51单片机智能小车制作,求通俗易懂 人工智能的讲解

基于51单片机智能小车的设计与实现
0引言学习智能小车系统,有助于提高搭建系统的能力和对自动控制技术的理解。智能小车是一个较为完整的智能化系统,而智能化的研究已成为我国追赶世界科技水平的重要任务。智能小车有它特有的特点:成本低,涉及的知识面广,易于拓展[1]。整个智能小车系统作为一个完整的系统,从它的原理图的实现到实物的完成的过程,不仅需要深厚的电子方面的知识,还有对电路实现的良好掌握,对于培养学生的实践能力都有重要的意义。智能小车的竞赛在我国各大高校中都受到了重视,吸引了大批的高校学生的兴趣,而且取得了很多优异的成果,为我国推进智能化的进程做出了巨大的贡献,也为智能汽车的发展提供了理论依据[2-3]。只有当把理论和模型应用到实践中,这样的创新才用意义,我们国家这几年在智能化方面的进步越来越快,也推动了我国在国际社会上在智能化方面的话语权。智能小车是智能化的一部分,它的系统里的避障、循迹、红外遥控的技术用到了智能化,将智能化应用到传统技术上是21世纪发展的趋势。我国虽然从改革开放以来大力发展科技创新,但是在智能化的创新水平与国外较发达的国家相比还有巨大的差距,智能竞赛在高校越来越流行,也证明了我国教育在这方面很快会赶上世界上的发展水平。本次设计是以单片机为CPU,通过编程和一些外围电路的设计来实现红外遥控,避障,循迹等功能。最重要的是把模型上的研究应用到实际生活中,智能车辆便做到了这一点[4-6]。在实际应用中比如在倒车的过程中实现的红外警报系统是以智能小车为模型而研发出来的。对于电子知识的热爱与钻研有利于研发更多智能车辆,使我们的生活更加便利、智能化。1. 系统的整体框架和工作原理。1.1系统的整体框架
智能小车以STC89C51为主芯片,使用两轮驱动,另外还需要一个万向轮,起到支撑和平衡小车的作用。主要包括电机模块,电源模块,循迹模块,红外遥控模块,超声波模块,LED显示模块等组成,系统的整体设计设计框图如图1所示。
图1 系统的整体设计框架组成图1.2系统的工作原理智能小车以STC89C51为主芯片,使用两轮驱动,用两个电机分别驱动左轮和右轮。通过电机来调节车轮的转速从而可以实现控制转向的功能,另外还需要一个万向轮,起到支撑和平衡小车的作用[7]。在小车的车体左右分别安装红外线光电传感器,通过黑白线来检测循迹的功能:当黑线的边界被小车左侧的传感器检测到的时候,会向单片机发送一个信号,当单片机接收到信号的时候,会控制左轮电机,小车开始向左调整方向;同理当小车的右边传感器检测到黑线时,主控芯片开始控制小车右轮的电机,使其减速,小车开始向右修正。在小车的前部分安装了一个红外线光电开光来实现避障,当障碍物被传感器检测到的时候,车轮开始转动,小车避开障碍物继续行驶[8-10]。红外遥控部分是由发射和接收两部分组成,采用红外遥控器的2,4,6,8键来控制小车的前进,后退,左转,右转,当红外遥控器的数字键按下的时候,经过发射端的编码和调制,再通过电转换放大器,发送给接收端的红外接收头,通过一系列的过程来完成红外遥控的这个过程。通过轻触按键来选择小车的模式,本系统下小车共有三种模式,分为循迹模式、避障模式和红外遥控模式,分别用黄、绿、红这三个LED灯来代表,系统通入电源默认状态下是红外遥控。当轻触按键第一次按下的时候,绿灯亮,开始进入避障模式,再按一次按键开始进入循迹模式,此时红灯亮[11]。2.系统各模块设计2.1 红外循线模块本次设计中将采用红外发光二极管作为反射式光电传感器。红外发光二极管的工作原理:发射管为无色透明的LED灯,它在接入电源之后能产生红外光,这种红外光人眼是看不到的。接收管为黑色的LED灯,红外光的多少会影响其内部的电阻的大小,它并没有固定不变的电阻。利用黑色吸光的原理,当小车行驶的过程中,遇到黑色物体,红外发射管发射回来的光比较少,因此接收管可接收到的红外光就比较少,它们之间成正比例关系,此时接收管内的电阻会变得较小,外围电路就可以读出到检测黑线的状态。用电平的高低来反应循迹过程,将信号发送给单片机的i/o口,就可以完成循迹功能[12-13]。外部电路用到了LM393,它的内部集成了2路比较器集成电路,由于这2路比较器完全相同,所以我只要了解一路的原理即可,比较器共有3个端口,其中有2个输入端和1个输出端,其中同相输入端用“+”表示,反相输入端用“-”表示,它用作比较2个输入的电压时,2个输入端的任意一个的固定电压作为参考电压,剩下的一端只需要接需要比较的信号电压。含有LM393的红外循线模块原理图如图2所示[14]。
