智能寻迹避障小车寻迹系统设计Word格式文档下载.docx

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本项目中，小车的寻迹功能采用红外线收、发对管实现。

具体工作过程如下：

两对红外线收、发对管安装在智能寻迹避障小车底盘正前方，红外发射管一直发射信号，接收管时刻准备接收信号。

两对对着地的红外管发射红外信号，信号在白色的地面上反射回接收管，通过接收管把信号送回单片机进行处理，完成相应的动作。

假如在黑色的地面上，信号被地面吸收，就无信号返回，单片机检测到无信号，根据程序也会做出相应的动作。

如图2.1所示为红外线收、发对管外型示意图。

图2.1红外收、发对管外形图

2.3案例设计

2.3.1系统设计方案

本项目采用单片机最小系统+红外寻线传感器来实现小车寻线功能。

系统设计框图如图2.2所示。

图2.2系统设计框图

2.3.2硬件电路设计

智能寻迹避障小车寻线电路原理图如图2.3所示：

它是在单片机最小系统的基础上直接由单片机的P3？

础_0ol_1连接红外线收、发对个构成的，其中单片机的P3.5端口控制左边寻线电路模块，右边寻线电路模块由P3.6控制。

为了保准巡线信号的准确度，一般要求左、右红外发射对管安装时离地面高度控制在0.5cm内比较理想，距离太大，可能造成信号不灵敏，巡线不够准确，距离太小，也可能造成小车前进会与地面产生刮擦，从而损坏器件；

另外，左、右收、发对管安装的距离应保持在比黑线条的宽度多一点，做到夹在黑线条，并处于黑线条的边缘，不能压在黑线上。

这样巡线才能准确。

图2.3智能寻迹避障小车寻线电路原理图

2.3.3系统软件设计

任务一：

1、源程序

#include<

at89x52.h>

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

#defineoutP2

sbitzuo1=P0^1;

sbitzuo2=P0^0;

sbityou1=P0^3;

sbityou2=P0^2;

sbitzuod=P3^5;

sbityoud=P3^6;

sbitqiand=P3^7;

//左右前3个红外传感器

sbitjiao=P0^6;

sbitD1=P2^0;

sbitD2=P0^7;

voiddelay（uintx）

{

uchari;

while（x--）

for（i=0;

i<

123;

i++）;

}

voidqian（）

zuo1=0;

zuo2=1;

//左边往前

you1=0;

you2=1;

//右边往前

voidhou（）

zuo1=1;

zuo2=0;

//左边往后

you1=1;

you2=0;

//右边往后

voidzuo（）

voidyou（）

voidmain（）

while

（1）

{

if（zuod==0&

youd==0）//如果左右两个传感器没有检测到黑线

{

qian（）;

//直走

}

if（zuod==1&

youd==0）//如果左边的传感器检测到黑线

while

（1）

{

zuo（）;

//左转

D1=0;

if（zuod==0）//一直左转到传感器检测不到为止

{

D1=1;

break;

//跳出循环

}

}

if（youd==1&

zuod==0）

you（）;

D2=0;

if（youd==0）

D2=1;

//道理同上

}

2、程序运行及调试

按图2.3连接智能寻迹避障小车控制电路，编译以上程序，将产生的可执行文件烧写到智能寻迹避障小车的单片机程序存储器，然后将小车放置在黑线圆圈的任意位置，开启电源，小车会沿着黑线不断转圈；

将小车从黑线上拿走，然后再放放置黑线旁边，只要小车与黑线不成90度放置，则小车通过自我修正，会重新找到黑线轨迹，继续转圈。

3、程序设计思路

基本思路是：

先判断智能寻线小车左、右寻线传感器是否夹在黑线边缘，如果是说明寻线传感器处于白色区域，则小车前进；

如果不是，则再判断左、右传感器所处的位置，如果左边传感器压到黑线，左传感器指示灯D1亮，说明小车已经偏右，则应调左转函数修正，使左边传感器退出黑色区域；

当退出黑色区域后，左传感器指示灯D1灭；

当右边传感器压到黑是，方法跟左边处理类是：

调用右转函数修正，同时D2亮，修正完，D2灭。

总之，小车在沿黑线转圈过程中，左、右寻线传感器始终是夹在黑线边缘（即白色区域）的，如果不在白色区域，就要根据情况调用左转、或右转函数进行修正。

程序流程图如图2.4所示：

图2.4智能寻迹避障小车寻黑线转圈流程图

任务二：

1、源程序

ucharcodeZM[]={

0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09,

};

out=ZM[1];

out=ZM[3];

