基于单片机的红外线迷宫小车
学号： 姓名 日期：
1
摘 要
随着电子、信息技术的应用与迅速普及，人们对电子技术的要求越来越高。迷宫小车的出现为今后能够更好地使用机器人来代替人工活动垫定了扎实的基础。经过完善的迷宫小车将可以广泛用于军事排雷、火灾现场的救灾抢险、有害气体中毒的抢救等活动中。然而，目前存在的一些迷宫车主要还是停留在人工远程控制阶段，真正稳定完备，并能实现自主学习的智能小车还有待继续研发。
本课题设计了一个基于单片机控制的迷宫小车系统，该系统采用STC89S51单片机为主控制核心，实现信号采集，路线判断，以控制小车的运动；循迹防撞电路采用红外发射接收电路，通过红外发射管一直发射红外线，当接收管接收到信号后，证明遇到障碍物，单片机就会做出相应指示，指示驱动电路让电机驱动小车退后。驱动电路：小车中驱动电路采用L9110电机驱动，单片机发送信号给L9110，然后L9110控制小车正反转
关键词：迷宫小车；单片机；传感器
i
目录
摘 要 ............................................................................................................................................... i 第1章 绪论 ..................................................................................................................................... 3
1.1 课题背景 ........................................................................................................................... 3 1.2 国内外发展状况 ............................................................................................................... 3 第2章 系统总体设计 ..................................................................................................................... 4
2.1 系统方案的选择 ................................................................................................................ 4
2.1.1 迷宫小车的系统方案 ............................................................................................. 4
2.1.2 传感器的选择与比较 ............................................................................................. 4 2.1.3车体的选择与比较 .................................................................................................. 4 2.1.4 前进路径与返回路径的最优选择 ......................................................................... 4 2.1.5传感器个数的比较与选择 ...................................................................................... 5 2．2 系统总体设计 ................................................................................................................. 5 第三章 小车的硬件设计 ................................................................................................................. 6
3.1 硬件选型 ............................................................................................................................ 6
3.1.1机械部分 .................................................................................................................. 6
3.1.2单片机部分 .............................................................................................................. 7 3.1.3 电路部分 ................................................................................................................. 9 3.1.4驱动电路 ................................................................................................................ 10 3.2 系统硬件结构电路图 ...................................................................................................... 12 第四章 迷宫小车的软件设计 ....................................................................................................... 13