图2 含有LM393的红外传感器电路原理图2.2避障模块本次设计采用了HC-SR04超声波模块,源于它广泛应用与智能小车的避障原理中,考虑到它的特性和工作原理,本次实验将采用HC-SR04作为超声波模块的器件。它有4个引脚:1引脚接5V电源,2引脚为Trig端,接P2.4,3引脚为Echo端,接P2.5,4引脚为红色接地。HC-SR04电路连接如图3所示:
图3 HC-SR04电路连接图3.软件设计当硬件设计完成之后最重要的部分是进行软件设计,根据每个模块的不同来进行软件编程,共分为红外遥控、循迹和避障三个模块,这三个模块是通过一个按键来控制小车的状态,所有的软件设计都是以STC89C51单片机为中心,进行软件编程,智能小车系统中的软件部分是通过keil-uvision4进行程序调试,通过STC软件烧写到51单片机中,软件部分的关键是各个I/O口的连接,本次设计中将电机控制接线接到了P1的四个端口,传感器接到了P2端口,红外遥控信号接口接到了P3口[15]。考虑到红外遥控的程序以及循迹、避障的算法已经比较成熟,红外对管的原理也为固定内容,较为简单,而且需要调试程序的地方并不多,所以本次设计没有留USB 接口,而是选择直接把程序烧写到单片机中,将单片机与循迹,避障模块按照原理图进行焊接,通过原理图的设计,以及一些巧妙的走线方式简易了整个系统,使程序变的简单容易理解,节约了成本而且降低了整个系统的难度。整个智能小车系统可以分为数据处理和过程控制这两个部分,其中数据处理是整个系统的前提,它包括:模拟变化、对数据进行采集、数字滤波、距离计算等,只有这一步得到了合适的设计,才能保证过程控制的顺利完成。3.1避障子程序流程图避障模块的简单流程图如图4所示,当打开电源,小车的电源指示灯亮起,小车的默认状态下是红外遥控的方式,按一下模块控制键,开始进入避障模式的状态,小车开始匀速行驶,利用超声波模块进行避障,利用单片机输出一个触发信号,把触发信号输入到超声波测距模块,再由超声波测距模块的发射器向某一方向发射超声波,在发射的同时单片机通过软件开始计时,超声波在空气中传播,遇到障碍物返回,接收器接收到反射波产生一个信号反馈给单片机,此时停止及时。发射点距障碍物的距离为s,它的公式为s=time*1.8/100,其中time=TH0*256+TL0。当前方没有障碍物的时候,小车会继续行驶,此时线外线传感器会从低电平恢复为高电平,电机的转向保持不变[16]。
图4 避障模块流程图3.2循迹子程序流程图小车的循线模块流程图如图5所示。打开小车的电源开关,按下两次模式选择开关会进入循迹模式。小车进如循迹模式的状态下,小车会在提前设定的环境下进行测试,当左边的红外线接收管为高电平时,小车开始向左转;当右边的红外接收管为高电平时,小车开始右转,如果不是,小车则继续沿着黑线保持行驶。
图5循线模块流程图4.调试与结果分析4.1测试方法(1)打开电源开关,将智能小车放置在平坦的地板路面,开始进行红外测试,使用红外遥控器的2,8,4,6键进行前后左右这四个方向的测试,先检查是否可以前进和后退,然后在检测是否可以转弯。注意这个过程中小车的速度都是匀速前进。在这个过程中需要记录多次数据,避免因为误差而导致测试结果的不准确性。(2)通过按键选择避障模式,在小车直行的前方放一些障碍物,当小车接近障碍物是判断小车是否可以成功避开障碍物。小车避障的距离是确定好的,所以可以通过简单的障碍物来判断避障的结果。(3)通过按键选择循迹模式,在设计的简易黑白线跑道上进行测试,判断小车是否能够成功完成循迹功能。4.2测试结果
将程序烧写到单片机中,进行了数次的实验,这里记录了6实验数据进行分析,结果如下表所示。小车运行次数
成功循迹次数
成功避障次数
成功红外遥控次数 1
