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1、摘要 隨著紅外物理與技術的不斷發(fā)展, 紅外探測技術已廣泛地應用于軍 事、煤礦的安全生產(chǎn)等各個領域。把目標或目標區(qū)域的紅外輻射聚焦在 探測器上紅外接收光學系統(tǒng)的基本作用, 通常情況下其結構類似于普通 的接收光學系統(tǒng), 但由于工作波段為紅外波段, 其光學材料和鍍膜必須 和它的工作波長相匹配。 針對題目的要求，我們設計了一款簡易的紅外避障小車。電路設計 主要有以下四個模塊：傳感器模塊（紅外發(fā)射和接收器） ，控制模塊 （AT89S52） ，執(zhí)行模塊（伺服電機） ，電源模塊。傳感器模塊主要通過 對左、右紅外傳感器的信號分別進行采集，傳送給控制模塊?？刂颇K 對采集來的信號進行處理，做出比較后把控制信

2、號傳送給執(zhí)行模塊。 配合正確的軟件設計，小車能夠在設計的賽道中準確快速地完成行 走任務。 關鍵詞： 紅外； 避障； 傳感器 Abstract All bodies has its own infrared radiation characteristics. For studying the various objects of infrared radiation, people use idealabsolute blackbody radiation body (hereinafter referred to as in bold) the benchmark. Can absorb

3、 all the incident radiation and not the reflection of the object is called in bold. Good absorber must have also been good radiation body, so the blackbody radiation efficiency is highest, the radiation rate than a 1. Any real objects of radiation emission quantity and the same temperature blackbody

4、 emission of quantity of launch than, called the object than radiation rate, its value is always less than 1. The object than radiation rate, and the material object types, characteristics, temperature, surface other factors, such as the wavelength. According to the topic request, we design a simple

5、 infrared obstacle avoidance of the car. The circuit design basically has the following four modules: sensor module (infrared transmitter and receiver), control module (AT89S52 devices), executive module (servo motor), power supply module. Sensor module mainly through to the left and right of the in

6、frared sensor signal, respectively the collection, transfer to the control module. Control module to the acquisition of signal processing, make more the control after signals to execute module. The software design includes basic car to walk, walk, the combination of infrared obstacle avoidance progr

7、am design, such as walking strategy improvement, through to the infrared signal processing to achieve the best car walk path. Cooperate with the right software design, the car can in the design of the track accurately and rapidly finish walking task. Keywords: infrared; Obstacle avoidance; sensor 目

8、錄 第一章 緒 論 ..............................................1 1.1 紅外線研究背景 ..........................................1 第二章 紅外避障機器人的設計方案 .............................3 2.1 主要設計任務 ............................................3 2.2 任務分析與方案設計 ......................................3 2.2.1 任務分析 ...............

9、.............................3 2.2.2 方案設計 ............................................3 第三章 硬件電路設計 ........................................5 3.1 紅外傳感器電路設計 ......................................5 3.1.1 紅外發(fā)射二極管的選擇 .................................5 3.1.2 紅外接收器的選擇 .....................................

10、7 3.2 控制電路設計 ...........................................10 3.3 人機接口單元 ...........................................11 3.3.1 LCD1602 顯示 ........................................11 3.3.2 串口電路設計 ........................................12 3.4 執(zhí)行電路設計 ...........................................13 3.4.1 伺服電機

11、...........................................13 3.4.2 伺服電機的信號控制 .................................14 3.5 電源電路設計 ...........................................14 3.6 賽道設計 ...............................................15 第四章 軟件設計 ...........................................16 4.1 機器人基本行走命令 ................

12、.....................16 4.1.1 基本巡航動作 ........................................16 4.1.2 勻加速/減速運動 .....................................17 4.2 紅外探測 ...............................................19 4.2.1 測試紅外發(fā)射探測器 ..................................19 4.2.2 紅外發(fā)射程序 ........................................