4.1 系统软件结构框图 ......................................................................................................... 13 参考文献......................................................................................................................................... 14
ii
第1章 绪论
1.1 课题背景
随着电子、信息技术的应用与迅速普及，人们对电子技术的要求越来越高。迷宫小车的出现为今后能够更好地使用机器人来代替人工活动垫定了扎实的基础。经过完善的迷宫小车将可以广泛用于军事排雷、火灾现场的救灾抢险、有害气体中毒的抢救等活动中。然而，目前存在的一些迷宫车主要还是停留在人工远程控制阶段，真正稳定完备，并能实现自主学习的智能小车还有待继续研发。 1.2 国内外发展状况
智能迷宫小车也可以称为智能迷宫机器人，既然是智能机器人，那么就应当具备以下几个特征功能：识别，处理，执行，学习。目前全世界各国所举办的大大小小关于机器人的比赛C数不胜数，其中的宗旨是一致的都是为了培养创新精神，激发思维想象力，并估计理论与实践相结合。在我国高校的机器人比赛中，最为广泛的是“飞思卡尔”杯大学生智能车竞赛，该比赛充分的利用学生的各方面知识，并要求将其运用至切实的实践中，极好的诠释了上述的机器人比赛宗旨。正因目前的机器人发展越来越迅速，越来越多智能机器人产品或已经或正在投入到农业、工业的生产当中，代替人工劳作。同样，在抢险救、军事活动中，智能迷宫机器人也可以达到同样的功效
3
第2章 系统总体设计
2.1 系统方案的选择
2.1.1 迷宫小车的系统方案
本迷宫小车选用8位89C51单片机为控制器，通过4个红外光电传感器TCRT5000对信号进行采集，采集到的信号经比较器LM358处理后传给89C51单片机，经单片机处理后，发出控制命令给L9110，驱动2台直流电动机进行相应的动作。 2.1.2 传感器的选择与比较
红外对管可以智能识别黑与白两种颜色由于现场条件，并不能对其造成干扰，而且其反应速度快，响应时间短，故此，我们选用红外对管传感器。
2.1.3车体的选择与比较
采用三轮小车，前面两轮由两个电机分别控制，用其速度差来实现转弯与调整，后前轮为万向轮，用来维持小车的平衡。 2.1.4 前进路径与返回路径的最优选择
由于小车需要避开障碍物到终点，故小车应能识别迷宫的路况，我们给小车加上了识别路口程序，并且让小车按照右手原则前进，在每个路口处让小车记录出所走过的路况，并且记忆，以便于小车可以快速到达终点。
4
2.1.5传感器个数的比较与选择
总4个传感器，其中两个传感器用来检测小车是否偏离轨迹，另外三个传感器用来检测小车是否遇到路口（前方.左方及右方各一个），还有一个传感器配合前方的传感器来检测终点。小，可分为小功率，中功率，大功率三种。另外，红外发光二极管除顶面发光型外，还有侧面发光型。小功率管一般采用全塑封装，也有部分是采用陶瓷底座，顶端用玻璃或环氧树脂透镜封装的，中大功率管一般采用带螺纹金属底座，以便安装散热片。随着发光功率得提高，相应体积的管子也增大。 2．2 系统总体设计
2．2．1智能迷宫小车总体设计方案
该智能迷宫车是由光电传感器模块、单片机控制模块、电机模块、组成的。迷宫小车采用的是由一个万向轮作为前轮，以及两个直流电机驱动轮作为后轮的结构形式组成的三轮车。该车的特点就是灵活，通过后侧两个驱动轮的差速转动实现小车的转向。两电机以相同速度同方向运转时，小车为前进；以相反方向运转时，小车实现绕车体中心自转，十分灵活。
2．2．2智能迷宫小车控制电路的设计 智能迷宫小车控制电路如图2—1所示
5
路面情况通过光电传感器产生模拟信号经过LM358比较器处理，转换数字信号传递给产生新的电机正确运转控制电机驱动通过单片机进行运算，产生控制信号 图2--1系统控制流程图
该循迹防撞电路采用红外发射接收电路，通过红外发射管一直发射红外线，当接收管接收到信号后，证明遇到障碍物，单片机就会做出相应指示，指示驱动电路让电机驱动小车退后。驱动电路小车中驱动电路采用L9110电机驱动，单片机发送信号给L9110，然后L9110控制小车正反转。
第三章 小车的硬件设计
3.1 硬件选型 3.1.1机械部分
制作工具及材料，镊子、电烙铁、焊锡丝、松香、斜口钳、十字螺丝刀、多用表、连接线等
6
图3—1变速器模型及清单
取二个电动机反向放置在左右变速箱侧板内的专用位置，一上一下分别将电动机塑壳的对应凸嵌入变速箱的对应打孔。而轴端穿过对应圆孔直至电动机金属圆凸嵌进圆孔 3.1.2单片机部分
本机选用STC89C51单片机作为主控制器。一下为它的引脚图：
表3—1脚位说明
7
脚号 1 名称 管脚位名号 称 P3.2 管脚位名称 管脚位名称 号 11 号 P3.7 16 P1.4 复位 6 2 INT/RXT/P3.7 0 接收端 P3.3 12 P1.0 17 P1.5 3 TXT/P3.1 数8 据发射端 P34 13 P1.1 18 P1.6 4 XTAL2 外部9 晶振2介入 P3.5 14 P1.2 19 P1.7 5 XTAL1 外部晶振1接收 10 GND 接地 15 P1.3 20 VCC 电源
它为单时钟机器周期的单片机，是一款低功耗/高速/超强抗干扰的的新一代8051单片机，内部集成高可靠复位电路。运行电压：高电压芯片5V、低电压芯片3V运行频率：最高频率为35Mhz时钟：外部晶振或内部RC震荡器可选，在用户下载程序时设置。芯片内EEPPOM功能，擦写次数10万次以上低功耗设计：空闲模式（可由任意一个中断唤醒）低功耗设计：掉电模式（可由外部中断唤醒），可支持下降沿/上升沿和远程唤醒1280字节片内RAM数据存储器8通道，10