//左转

out=ZM[4];

程序的运行与调试与任务一相同，当程序下载到小车控制电路单片机中，开机运行，小车除完成任务一的动作外，还会在小车行进过程中在数码管上显示小车的状态，比如，小车前进，则在数码管上显示“1”；

小车左转弯则在数码管上显示“3”；

小车右转弯则在数码管上显示“4”。

程序设计思路与任务一基本相同，只是在小车直行、左转、右转函数后面调用相应的状态显示字符。

其程序流程图如图2.5所示。

图2.5带小车行走状态显示、转圈程序流程图

2.4相关知识

2.4.1显示模块

显示器是最常用的输出设备，其种类繁多，但在单片机系统设计中常用的是发光二极管显示器（LED）和液晶显示器（LCD）两种。

由于这两种显示器结构简单，价格便宜，接口容易实现，因而得到广泛应用。

下面介绍发光二极管显示器（LED）的结构、工作原理及其接口电路。

1、LED结构与原理

LED显示器又称为数码管，它主要由8个发光二极管组成，如图2.6（a）所示。

图中，a～g为数字或字符显示段，h段为小数点显示，通过a～g为7个发光段的不同组合，可以显示0～9和A～F共16个数字和字母。

例如，当a、b、g、e、d段亮时，显示数字“2”，当a、f、e、g段亮时，则显示字母“F”。

LED可以分为共阴极和共阳极两种结构，如图2.6（b）和（c）所示。

其中图（b）为共阴极结构。

即把8个发光二极管阴极连在一起。

这时如果需要点亮a～g中的任何一盏灯，则只需要在相应端输入高电平即可；

输入低电平则截止。

比如我们现在要显示数字“3”，则只要在对应的a、b、c、d、g段送入高电平，在其他端送入低电平即可，点亮为“3”。

图（c）为共阳极结构。

其显示端输入低电平有效，高电平截止。

（a）引脚分布图（b）共阴LED（c）共阳LED

图2.6八段LED显示块

表2-1列出了共阳极与共阴极LED显示器显示数字、字母与显示代码之间的对应关系。

表2-1显示器显示数字、字母与显示代码之间的对应关系

显示字符

共阴极段码

共阳极段码

3FH

C0

8

7FH

80H

1

06H

F9

9

6FH

90H

2

5BH

A4

A

77H

88H

3

4FH

B0

B

7CH

83H

4

66H

99H

C

39H

C6

5

6DH

92H

D

5EH

A1H

6

7DH

82H

E

79H

86H

7

07H

F8

F

71H

8EH

2、LED显示器显示方式

点亮LED显示器有两种方式：

一是静态显示；

二是动态显示。

所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。

如图2.7所示为4位静态LED显示器电路。

该电路每一位可单独显示。

只要在要显示的那位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持显示相应的显示字符。

这种电路的优点是：

在同一瞬间可以显示不同的字符；

但缺点就是占用端口资源较多。

从图2.8可以看出，每位LED显示器需单独占用8根端口线，也就是说需要占用单片机的1个端口，而对于MCS—51单片机而言，端口资源是比较少的。

因而，在显示的数据位较多时往往不采用此种设计方法，而是采用动态显示方式。

所谓动态显示，就是将要显示的多位LED显示器采用一个8位的段选端口，然后采用动态扫描方式一位一位地轮流点亮各位显示器。

如图2.8所示为4位LED动态显示电路。

图2.74位静态LED显示器电路

图2.84位动态LED显示器电路

在此电路中，单片机的P1口用于控制4位LED的段选码；

P2口的P2.0～P2.3用于控制4位LED位选码。

由于所有的段选码连在一起，所以同一瞬间只能显示同一种字符。

但如果要显示不同字符，则要借助位选口来控制。

（如果LED为共阴，则P2.0～P2.3输出高电平，为共阳则P2.0～P2.3输出为低电平。

）例如，现在要显示5678四个数字，则首先应该将“5”的显示代码（共阴LED的显示代码为6DH，共阳LED的显示代码为92H）由P1.0送出。

然后P2.0～P2.3输出相应位码（共阴LED时P2.0～P2.3输出1000，共阳LED时P2.0～P2.3输出0111）时，则可以看到在数码管1上的显示数字“5”。