13、20 4.3 關于行走賽道的硬件調(diào)試與改進 ...........................22 第五章 結束語 ..............................................23 5.1 結論和展望 .............................................23 致 謝 ....................................................24 第一章 緒 論 1.1 紅外線研究背景 在科學探索和緊急搶險中經(jīng)常會遇到對與一些危險或人類不能直接到達的地域 的探測，這些就需要用

14、機器人來完成。而在機器人在復雜地形中行進時自動避障是 一項必不可少也是最基本的功能。因此，自動避障系統(tǒng)的研發(fā)就應運而生。我們的 自動避障小車就是基于這一系統(tǒng)開發(fā)而成的。隨著生產(chǎn)自動化的發(fā)展需要，機器人 的智能化與集成度越來越高，已經(jīng)越來越廣泛的應用到生產(chǎn)生活中。伴隨的科技水 平的提高，機器人的能夠使用的傳感器種類也越來越多，其中紅外線傳感器已經(jīng)成 為機器人自動行走和駕駛的重要部件。此系統(tǒng)是基于紅外傳感器的系統(tǒng)，即運用紅 外傳感器實現(xiàn)對前方障礙物的檢測。紅外傳感器的典型應用領域為自主式智能導航 系統(tǒng)，機器人要實現(xiàn)自動避障功能就必須要感知障礙物，對障礙物的感知相當于給 機器人一個視覺功能。在現(xiàn)在生

15、活中，例如在一些火宅或者一些自然災害的現(xiàn)場， 經(jīng)常需要進入到對一些危險或人類不能直接到達的地方進行觀察，采集數(shù)據(jù)，這些 就需要用機器人來完成。而在機器人在上述等環(huán)境中行進時自動避障是一項必不可 少也是最基本的功能。因此，自動避障系統(tǒng)的研發(fā)就應運而生。自動避障小車可以 作為困難環(huán)境檢測機器人和緊急搶險機器人的運動系統(tǒng)，讓機器人在行進中自動避 過障礙物，幫助人們完成相應的任務 1。 隨著科技的發(fā)展，對于未知空間和人類所不能直接到達的地域的探索逐步成為 熱門，這就使機器人的自動避障有了重大的意義。我們的自動避障小車就是自動避 障機 器人中的一類。自動避障小車可以作為地域探索機器人和緊急搶險機器人的運

16、 動系 統(tǒng)，讓機器人在行進中自動避過障礙物。紅外傳感器的典型應用領域為自主式 智能導航系統(tǒng)，機器人要實現(xiàn)自動避障功能 就必須要感知障礙物，對障礙物的感知 相當于給機器人一個視覺功能?；诩t外的自動避障小車可以作為困難環(huán)境檢測機 器人或者緊急搶險機器人的運動系統(tǒng)，讓機器人在行進中自動避過障礙物，完成指 定的任務 2。1.2 紅外避障的研究意義 紅外技術在軍事應用的牽引和推動下，得到快速發(fā)展。紅外系統(tǒng)有如下 4 方面 優(yōu)點：1.環(huán)境適應性好，在夜間和惡劣氣象條件下的工作能力優(yōu)于可見光；2.被動 式工作，隱蔽性好，不易被干擾；3.靠目標和背景之間各部分的溫度和發(fā)射率形成 的紅外輻射差進行探測，因而識

17、別偽裝目標的能力優(yōu)于可見光；4.紅外系統(tǒng)的體積 小、質量輕、功耗低。近年來，紅外技術在軍事領域和民用工程中都得到了廣泛應 用。在民用工程領域大體分為：(1) 在氣象預報、地貌學、環(huán)境監(jiān)測、遙感資源調(diào) 查等領域的應用；(2) 在地下礦井測溫和測氣中的應用；(3) 紅外熱像儀在電力、 消防、石化以及醫(yī)療和森林火災預報中的應用。另外，35 m 波段熱像儀除具有 全天候工作能力外，還具有透過霧、雨、雪進行觀察的能力 3。 1.3 紅外避障的發(fā)展 目前循跡機器人在多種行為沖突問題解決上尚存缺陷，且不能準確識別 U 形等 復雜障礙，沒有最優(yōu)避障路徑。而我們以 AT89S52 單片機作為機器人小車的 MCU