8
位高速ADC，速度可达25万次以上硬件看门狗 全双工异步串行通信端口。 3.1.3 电路部分 下面为它的电路板：
图3—2 小车电路板
这个图是小车电路部分的PCB板,表3—2为其元件清单和元件的
封装号
表3—2 元件清单 位号 LBR1 名称 位号 名称 1N4007 位号 S1 名称 开关 10k电位D1 器 LBR2 10k电位D2 器 红色LED R1 1k 9
LBR3 10k电位M1 器 左电机接RP1 口 右电机接RP2 口 L9110 L2 200四位排阻 10k四位排阻 L9110 LBR4 10k电位M2 器 RP-1 10k八位L1 排阻 D3 D6 D9 发射管 发射管 接收管 D4 D7 D10 发射管 接收管 接收管 D5 D8 C5 发射管 接收管 10uf 循迹防撞电路采用红外发射接收电路，通过红外发射管一直发射红外线，当接收管接收到信号后，证明遇到障碍物，单片机就会做出相应指示，指示驱动电路让电机驱动小车退后。 3.1.4驱动电路
小车中驱动电路采用L9110电机驱动，单片机发送信号给L9110，然后L9110控制小车正反转。
小车中驱动电路采用L9110电机驱动，单片机发送信号给L9110，然后L9110控制小车正反转。 以下为它的一些特性： ▶ 低静态工作电流；
10
▶ 宽电源电压范围：2.5V-12V
▶ 每通道具有800mA连续电流输出能力； ▶ 较低的饱和压降；
▶ TTL/CMOS输出电平兼容，可直接连CPU; ▶ 输出内置钳位二极管，适合于感性负载； ▶ 控制和驱动集成于单片IC之中； ▶ 具备管脚高压保护功能； ▶ 工作温度：0℃-80℃。
图3—3 L9110 具体情况
L9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，
11
全部硬件结构电路图如下图所示
3.2 系统硬件结构电路图
用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路中。
图3—4硬件电路结构图
射红外线，当接收管接收到信号后，证明遇到障碍物，单片机就会做
钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直
良好的抗干扰性；两个输入端能直接驱动电机的正反向运动，它具有
整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有
该循迹防撞电路采用红外发射接收电路，通过红外发射管一直发
出相应指示，指示驱动电路让电机驱动小车退后。驱动电路小车中驱
电流能力可达到1.5~2.0A；同时它具有较低的输出饱和压降：内置的
较大的电流驱动能力，每通道能通过750~800mA的持续电流，峰值
流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。L9110被广泛应
12
动电路采用L9110电机驱动，单片机发送信号给L9110，然后L9110控制小车正反转。
第四章 迷宫小车的软件设计
4.1 系统软件结构框图
图4—1 软件结构图
小车分别有小车后退的函数,让小车前进的函数, 下车停止的函数,小车右转弯的函数.小车左转弯的函数如果左边的传感器遇到障碍物 就右转（ 修改you(20)括号里面的时间就可以修改右转的时间 数字越大 转的时间越长 ） 如果右边的传感器遇到障碍物 就左转 （ 修改zuo(20)括号里面的时间就可以修改左转的时间 数字越大 转的时间越长 ） 转
如果左上角的传感器遇到障碍物就先后退再右
（ 修改hou(20)括号里面的时间就可以修改后退的时间 ）
如果右上角的传感器遇到障碍物就先后退再左转（ 修改hou(20)括号里面的时间就可以修改后退的时间 ）
13
结论
通过这次实习设计使我懂得了理论与实际相结合的重要，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。设计的过程中遇到的各种问题，也让我意识到自己的不足。
由于时间的限定，再加上本人水平有限，红外测距仪尚存在不足之处，测量精度不够高，受外界光线影响较大 ，并没有达到老师所期望的指标。
转眼间一个月的期限已近在眼前，翻看一下自己的实习日记，一路走来，从最开始的好奇，到枯燥，到绝望，再到出成果的欣喜，虽然很辛苦，但总算是自己通过自己的努力第一次真正意义上的做出来了一件东西，所受的苦，也值了。
这一个月的实习经历对我来说是十分宝贵的，通过一个月的努力，终于顺利完成了以前从未完成过的事情，让我明白了科研过程的艰辛，虽然枯燥，但必须带着严谨而又坚持的态度，脚踏实地，一步一个脚印的走，才可能走向成功。同时也证明了自己大学的理论知识没有白学，虽然成果很小，但我相信，自己已经不是那个什么都不会做的学生了。感谢学校给了我这次历练自己的机会，感谢老师的严格要求，感谢同学的热心帮助，陪我渡过了这段苦中有甜的日子。
参考文献
[1] 郑人杰. 计算机软件测试技术. 北京: 清华大学出版社, 1992 [2] 薛小玲.刘志群、贾俊荣编著《单片机接口模块应用于开发实例
14
详解》 北京航空航天大学出版社 2010
[3] 谭浩强 著《C程序设计》（第三版） 清华大学出版社 2005 [4] 李永鉴.简易超声波测距仪的制作.五邑大学信息学院. 广东江门:2006年
[5] .陈鸿茂编著《常用电子器件简明手册》 中南矿业大学出版社 2001
[6] .曲波 肖圣兵 吕建平编著《工业常用传感器选型指南》 清华大
学出版社 2002
[7] 王建华，逢玉台.MAX7219原理及其应用[J].电子技术，2003，12：36～39.
[8] 宗光华等编著《机器人的创意设计与实践》[M]. 北京航空航天大学出版社 2004
[9] 王建华，逢玉台.MAX7219原理及其应用[J].电子技术，2003，12：36～39
[10] 刘秋艳，刘景文，胥宝萍.Protel 99 SE电路设计[M].北京：中国铁道出版社，2005，7
15
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容