再将显示的数字“5”延时5～10ms，以造成视觉暂留效果；

同时代码由P1.0送出。

用同样的方法将其余3个数字“678”送数码管2、3、4显示，最后则可以在4位LED上看到“5678”四个数字。

为了使显示效果稳定，可以使每个数码管显示的数字不断重复，当重复频率达到一定程度时，加之人眼视觉暂留作用，便可以看到相当稳定的“5678”四个数字。

表2-2为模拟以上显示的过程表（以共阴LED设置显示代码，共阳与此相反。

）

表2-24位动态LED扫描显示状态

段选码

P1.7至P1.0

P2.3至P2.0

LED显示

数码管1

数码管2

数码管3

数码管4

01H

02H

04H

08H

3、LED显示器接口实例

实例1：

用LED数码管显示数字“6”

本例用LED数码管显示数字“6”，接口电路如图2.9所示（采用共阳极数码管）。

实现方法：

图2.9中数码的电源由单片机P2.0引脚控制，当P2.0为低电平时数码管被点亮，然后由P0控制数码管显示的数字，根据表2—1输出数字”6”。

图2.9数码与单片机的接口电路

程序设计如下：

//实例1：

reg51.h>

//包含51单片机寄存器定义的头文件

voidmain（void）

P2=0xfe;

//P2.0引脚输出低电平，数码显示器接通电源准备点亮

P0=0x82;

//让P0口输出数字"

5"

的段码92H

实例2：

用4位数码管静态显示“1234”

图2.10为4位静态显示电路，在该电路中每一个数码管占用1个单片机并行端口，因而可以同时显示不同的数字，但这种方式由于过多地占用了单片机端口资源，故在实际设计中不实用，特别是显示数位数多时，不采用该种方式，而是采用动态方式实现。

图2.104位数码管静态显示电路

//实例2：

静态显示数字“1234”

//包含51单片机寄存器定义的头文件

/*******************************************

函数功能：

主函数

******************************************/

P0=0x6d;

//将数字5的段码送P0口

P1=0x7d;

//将数字6的段码送P1口

P2=0x07;

//将数字5的段码送P2口

P3=0x7f;

//将数字6的段码送P3口

while

（1）//无限循环，防止程序跑飞

;

实例3：

用4位数码管动态显示“1234”

上例虽然实现同时显示不同数字的功能，但浪费端口资源严重，故在实现多位同时显示不同数字时多采用如图2.11所示的动态显示，这种方式能够利用较少的端口实现较多位的数字显示，因而得以实用。

图2.114位数码管动态显示

//实例3：

ucharcodeDIS_SEG[4]={0xf9,0xa4,0xb0,0x99};

ucharcodeDIS_BIT[4]={0x01,0x02,0x04,0x08};

voiddelay（uintk）

uinti,j;

for（i=0;

k;

i++）

{for（j=0;

j<

121;

j++）

{;

ucharcnt;

while

（1）

for（cnt=0;

cnt<

4;

cnt++）

{P0=DIS_SEG[cnt];

P2=DIS_BIT[cnt];

delay（100）;

P2=0X00;

//每开段位就关闭全部显示可以起到消影的作用。

2.5拓展提高

2.5.1思考练习

1、本案例设计中智能巡迹避障小车的巡线功能与那些器件有关？

如何保证巡线的准确性？

2、智能巡迹避障小车沿黑线转圈与沿黑线走“S”型路线的控制程序是一样的吗？

为什么？

3、数码管动态扫描如何实现？

如何出现数码管显示出现“闪烁”现象，应如何消除？

2.5.2拓展训练

任务：

在单片机的P2口扩展一片LCD1602作为显示器件，显示智能小车的行走状态。

要求：

1、设计满足任务要求的系统硬件电路。

2、给出程序的设计思路，画出详细的程序流程框图。

3、给出程序清单并加上必要的注释。