18、,使 用紅外和超聲波傳感器采集周圍環(huán)境信息，綜合優(yōu)先級裁決方法和模糊行為融合法 選取機器人的控制行為，較好地解決循跡過程中存在的各種行為以及行為沖突問題, 運用均值濾波法，更準確地檢測到障礙物、軌跡和標識等信息，在以最優(yōu)路徑避開 U 形等復雜障礙的同時保證了循跡的快速性和準確性，能夠滿足普通工業(yè)生產(chǎn)對自 動化物流的需求。本智能循跡機器人設計用于重復裝卸搬運。 在物流系統(tǒng)、自動化倉庫中裝卸搬運的頻率極高,消耗的費用占總費用的比例較 大，國內(nèi)外一直在尋求智能化的搬運技術和設備以降低搬運成本和改善物料搬運的 效率,以節(jié)省勞動力，因此以該智能小車為模型的搬運設備將在很大程度上滿足企業(yè) 生產(chǎn)對自動化物流

19、的需求 4。 第二章 紅外避障機器人的設計方案 2.1 主要設計任務 本系統(tǒng)要求自行設計制作一個智能小車，該小車在前進的過程中能夠檢測到前 方障礙并自動避開，達到避障的效果。我的設計思想是采用單片機 AT89S52 為控制 核心，利用位置傳感器檢測道路上的障礙，通過采集數(shù)據(jù)并處理后由單片機進行轉 向和行動控制，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車。 設計主要內(nèi)容：機器人電路設計 機器人模型制作 C 語言軟件編程 機器人賽道設計 2.2 任務分析與方案設計 2.2.1 任務分析 這次設計利用 AT89S52 充分發(fā)揮

20、其使用方便、功能強大的優(yōu)點，通過采集數(shù)據(jù) 并處理后由單片機進行轉向和行動控制，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛， 以及自動停車，同時還能與用戶交換信息。以下就是機器人實現(xiàn)的 5 個基本智能任 務： (1)安裝紅外傳感器； (2)以探測周邊環(huán)境； (3)基于紅外傳感器信息做出決策； (4)控制機器人運動（通過操作帶動輪子旋轉的電機） ； (5)與用戶交換信息。 2.2.2 方案設計 本次設計分為傳感器模塊、控制模塊、執(zhí)行器模塊、電源模塊四個硬件模塊。 執(zhí)行模塊則是來實現(xiàn)行走效果，傳感器模塊主要負責信息采集，控制模塊主要

21、負責 信息處理，而電源模塊將給前三部分提供電力動能。 控制模塊 A T 8 9 S 5 2 傳感器模塊 紅外裝置 執(zhí)行器模塊 伺服電機 電源模塊 用戶信息 圖 2.1 系統(tǒng)結構框圖 第三章 硬件電路設計 本次設計的硬件電路設計主要包括控制器電路設計、紅外傳感器電路設計、機 器人結構設計、電源設計等幾部分：。 3.1 紅外傳感器電路設計 3.1.1 紅外發(fā)射二極管的選擇 紅外發(fā)射二極管分為很多種。紅外發(fā)射二極管一般按峰值波長（p）主要為： 850nm、870nm、880nm、940nm、980nm，現(xiàn)在市場上使用較多為 850nm 和 940nm 兩種。 本

22、次設計所使用的是峰值波長為 940nm 的紅外發(fā)射二極管。940nm 紅外發(fā)射二極管 優(yōu)點：光強度高，響應速度快，可用脈沖驅動，無色透明環(huán)氧樹脂。其主要應用領 域： 紅外遙控系統(tǒng)，紅外探測系統(tǒng)，紅外幕墻保安系統(tǒng)，磁帶、光盤監(jiān)測器，光電 開關/光傳感器，主動紅外夜視儀，電腦、手機等便攜設備的紅外數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。 表3.1 紅外發(fā)射二極管極限參數(shù) 參數(shù)名稱 符號 額定值 單位 正向電流 IFM 3060 mA 正向脈沖電流（1） IFPM 0.31 A 反向電壓 VR 5 V 耗散功率 PM 90 mW 工作溫度范圍 Top -25+80 貯存溫度范圍 Tst -40+100 焊接溫度（2）

23、Tst 260 注（1）： f=1KHz,tp/T1% 注（2）： t3s,離器件本體 4mm 以上 表3.2 紅外發(fā)射二極管的光電參數(shù)(TA=25) 參數(shù) 符號 測試條件 規(guī)范值 單位 正向電壓 VF IF50mA 1.5 V 反向電流 IR VR5V 10 A 法向輻射強度 IE IF50mA 2 mW/sr 峰值發(fā)射波長 p IF50mA 850940 nm 光譜半寬度 IF50mA 50 nm 輻射度角 21/2 IF50mA 16 deg 圖 3.1 相對光譜靈敏度與波長的關系 在使用紅外發(fā)射二極管時，發(fā)射管的輻射強度(Power)與輸入電流(If)成正比。 輻射強度：Po