通过数次的测试,小车能够较好的完成循迹、避障、红外遥控的功能,通过以上数据的分析,小车在循迹和红外遥控方面的成功率较高,在避障实验中会存在误差,后来经过仔细的分析发现误差的原因收到周围强光和跑道设计的不合理的影响,这些不足的方面还有待改进。5.结束语本系统是以STC89C51单片机为CPU,通过一些外围电路和软件编程实现循迹、避障和红外遥控的功能。整个设计过程中最大的特点是利用简单的原理图将避障,循迹,红外遥控这三个模块有效的结合起来,利用经典的H桥路作为小车前进、后退、左右转编程的理论基础,提高了效率,降低了编程的复杂度,本系统具有很强的研究的意义,智能化的发展促使了智能小车往功能更加强大的方向发展,将会在勘探危险建筑物的环境和检测有毒气体等领域发挥着重要意义。参考文献[1]陆蕊. 基于单片机的智能小车系统的设计[J]. 电子世界, 6-166.[2陈梦婷,胡白燕,黄璨.基于单片机的智能循迹避障小车的设计与实现[J].智能机器人,.[3]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社..[4]高枫.基于ARM的智能寻迹小车的设计与实现[D].山西:中北大学,2012.6.[5]陈海洋,李东京.基于单片机的智能循迹避障机器人小车设计[J].科技风,2014(20):99.[6]钱栢霆,李娟.基于单片机的循迹避障智能小车系统的设计[J].电子制作,2015(6x).[7]寸巧萍.基于Mega16单片机的智能小车循迹避障设计方案[8].电子技术与软件工程,2015(18):258.[9] 顾群,蒲双雷.基于单片机的智能小车避障循迹系统设计[J].数字技术与应用,2012(5):23. [10]蔡莉莎, 曾维鹏. 基于人工智能路径规划系统的智能小车的设计与实现[J]. 电子世界, 2-113.[11]朱思敏. 自循迹智能小车控制系统的设计与实现[D]. 浙江工业大学, 2013.[12]徐少朋. 基于Android开发的智能小车路径规划[D]. 天津大学, 2014.[13]吕闪, 金巳婷, 沈巍. 基于STM32的循迹避障智能小车的设计[J]. 计算机与数字工程, ):549-552.[14]朱丹峰, 葛主冉, 林晓雷. 基于Android平台的无线遥控智能小车[J]. 电子器件, ):408-412.[15]俞文武, 程恒文, 金天宝,等. 基于STM32的智能跟踪小车的设计[J]. 山东工业技术, 4-296.[16]李娜, 杨春鹤, 王泽昊,等. 浅谈基于STM32单片机的智能车设计过程[J]. 数码世界, -91.
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51单片机四驱无线遥控小车制作详解
[导读]小车参数:控制键5个:前进、后退、左转、右转、停止;有效距离200米;速度:  我想遥控小车大家都玩过,网上也有各种DIY小车的制作详解,我做的这个遥控小车和其他的作品大同小异,但作为单片机设计,这次设计我主
小车参数:控制键5个:前进、后退、左转、右转、停止;有效距离200米;速度:本文引用地址:
  我想遥控小车大家都玩过,网上也有各种DIY小车的制作详解,我做的这个遥控小车和其他的作品大同小异,但作为单片机设计,这次设计我主要强调单片机控制,就是说,这个小车是由单片机控制的,这次我把单片机按键发送程序、无线模块使用、电机驱动作为本教程的核心内容。
  一 硬件组装
  1 小车运动部分
  此图是我师弟组装好的,请大家作为参考
  所需工件:直流电机4个,L293D电机驱动模块,蓄电池一块,车身底盘
  说明:车身底盘大家根据自己的购买力自行购买,蓄电池也是,至于L293D模块,淘宝上卖的比较贵,不过我用的就是成品模块,效果非常好,钱不多的同学可以自己买芯片,自制模块,原理很简单,官方资料是很详细的;或者改为继电器控制都可以,具体看自己的实际购买力。用模块的好处是,模块可以输出5V电源给系统供电,详细请参考淘宝网。
  如果你买的是现成的底盘,那就和我的一样了,组装实在是没啥可说的,把电机固定上去就是,不行?别开玩笑了,小学生都会的!至于想自己做底盘的,我想说,要搞结实点,咱这次的小车马力是很足的,因为有电机驱动,速度比较快(不带减速齿轮的底盘一定要小心,速度非常的快),后劲也足,不小心撞墙很正常,所以不好的底盘就得小心了!
