基于51单片机的红外遥控小车设计和制作

论文摘要：本文介绍一款红外线遥控小车，以AT89S51单片机为核心控制器，用L289驱动直流电机工作，控制小车的运行。本款小车具有红外线遥控手动驾驶、自动驾驶、寻迹前进等功能。本系统采用模块化设计，软件用C语言编写。一、设计任务和要求以AT98C51单片机为核心，制作一款红外遥控小车，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，前进过程中可以避障。手动驾驶时，遥控控制小车前进、后退、左转、右转、加速等操作。寻迹前进时小车还可以按照预先设计好的轨迹前进。二、系统组成及工作原理本系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要完成红外编码信号的发射和接受、障碍物检测、轨迹检测、直流电机运行的发生等功能。软件主要完成信号的检测和处理、设备的驱动及控制等功能。AT89S51单片机查询红外信号并解码，查询各个检测部分输入的信号，并进行相应处理，包括电机的正反转，判断是否遇到障碍物，判断是否小车其那金中有出轨等。系统结构框图如图1所示。三、主要硬件电路1、遥控发射器电路该电路的主要控制器件为遥控器芯片HT6221，如图2所示。HT6221将红外码调制成38KHZ的脉冲信号通过红外发射二极管发出红外编码。图2中D1是红外发射二极管，D2是按键指示灯，当有按键按下时D2点亮.HT6221的编码规则是：当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，如果这个按键按下且延迟大约108ms，这108ms发射代码由一个起始码(9ms)，一个结果码(4.5ms)，低8位地址码(9ms~18ms)，高8位地址码(9~18ms)，8位数据码(9~18ms)和这8位数据码的反码(9~18ms)组成，如果按键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码将仅由起始码(9ms)和结束码(2.5ms)组成。按照上图的接法，K1~K8的数据码分别为：0x00，0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07。图2遥控发射器电路原理图2、红外线接收模块该模块使用一体化红外接收头1838，其电路如图3所示。瓷片电容104为去耦电容，DOUT即是解调信号的输出端，直接与单片机的P3.2口相连。有红外编码信号发射时，输出为检波整形后的方波信号，并直接提供给单片机。图3红外接收原理图3、电机驱动模块该模块主要由芯片L298控制两个电机的正反转，以及改变电机的转速，其电路如图4所示。L298芯片是一种高压、大电流双全桥式驱动器。其中SENSEA、SENSEB分别为两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地。VCC，VS是接电源引脚，电压范围分别是4.5～7V、2.5～46V，设计中VCC端与单片机电源端共用5V工作电源，VS端独立接9V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，OUT1，OUT2，OUT3，OUT4为数据输出引脚。D1~D8是保护二极管（IN5819），用于释放掉电机停车时产生的反响尖峰电势，否则会击坏L298。图4电机驱动原理图4、障碍物检测和寻迹模块障碍物检测和轨迹检测原理是相同的。从经济的角度考虑，该模块选用了反射式光耦，其电路如图5所示。反射式光耦由一个红外发射管和一个光敏三极管组成。LM324是电压比较器，当3脚的电平大于2脚时，输出端1脚输出高电平，反之输出低电平。高低电平的值取决于LM324的2脚电平，调整电位器R23使LM324的2脚电压为3V。避障电路安装在小车的头部的左右两边，分别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，光敏三极管截止，LM324的3脚在R16的上拉作用下为高电平(5V),大于2脚电压(3V)，输出高电平；当遇到障碍物时，反射红外线，光敏三极管导通，比较器3脚接地，小于2脚电压(3V)，输出低电平。单片机根据电平的变化判断有无障碍物，当左边遇到障碍物时小车右转，当右边遇到障碍物时小车左转。循迹电路安装在小车的底部的左右两边，循迹是通过辨别黑白色来行走。工作过程是：红外发射管发出红外光，当遇到黑色，不反射红外光，比较器输出为高电平；当遇到白线，红外光反射回来，比较器输出为低电平。当左边检测到白色时小车右转，当右边检测到白色时小车左转，当两边检测到的都是黑色时小车前进，当两边检测到的都是白色时小车停止。图5障碍物检测、轨迹检测原理图四、软件设计本系统的软件用C语言编写，分为主程序，外部中断解码子程序、自动驾驶子程序、手动驾驶子程序、障碍物检测子程序、轨迹检测子程序、定时器1中断调速子程序等。主程序完成系统硬件的初始化、子程序调用等功能。主程序、解码子程序如图6、图7所示。