24、wer(單位:W,W/sr,W/cm 2)用以表示紅外線發(fā)光二極管(IR)其輻射紅外 線能量之大小。 發(fā)射距離與輻射強度(Power) 成正比。W/sr：表示紅外線輻射強度的單位，為 IR 發(fā)射紅外線光之單位立體角(sr)所輻射出的光功率的大小。W/cm 2：表示照度的單 位，為 sensor 單位面積(cm 2)所接收 IR 發(fā)射之輻射功率的大小。 半功率角：2 指紅外線二極管其上下或左右兩邊所輻射出之紅外線強度為該 組件最大輻射強度的 50%時，其上下或左右兩邊所夾的角度稱為半功率角。 圖 3.2 30 度半功率角輻射強度示意圖 3.1.2 紅外接收器的選擇 本次設計選用 HS38

25、B，該器件特性：低功耗、高靈敏度、優(yōu)良的抗干擾能力。 一般用于家用電器、玩具等遙控接收。 圖 3.3 紅外接收器電路原理框圖 圖 3.4 HS38B 內(nèi)部結構 圖 3.5 測試紅外接收器的時序圖 在使用說明書上我們找到了生產(chǎn)廠商提供的最佳使用條件： 圖 3.6 HS38B 最佳使用條件 本次設計所提供 VCC 為 5V，輸入頻率為 38.0kHz，工作溫度為室溫。 圖 3.7 紅外發(fā)射與接收器 紅外線二極管發(fā)射紅外光線，如果機器人前面有障礙物，紅外線從物體反射回 來，相當于機器人眼睛的紅外檢測（接收）器，檢測到反射回的紅外光線，并發(fā)出 信號來表明檢

26、測到從物體反射回紅外線。機器人的大腦單片機 A89S52 基于這個 傳感器的輸入控制伺服電機。 紅外線（IR）接收（檢測）器有內(nèi)置的光濾波器，除了需要檢測的 940nm 波長 的紅外線外，他幾乎不允許其他光通過。紅外檢測器還有一個電子濾波器，它只允 許大約 38.0KHz 的電信號通過。換句話說，檢測器只尋找每秒閃爍 38000 次的紅外 光。這就防止了普通光源像太陽光和室內(nèi)光對 IR 的干涉。太陽光是直流干涉 （0KHz）源，而室內(nèi)光依賴于所在區(qū)域的主電源，閃爍頻率接近 100Hz 或 120Hz。 由于 120Hz 在電子濾波器的 38.0KHz 通帶頻率之外，他完全被 IR 探測器忽

27、略。 這里使用三極管 9013 的原因是 9013 的基區(qū)做得很薄，當按圖 3.2 連接時，發(fā) 射結正偏，集電結反偏，發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，這時由于集電結反偏，對基區(qū)的 電子有很強的吸引力，所以由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子大部分進入集電區(qū)，于是集電 極的電流增大。 由于 C51 的 I/O 驅動能力較弱，加入三極管使其工作在開關狀態(tài)，用小電流來 控制大電流。當 P1_3(P3_6)置高電平時，從集電區(qū)經(jīng)基區(qū)到發(fā)射區(qū)電路導通，加載 在 IR LED 上的電壓為 VCC（5V） ，IR LED 向外發(fā)射紅外線；當 P1_3(P3_6)置低電平 時，電路又斷開，IR LED 停止發(fā)射。本次設計提供了 5V

28、 穩(wěn)定直流電壓，給 IR LED 串聯(lián)一個 470 的電阻幫助限流。當三極管導通時，流過 IR LED 的電流在 10mA 左 右，使 IR LED 能正常工作。 圖 3.8 紅外發(fā)射與接收器電路圖 3.2 控制電路設計 控制電路主要由 AT89S52 單片機構成。AT89S52 單片機是一個高性能、低功耗 的 8 位單片機，內(nèi)含 8K 字節(jié) ISP（系統(tǒng)在線編程）可反復擦寫 1000 次的 Flash 只 讀程序儲存器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及其引腳結構。在實際工程應用中，功能強大的 AT89S52 已