  组装好后,就是电机和驱动模块的接线了,下面我就详细的说一下L293D模块的使用:
  L293D是专门的电机驱动芯片,工作电压5V,驱动电压输入可达36V,输出电流正负600ma,4个控制端,4个输出端,原理如
  其中A为输出控制端,Y为输出控制端,1A即控制1Y,以此类推。1,2EN 3,4EN需要短接,芯片最大工作电压不得超过7V。
  封装图:
  Vcc1接工作电压,5V,Vcc2接电机的驱动电源,一般来说,这个电压要比5V高,我用的是12V蓄电池,就把12v的正极接到VCC2,要记住的是,芯片、单片机、蓄电池电源是需要共地的,不要觉得你电机是12V,单片机控制部分是5V就把电源完全独立开来,正极是完全独立的没错,但是GND(负极)都必须是接在一起的。
  驱动芯片与电机的接法:
  例:左边前后轮:
  1Y接电机红线,2Y接电机黑线,左边前轮电机
  3Y接电机红线,4Y接电机黑线,左边后轮电机
  前进指令:1A=1(输出12V),2A=0(输出0V),3A=1(输出12V),4A=0(输出0V)
  后退指令:1A=0(输出12V),2A=1(输出0V),3A=0(输出12V),4A=1(输出0V)
  右边的和左边的接法是完全一样的
  注意:前进和后退并不是绝对的,因为是直流电机,不刻意的强调正负极,就看你电机是怎么接线的,结果完全可以与我的相反。不过一定要保证电机接线的统一性,不能随意,不能说前轮接的是顺时针线序,后轮是逆时针线序,如果买的电机连接线不带颜色,一定要自己测好了那种接法是顺时针的,哪种是逆时针,否则前轮前进后轮后退,很摧残电机的,或者左右边的2对电机转动方向不统一,导致编程麻烦。
  芯片默认输出0V ,所以在没有程序的时候,大家不需要担心电机会转动。一个芯片只能控制2个电机,右边的再接个芯片就可以了,网上卖的模块都是2个驱动芯片的,刚刚好够4个电机。买模块的好处就是拿来可以直接接线,而且模块上有标号,不必担心接错,希望初学者还是买模块,贵是贵了,但是速度有保证的!驱动模块如图:
  接好之后,我就说下小车的转动方式:前进后退就是4个电机同时的正转、反转;左转弯和有转弯有2种方式:A一边转动一边不转,B一边正向转动一边反向转动,这两种各有个的好处,各位可以根据自己的实际情况来确定转弯的方式,不同车的底盘效果肯定是不一样的,转弯的方式是程序控制的,本程序是B种方式。
我的小车图:
  这种电机是减速的,所以不会很快,如果是直接电机带动的轮子,再用12V电源的话,那速度就非常快了,模块的输出直接连接电机电源线,输出根据标号或根据程序接入到单片机上
  单片机的接线:
  如图:
  这是我的最小系统板,全部引出IO,带板载USB下载功能,P0口输出接了8路流水灯(有选通开关),这样设计板子是为了P0口做输出时专门看输出状态的。板子是我们工作室自己设计的,我们所有的作品调试都是建立在它的基础上,网上也有的卖这种USB下载板,40元左右吧!
  我这个人比较懒,用的是电机驱动模块,L293D的输入是有标号的,1&&8直接按照顺序接到P1.0&&P1.7就可以了,说到这里,我不得不说一下,单片机的接线是非常自由的,因为是程序控制,无法就是改改端口而已,我只根据我的程序来说明接线,有基础的可以自己设计!
  驱动芯片和电机连接好后,就是要把线固定好,留出要与单片机连接的8跟控制线。也要注意给无线模块留一个小空间。
无线模块解说:
  我们工作室一直使用的是433无线串口模块,具体型号和价格我会附在清单表里,现在我说下它的性能、这种无线模块最大的好处就是有较强的抗干扰性,2个模块直接可以设置ID,只有在一个ID号下的个模块才可以通信,而且可以实现一对多通信;而且这种模块是无需编程的,直接把数据发送到串口即可,模块会自动调制解调,就目前使用的情况而言,还没发现它有调制解调错误的时候,可以说,在数据传输上,这个模块误码率还是极低的,不过需要注意的是,模块2次接收(发送)之间的间隔要大于200ms,这是非常重要的一个参数,如果想做高速数据传输的朋友请慎重选用!(本段文字来源于淘宝睿迪无线模块手册,本人也已经上传,也请读者尊重该店的著作权)。
  模块的接线还是蛮简单的,电源2根线,数据线2根:TX(接单片机RX)、RX(接单片机TX),关于无线模块的设置方案,请参考淘宝睿迪无线XL02-232AP1型号的资料手册。模块在通电的一瞬间红灯绿灯同时会闪一下,然后熄灭,此时进入待机状态,模块发送数据时,红灯亮;接收数据时,绿灯亮。
  组装好之后的图:
  我用是12v蓄电池,接到驱动模块后,模块的5V输出又可以直接给无线模块和最小系统部分供电。虽然看起来比较笨重,但是12V的电源,与一般的小车在速度和耐力上,都有了本质的提高!
