来源:智慧工厂 日期:2020/08/21 浏览量:次
介绍
由单片机控制的避障小车改变了传统遥控小车的控制方式,将超声波测距技术与小车相结合,实现了小车的自动避障,使小车在移动过程中更加智能化,减少了人为的干预。
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系统总体方案设计
2.1设计方案
(1)通过红外遥控按钮控制汽车前进、后退、停止、左右转弯等动作。
(2)当距离障碍物距离小于设定距离时,左转;左转后,判断离障碍物的距离是否设置为较大距离。如果大于,就继续前进;如果没有,向右转180度。右转后,判断与障碍物的距离是否设置为较大距离。如果距离大于,继续前进;否则,向右转向前走90度。
2.2系统结构
单片机控制简单、方便、快捷。价格低廉等优势。整个系统以单片机为核心,控制汽车的运动。控制系统的结构如图1所示。
图1控制系统框图
本设计系统以89C51单片机为核心,利用红外遥控器控制汽车的启动和停止,实现了汽车的启动和停止、左右转弯、直行和后退等功能。
机车中间的超声波发射接收装置检测小车行进方向上的障碍物,判断是否转向,实现避障功能。该信号由单片机发出,频率为40千赫兹,经放大电路放大后由超声波发射器发出。超声波接收器进一步放大接收到的信号,使用锁相环电路检测、调用单片机中断程序,测量时间T,那么获得的距离参数的程序操作,然后通过单片机程序处理,得到的数据进行相应的控制汽车发动机。
03
系统硬件电路设计
3.1红外接收器
红外接收电路通常集成到一个单独的元件中,即红外接收头。内部电路包括红外监控二极管、放大器、限幅器、带通滤波器、积分电路、比较器等。红外监控二极管检测到红外信号后,放大器将红外信号放大,通过限幅器、解调电路和积分电路进入比较器。比较器输出高电平和低电平以恢复发射信号。该模块使用红外接收头1838。电路如图2所示。
图2红外接收模块
在图2中,C3为解耦电容,起到滤除输出信号干扰的作用。1端是解调信号的输出端,连接到MCU的p3.2端口。当红外编码信号发出时,红外接头对检测后的方波信号进行处理,送入单片机进行相应的操作,从而实现对电机的控制。
3.2电机驱动模块
该模块采用L298芯片,该芯片是一种高压、大电流的双桥驱动器,可以同时控制两个电机的正、负旋转,并调节电机的转速以满足设计要求。电机驱动模块电路图如图3所示。
图3电机驱动模块
图3中L298DEVCC端与单片机共用5V直流电源,VS端接12V电源。ENA,ENB为使能端,低电平禁止输出。IN1,IN2,IN3,IN4为数据输入引脚,分别与单片机的p1.0、p1.1、p1.2、p1.3口相连。OUT1,OUT2接电动机MG1;OUT3,OUT4接电动机MG2。通过调节IN1,IN2,IN3,IN4之间输入的高低电平来实现电动机MG1和MG2的正向和反向运转,从而实现小车左右转和前进后退等功能。当IN1输入低电平,MG1电机正转;当IN2输入低电平,MG1电机反转;当IN3输入低电平时,MG2电机正转;当IN4输入低电平时,MG2电机反转。高电平输入时,电机不工作。D1~D8是保护二极管,用于电机紧急制动时,保护L298不被损坏。
3.3超声波模块
采用HC-SR04超声波测距模块,包括超声波发射器、接收器与控制电路[5]。基本工作原理:(1)采用IO口TRIG触发测距,给最少10us的高电平信呈。(2)模块自动发送8个40khz的方波,自动检测是否有信号返回;(3)有信号返回,通过IO口ECHO输出一个高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2。超声波测距模块电路如图4所示。
图4超声模块
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系统软件设计
4.1主程序
程序启动后,检测到红外接收模块。当信号收到后,单片机开始判断键值,并将信号发送给驾驶员模块,使小车做出相应动作。当汽车前进时,超声波模块开始发送信号。单片机判断到障碍物的距离,向驾驶模块发送信号,使汽车避障。
4.2超声波避障过程(图5)
图5超声避障气流
避障过程如图5所示。当汽车开始向前行驶时,会发现前方有障碍物;如果有,它会左转继续检测;如果有,则反向180度;如果没有,它将继续前进。
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驱动模块的仿真
采用protel软件对汽车控制系统进行仿真,仿真电路如图6所示。
图6驱动模块仿真
在仿真过程中,红色代表高电平,蓝色代表低电平。由于仿真软件不能仿真红外遥控、光电感应信号和超声波检测等信号,所以在仿真过程中通过密钥提供仿真所需的各种信号。按钮没有。2按钮实现汽车前进功能,8按钮实现汽车后退功能,5按钮停止,4按钮向左转弯,6按钮向右转弯。
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结论
该小车控制系统采用单片机作为控制核心,利用超声波测距模块检测小车运动中障碍物的方向,单片机处理发出指令驱动L298,驱动电机避开障碍物继续运行。仿真结果表明,该设计符合要求。
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