29、成為許 多高性價比嵌入式控制應用系統(tǒng)的解決方案。 圖 3.9 AT89S52 原理圖 10uFC68.2KR57S4TV 圖 3.10 RET 復位原理圖 3.3 人機接口單元 隨著科技的發(fā)展，人機之間基于自然語言的智能化溝通將成為必然，由于人與 人和人與機器的溝通方式?jīng)]有差別，機器能夠隨時隨地介入人的工作、生活中，幫 助人們自動記錄、整理資料。本部分主要包括一個 LCD 液晶顯示屏以及串口電路。 液晶屏主要用于顯示移動方向，以及距離的遠近。 3.3.1 LCD1602 顯示 圖 3.

30、11 LCD1602 電路原理圖 3.3.2 串口電路設計 本次設計使用的芯片為 MAX232，其主要特點：1、符合所有的 RS-232C 技術標 準；2、只需要單一的+5V 電源供電；3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉能力， 能夠產(chǎn)生+10V 和-10V 電壓 V+、V-；4、功耗低，典型供電電流 5mA ；5、內(nèi)部集成 2 個 RS-232C 驅動器；6、高集成度，片外最低只需 4 個電容即可工作。 圖 3.12 串口連接圖 3.4 執(zhí)行電路設計 3.4.1 伺服電機 電動機的作用是將電能轉換為機械能， 電動機分為交流電動機和直流電動機 兩大類， 所以我

31、們在避障小車的電機選擇上就有步進電機和直流電機兩種選擇方式。 我們選擇的是直流伺服電機（servo motor ） ，伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制 機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度， 位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機 轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且 具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電 動機軸上的角位移或角速度輸出。 本次設計使用的直流伺服電機。直流有刷伺服電機特點： 1.體積小、動作快反應快、過載能力大、調(diào)速范圍寬 2.低速力矩大

32、, 波動小，運行平穩(wěn) 3.低噪音,高效率 4.后端編碼器反饋（選配）構成直流伺服等優(yōu)點 5.變壓范圍大，頻率可調(diào) 3.4.2 伺服電機的信號控制 電機轉速為零的控制信號時序圖 1.3ms 的控制脈沖序列使電機順時針全速旋轉 1.7ms 的控制脈沖序列使電機順時針全速旋轉 3.5 電源電路設計 本次設計中使用的傳感器模塊、控制模塊、執(zhí)行器模塊都使用的 5V 直流電源， 而我們所使用的電池供電為 1.5V、3.0V、4.5V、6.0V，本次使用的為 4 節(jié) 5 號電池 供

33、電，所提供直流電源為 6V，所以需要經(jīng)過電源電路的變壓后才能給各模塊提供電 源。本次設計中使用的傳感器模塊、控制模塊、執(zhí)行器模塊都使用的 5V 直流電源。 我們使用 LM2940 的原因是 LM2940 具有紋波小、電路結構簡單的優(yōu)點，但是效 率較低，功耗大。對于單片機，需要提供穩(wěn)定的 5V 電源，由于 LM2940 的穩(wěn)壓的 線性度非常好，所以選用 LM2940-5 單獨對其進行供電。LM2940 也被成為“1A 低漏 失穩(wěn)壓器” ，LM2940 的正電壓調(diào)節(jié)器具有源輸出電流 1A 能力和典型的 0.5V 漏失的 電壓，在整個溫度范圍最大不超過電壓為 1V。 圖 3.1

34、3 電源電路原理圖 3.6 賽道設計 以紙板箱為材料，設計一個紅外避障賽道，包括直線賽道、弧形賽道以及 S 型 賽道，小車理論行走路程為 506cm。 圖 3.14 賽道實際圖 第四章 軟件設計 本次設計所給機器人編寫的軟件主要有基本行走指令、紅外探測指令、測距指 令等多種指令構成，通過對這些指令的調(diào)度，才能讓機器人實現(xiàn)我們理想中的效果。 4.1 機器人基本行走命令 4.1.1 基本巡航動作 機器人向前走： P1_1=1; delay_nus(1300); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(17