  遥控部分:
  hex代码,仿真提供16进制文件
  ;接收程序
  ORG 0 ;程序起始地址
  SJMP STAR ;跳转到主程序
  ORG 30H ;串口中断地址
  跳转到中断服务程序
  STAR:
  MOV SP,#5FH ;设置堆栈
  MOV SCON,#50H ;串行数据格式(详情请参考51手册)
  MOV TMOD,#20H ;定时器工作方式(请参考51手册)
  MOV PCON,#0 ;波特率不倍速(请参考51手册)
  MOV TH1,#0fdH ;设置波特率在9600
  MOV TL1,#0fdH ;设置波特率在9600
  SETB EA ;开起中断
  clr ET1 ;关闭定时1中断
  SETB ES ;开起串口中断
  SETB TR1 ;启动定时器1
  mov a,#0 ;
  mov p1,设置初始值,即开机p1输出00h小车不动作
  main:
  mov p1,把a值给p1端口
  无限循环main程序
  LOOP:
  jnb ri,$ ;判断接收位是否接收完
  接收完后清空接收位
  mov a,发送的数据给a
  返回后,a的值就会给p1
  ;发送程序
  ORG 0 ;程序起始地址
  SJMP START ;跳转到主程序
  ORG 30H ;串口中断地址
  START:
  MOV SP,#5FH ;设置堆栈
  MOV TMOD,#20H ;定时器工作方式(请参考51手册)
  MOV PCON,#0 ;波特率不倍速(请参考51手册)
  MOV SCON,#50H ;串行数据格式(详情请参考51手册)
  MOV TH1,#0fdH ;设置波特率在9600
  MOV TL1,#0fdH
  setb EA ;开起中断
  clr ET1 ;关闭定时1中断
  setb ES ;开起串口中断
  SETB TR1 ;启动定时器1
  main:
  调用按键扫描程序
  有键按下则跳转到key程序段
  无限循环main程序
  mov p1,#0p1给初值
  mov a,p1 ;p1的数值给a
  anl a,#0与运算
  软件延时程序,按键去抖
  jb acc.0,send1
  jb acc.1,send2
  jb acc.2,send3
  jb acc.3,send4
  jb acc.4,send5
  DELAY:
  MOV R5,#20
  D1:MOV R6,#10
  D2:MOV R7,#100
  DJNZ R7,$
  DJNZ R6,D2
  DJNZ R5,D1
  send1:
  mov r1,#前进指令
  sjmp send
  send2:
  mov r1,#后退指令
  sjmp send
  send3:
  mov r1,#左转指令
  sjmp send
  send4:
  mov r1,#右转指令
  sjmp send
  send5:
  mov r1,#00停止指令
  sjmp send
  send:
  MOV SBUF,r1 ;指令给sbuf
  JNB TI,$ ;判断是否发送完
  中断返回
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云龙51单片机视频教程简介(小王老师)
本视频教程是针对讲的配套DVD视频教程目录:
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单片机能做什么,学习单片机需要什么,如何学好单片机技术。
预备知识 点亮一个发光管
认识单片机由来及内部结构,单片机最小工作单元组成;单片机开发软件操作:KEIL软件开发环境认识、单片机烧录软件使用。
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简单延时程序、子程序调用、、流水灯同时蜂鸣器响、如何驱动蜂鸣器,及如何驱动继电器,集电极开路的概念及应用。
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共阳、共阴数码管显示原理、带参数子程序设计。
中断和定时器原理
定时器工作方式介绍、重点讲述工作方式2、中断概念及中断函数写法、定时器中断应用
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不仅仅是一份入门教程,更包含了我们多年实战经验
从我们的角度来说:我们做出这配套视频教程,耗费了两位工程师整整一年的时间。教程反复修改、认真制作,并且我们的视频教程全面开放,我们做这一切的目的只有一个,就是让大家了解真正的单片机技术,学到真正的实际本领,而不是仅仅点亮个小灯就完事,我们付出的努力,比任何一家都多。
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基于单片机最小系统,介绍单片机的基础知识;及单片机C语言基础知识。
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