
以AT89S51为电路的中央处理器，来处理传感器采集来的数据，处理完毕之后以便去控制电机驱动电路来驱动电机。
电源部分是为整个电路模块提供电源，以便能正常工作。
3.1.1避障电路
（1） 障碍物探测方案的选择
方案一：
脉冲调制的反射式红外线发射接受器。
由于采用该有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界干扰；另外红外线接受官的最大工作电流取决于平均电流。
如果采用占空比小的调制信号，再品均电流不变的情况下，顺势电流很大（50—100mA），则大大提高了信噪比。
并且其反应灵敏，外围电路也很简单。
它的优点是消除了外界光线的干扰提高了灵敏度。
方案二：
采用超声波传感器，如果传感器接收到反射的超声波，则通知单片机前方有障碍物，如则通知单片机可以向前行驶。
市场上很多红外光电探头也都是基于这个原理。
这样不但能准确完成测量，而且能避免电路的复杂性
由以上两种方案比较可知。
方案二要比方案一优势大，市场上很多红外观点探头也都基于这个原理。
其电路简单，工作可靠，性能比较稳定。
从而避免了电路的复杂性，因此我先用方案二作为小车的监测系统。
避障电路采用漫反射式光电开关进行避障。
光电开关是集发射头和接收头于一体的检测开关，其工作原理是根据发射头发出的光束，被障碍物反射，接收头据此做出判断是否有障碍物。
当有光线反射回来时，输出低电平；当没有光线反射回来时，输出高电平。
单片机根据接收头电平的高低做出相应控制，避免小车碰到障碍物，由于接收管输出TTL电平，有利于单片机对信号的处理。
光电开关工作原理：
光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。
光电开关在一般情况下，有三部分构成，它们分为：
发送器、接收器和检测电路。
避障电路如下：
避障电路功能表：
传感器
避障电路输出（上升沿动作）
待执行命令
左
中
右
左转信号（P2.1）
右转信号（P2.0）
0
0
0
√
右转
0
0
1
√
右转
0
1
0
√
右转
0
1
1
√
右转
1
0
0
√
左转
1
0
1
√
右转
1
1
0
√
左转
1
1
1
前进
注解（“0”表示有障碍物；“1”表示无障碍物）
3.1.2.单片机电路
本设计的主控芯片选择AT89S51，负责检测传感器的状态并向电机驱动电路发出动作命令。
复位电路采用手动复位。
单片机电路如下：
3.1.3.电机转速控制电路
由555时基电路构成多谐振荡器提供一个PWM信号，通过控制该信号的占空比来实现电机调速。
阻容元件的取值初步定为图中所示。
多谐振荡器如下：
其中占空比：
q=（R1+Rx1）/（R1+R2+Rx）
周期：
T=（R1+R2+Rx）Cln2
3.1.4电源电路
本系统所有芯片都需要+5V的工作电压，而干电池只能提供的电压为1．5V的倍数的电压，并且随着使用时间的延长，其电压会逐渐下降，则需要LM7805稳压芯片。
L7805能提供300至500mA的电流，足以满足芯片供电的要求。
虽然微处理器和微控制器不需要支持电路，功耗也很低，但必须要加以考虑。
电源电路拟定为：
3.1.5.电机驱动电路
市场上用很多种类的小电压直流电动机，很方便的选择到。
主要有普通电动机、和步进电动机。
方案一：
采用步进电机，步进电动机的一个显著的特点就是具有快速启动和停止能力，能够达到我们所要求的标准。
如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即是步进电机启动或反转。
其转换灵敏度比较高。
正转、反转控制灵活。
但是步进电机的价格比较昂贵，对于我们的现状相差太远。
方案二：
采用普通的直流电机。
直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便。
调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转。
能满足各种不容的特殊运行要求。
由于普通直流电机价格适宜，更易于购买，并且电路相对简单，因此采用直流电机作为动力源
本设计采用差分放大驱动使电机正反转从而做到前进，左转右转。
采用四个大功率晶体管组成H桥式电路，四个大功率晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控制电机的运行。
该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下，效率非常高，并且大功率晶体管开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的电路。