35、00); P1_0=0; delay_nms(20)； 機器人向后走： P1_1=1; delay_nus(1700); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20)； 機器人原地左轉： P1_1=1; delay_nus(1300); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1300); P1_0=0; delay_nms(20)； 機器人原地右轉： P1_1=1; delay_nus(1300); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1300); P1

36、_0=0; delay_nms(20)； 機器人靜止不動： P1_1=1; delay_nus(1500); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1500); P1_0=0; delay_nms(20)； 4.1.2 勻加速/減速運動 for 循環(huán)語句能使機器人的速度由停止到全速。循環(huán)每重復執(zhí)行一次，變量 pulseCount 就增加 1：第一次循環(huán)時，變量 pulseCount 的值是 10，此時發(fā)給 P1_1、P1_0 的脈沖的寬度分別為 1.51ms、1.49ms；第二次循環(huán)時，變量 pulseCount 的值是 11，此時發(fā)給 P1_1、P1_0 的脈沖的寬度分別為

37、 1.511ms、1.489ms。隨著變量 pulseCount 值的增加，電機的速度也在逐漸增加。到 執(zhí)行第 190 次循環(huán)時，變量 pulseCount 的值是 200，此時發(fā)給 P1_1、P1_0 的脈沖 的寬度分別為 1.7ms、1.3ms，電機全速運轉。 勻加速前進： for(pulseCount=10;pulseCount=0;pulseCount=pulseCount-1) P1_1=1; delay_nus(1500+pulseCount); P1_1=0; P1_0=1; delay_nus(1500-pulseCount); P1_0=0; dela

38、y_nms(20); 我們對勻減速運動進行了實際行走距離的實驗，在編寫該程序時，我們加入了 循環(huán)語句 for(pulseCount=200;pulseCount=0;pulseCount=pulseCount-1)，當給 予勻減速信號以后，小車開始慢慢減速直到停止，從開始勻減速到小車停止，小車 總共行走 58.2cm。然而這距離并不是我們想要的，小車從檢測到物體到停下的距離 太長，所以要對距離進行調(diào)整。如果將 pulseCount=pulseCount-1 中的 1 改為 5 后， 小車總共行走則變?yōu)?11.5cm。此減速距離足夠使小車檢測到物體后，在未碰到物體 前停下來。

39、4.2 紅外探測 探測障礙物很重要的一點是在機器人撞到它之前給機器人留有繞開它的空間。 如果前方有障礙物，機器人會使用脈沖命令避開，然后探測，如果物體還在，再使 用另一個脈沖來避開它。機器人能持續(xù)使用電機驅動脈沖和探測，直到它繞開障礙 物，然后它會繼續(xù)發(fā)送向前行走的脈沖。 4.2.1 測試紅外發(fā)射探測器 用 P1_3 發(fā)送持續(xù) 1ms 的 38.0KHz 的紅外光，如果紅外光被機器人路徑上的物體 反射回來，紅外檢測器將給微控制器發(fā)送一個信號，讓它知道已經(jīng)檢測到反射回的 紅外光。 讓每個 IR LED 探測器組工作的關鍵是發(fā)送 1ms 頻率為 38.0KHz 的紅外信號，然 后立刻將 IR

40、探測器的輸出儲存到一個變量中。 for(counter=0;counter<38;counter++) P1_3=1; delay_nus(13); P1_3=0; delay_nus(13); irDetectLeft=P1_2state(); 圖 4.2 測試 IR 有無信號 4.2.2 紅外發(fā)射程序 #define LeftIR P1_2 //左邊紅外接收連接到 P1_2 #define RightIR P3_5 //右邊紅外接收連接到 P3_5 #define Left

41、Launch P1_3 //左邊紅外發(fā)射連接到 P1_3 #define RightLaunch P3_6 //右邊紅外發(fā)射連接到 P3_6 void IRLaunch(unsigned char IR) int counter; if(IR==L) for(counter=0;counter<38;counter++) LeftLaunch=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop

42、_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LeftLaunch=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); if(IR==R) for(counter=0;counter<38;counter++)//右邊發(fā)射 RightLaunch=1;

43、 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); RightLaunch=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); IRLaunch(

44、R); //右邊發(fā)射 irDetectRight = RightIR;//右邊接收 IRLaunch(L); //左邊發(fā)射 irDetectLeft = LeftIR;//左邊接收 圖 4.3 紅外行走流程圖 4.3 關于行走賽道的硬件調(diào)試與改進 發(fā)射距離與輻射強度(Power) 成正比。改變紅外發(fā)射和接收器的發(fā)射角度。紅 外發(fā)射二極管的發(fā)射角度是有限的，為了使紅外發(fā)射二極管發(fā)射路徑接近直線，我 們在紅外發(fā)射二極管上套上黑色絕緣管，使信號能更加準確。 由于 IR LED 發(fā)射功率的原因，如果使用阻值為 470 的電阻，紅外發(fā)射與接收 器能檢測到障礙物的距離很遠。而

45、在跑賽道時，我們要求小車的發(fā)射功率減小，使 小車能夠離賽道內(nèi)壁比較合適的距離再檢測出信號。輻射強度(Power)與輸入電流 (If)成正比。我們就改變小車的與 LED 串聯(lián)的電阻阻值來改變 IR LED 的發(fā)射功率。 經(jīng)過多次測試與比較本次設計選擇了阻值為 10k 的電阻。 第五章 結束語 5.1 結論和展望 半年時間飛逝，通過本次畢業(yè)設計，使我了解了紅外避障機器人的原理及應用； 我們通過各種方案的討論及嘗試，再經(jīng)過多次的整體軟硬件結合的調(diào)試，不斷地對 系統(tǒng)進行優(yōu)化，機器人終于完成了各項功能。在安裝紅外裝置后，我們又大量使用 多種軟件方法來改進機器人探測前方障礙物的精準度。通過調(diào)節(jié)紅外的發(fā)射頻

46、率， 采集多個數(shù)據(jù)實現(xiàn)機器人的準確行走功能。在硬件設計中，大量比較各種元器件的 優(yōu)缺點，如 LM2940 的使用。 在此也感謝指導老師對我的指導和關心。相信在以后的學習和實踐中我會更加 努力，使使紅外避障機器人得到更充分的利用。謝謝！ 附錄 A 元件列表 Description Designator Footprint LibRef Quantity Polarized Capacitor (Radial) C12 CAPPR5-5x5 Cap Pol1 1 Polarized Capacitor (Radial) C13 CAPPR5-5x5 Cap Pol1 1 Capacitor C

47、14 CC2012-0805 Cap 1 Capacitor C15 CC2012-0805 Cap 1 Capacitor C16 CC3216-1206 Cap 1 Capacitor C21 CC2012-0805 Cap 1 Capacitor C22 CC2012-0805 Cap 1 Capacitor C23 CC2012-0805 Cap 1 Capacitor C25 CC2012-0805 Cap 1 Capacitor C27 CC2012-0805 Cap 1 Infrared LED DS1 RAD-0.1 IR LED 1 Infrared LED DS2 RAD-

48、0.1 IR LED 1 Receptacle Assembly, 9 Position J1 DSUB1.385-2H9 D Connector 9 1 Header, 2-Pin P1 HDR1X2 Header 2 1 Header, 5-Pin, Dual row P2 HDR2X5 Header 5X2H 1 NPN Bipolar Transistor Q1 BCY-W3 NPN 1 NPN Bipolar Transistor Q2 BCY-W3 NPN 1 Infrared Detect Device Q3 BCY-W3/B.8 IR DETECT 1 Infrared Det

49、ect Device Q4 BCY-W3/B.8 IR DETECT 1 Resistor R1 AXIAL-0.4 Res2 1 Resistor R2 AXIAL-0.4 Res2 1 Resistor R3 AXIAL-0.4 Res2 1 Resistor R4 AXIAL-0.4 Res2 1 Resistor R5 CC2012-0805 Res2 1 Resistor R7 CC2012-0805 Res2 1 Single-Pole,Single-Throw Switch S3 SPST-2 SW-SPST 1 Double-Pole, Single-Throw Switch S4 DPST-4 SW-DPST 1 80C518-Bit Flash U1 44A AT89S52 1 1A Low-Dropout Regulator U3 T03B LM2940CT-5.0 1 +5VPoweredRS-232Driver/Receiver U7 PE16A MAX232CPE 1 Crystal Oscillator Y1 BCY-W2/D3.1 XTAL 1 附錄 B 附錄 C