采用与门对两电机进行选择控制，从而实现前进、左转、右转。
驱动电路原路框图如下：
电路图如下：
注释：
将圆盘12等分半径2CM，周长4*pi.用程序设定1S内采集到的脉冲数可以转化为速度。
单位时间内前进距离为S,则：
速度V大小为S。
驱动状态表：
注解：
（“0”代表低电平“1”代表高电平）
电机驱动电路功能表
输入
小车状态
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
1
1
1
1
1
0
前进
1
1
1
1
0
0
停止
1
0
0
0
1
1
左转
0
1
0
0
1
1
右转
3.1.6 主程序流程图
3.1.7. 小结
本文提出了一种经济实用的智能小车设计方法，给出了从硬件电路设计到软件设计的一系列步骤。
采用了直流电机作为执行元件，E3F系列光电开关作为检测元件，AT89S51单片机作为主控芯片，完成了小车避障功能的实现。
与此同时应用LCD显示状态，本设计不仅对于了解单片机的结构、电路设计及控制功能有一定的帮助，还有益于诱发学习单片机的兴趣。
参考文献
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[M]北京航空航天大学出版社
【2】阎石.数字电子技术基础（清华大学电子学教研组编第五版）高等教育出版社
【3】康华光.电子技术基础（第五版）高等教育出版社
【4】《无线电》2009年第2期宋泽清关于灵活避障快速循迹
【5】杨加国单片机原理与应用及C51程序设计清华大学出版社
源程序：
RSBITP2.2
RWBITP2.3
EBITP2.4
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0030H
MAIN:
MOVP2,#0FFH
MOVP1,#1FH;前进
MOVTMOD,#10H
MOVR1,#0C8H
SETBTR1
TIME:
MOVTH1,#0D8H
MOVTL1,#0F0H
JNBTF1,$
DJNZR1,TIME
CLRTR1
MOVR7,#00H;脉冲个数
MOVR1,#64H
MOVTMOD,#10H
SETBTR1
LOOP6:
MOVTH1,#08H
MOVTL0,#0F0H
NEXT:
MOVC,0
JBTF1,LOOP7;判断TF1是否溢出
ORLC,P3.4
JNCLOOP6;判断C是否为1
INCR7;1S内出现的脉冲个数
JBTF1,LOOP7
SJMPNEXT
LOOP7:
DJNZR1,LOOP6
CLRTR1
CLRC
MOVA,R7;脉冲个数乘以2
ADDCA,R7
MOVR7,A
MOVA,#01H;一个码格的弧长
MOVB,R7
MULAB;计算总弧长
DAA;十进制调整
MOVR5,A
MOVA,B;B的值给A
JNCLOOP8;判断十进制调整是CY有没有被置1
INCA
CLRC
LOOP8:
DAA;十进制调整
MOVR6,A
JNCLOOP9
INC70H;十进制调整如果CY被置1，70H赋值1
CLRC
LOOP9:
MOVA,R6;解释R6，R5分别表示总长的高位和低位
ANLA,#0F0H;取R6的高四位，赋给71H
SWAPA
MOV71H,A
MOVA,R6
ANLA,#0FH;取R6的低四位，赋给72H
MOV72H,A
MOVA,R5
ANLA,#0F0H;取R5的高四位，赋给73H
SWAPA
MOV73H,A
MOVA,R5
ANLA,#0FH;取R5的低四位，赋给74H
MOV73H,A
/******显示前进******/
MOVSP,#50H
ACALLINIT
MOVA,10000000B
ACALLWC51R
MOVA,"G"
ACALLWC51DDR
MOVA,"0"
ACALLWC51DDR
MOVA,""
ACALLWC51DDR
MOVA,"A"
ACALLWC51DDR
MOVA,"H"
ACALLWC51DDR
MOVA,"E"
ACALLWC51DDR
MOVA,"A"
ACALLWC51DDR
MOVA,"D"
ACALLWC51DDR
MOVA,11000101B
ACALLWC51R
MOVA,70H
ACALLWC51DDR
MOVA,71H
ACALLWC51DDR
MOVA,72H
ACALLWC51
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