功能比較強大的智能小車設計尋跡、避障、發光發聲

ID:585655 · 發表于 2019-7-17 12:09

本次任務設計了一款功能比較強大的智能小車，具有以下幾個功能：尋跡、避障、發光發聲。小車由拍手啟動電機，可以按照給定的黑色軌跡行駛，由前端的LED燈指示方向，并且在尋跡過程中，位于后方的LED燈實現流水燈的功能；在遇到障礙物時，由前端檢測到后蜂鳴器報警，小車后退3秒并由數碼管顯示倒計時，后退3秒后小車向右轉向調整角度來避過障礙，避障過程中的LED全滅。本小車以前輪的兩個電機來驅動，通過各種傳感器件，采集各種信息，送入主控單元AT89S52單片機，處理數據后完成相應動作，實現無人控制即可完成一系列動作。

一、設計目的
利用一個以8位單片機為核心的小型單片機應用系統完成一個簡單的項目，從項目的可行性分析、硬件測試、系統的框圖構造、到軟件的設計調試，綜合運用所學課程的相關知識，掌握具有A/D、七段LED顯示，RS-485通信、watchdog的接口電路的單片機應用系統的設計思想和方法。培養學生的工程設計思想和科學研究能力，使學生在分析問題、解決問題和動手能力等方面有所提高，初步達到能夠設計、調試一個小型單片機應用系統，并了解工程項目設計實施的全過程。
二、設計任務分析
（一）、設計任務內容
  1、小車可按設計行走
2、可避障，避懸崖
3、可按固定路線尋跡行駛

（三）、硬件環境
計算機、偉福系統仿真器、89C51單片機
（四）、設計思路
要求明確設計任務內容、任務分工、硬件環境、設計思路等；首先對LED燈、七段數碼顯示管、話筒、光敏電阻、按鍵以及蜂鳴器進行自檢確保硬件的正常使用，根據任務目標要求小車可以實現尋跡、避障等功能。
次任務在分塊設計程序完成各種外設以及傳感器的檢測后，對各個檢測模塊進行優化，先進行前端紅外檢測的設計，實現三組紅外探測在分別檢測到信號后控制小車的前進、后退、左轉、右轉、停止功能，三部分完成后進行組合，實現左側檢測到黑線、右轉、前段右側LED亮，右側檢測到黑線、左轉、前段左側LED亮，這里的目的是實現尋跡功能；然后，在前端檢測到信號（即障礙物）時，蜂鳴器發出警報，小車后退3秒并由數碼管顯示倒計時，右轉，這里的目的是完成避障功能；主要任務完成后，需要盡可能的加入外設，因此我們設計了在尋跡時后排LED的流水燈以及聲控啟動小車，加入到了主程序中。
框圖
、自檢程序框圖
蜂鳴器自檢框圖

說明：蜂鳴器的自檢采用給定兩種延時不同的聲音，循環實現蜂鳴器的響應。經檢驗小車的蜂鳴器焊接沒有問題。
光敏自檢框圖

說明：光敏電阻在有遮擋時可以認為是黑天，因此有遮擋時（p05=0）小車的所有燈亮,無遮擋時燈滅。經檢驗，小車光敏電阻、前板指示燈以及LED燈沒有問題。
3.話筒自檢框圖

說明：啟動小車后，話筒檢測到高聲后，小車直走；再次檢測到高聲后，小車停止。經檢驗，小車的話筒以及電機焊接沒有問題。

4.按鍵自檢框圖

說明：啟動小車后，按下s2鍵時小車直走，按下s1鍵時，小車停止。經檢驗，此程序可循環執行并且小車的按鍵焊接沒有問題。

5.數碼管自檢框圖

說明：這里直接給編程使七段數碼管全部點亮。經檢驗，小車的數碼管焊接沒有問題。

6.前板紅外探頭自檢框圖

說明：當前方的紅外探測到障礙物時，前板的兩個燈都亮；左邊檢測到黑線時，左燈亮；右邊檢測到黑線時，右燈亮，這部分程序可以循環執行。經檢驗，小車的三個紅外探頭焊接沒有問題。

（二）、主程序框圖

說明：聲控啟動小車，直行，如果當前前方紅外探頭沒有檢測到障礙，左右紅外也沒有檢測到黑線，則直行；如果右側檢測到黑線，左轉，左燈亮；如果左側檢測到黑線，右轉，右燈亮；如果前方檢測到障礙物，小車馬上后退，然后右轉調整角度；執行完避障程序后，繼續執行尋跡程序。

程序清單

蜂鳴器自檢程序

#include<reg51.h>
typedef unsigned int u16;             //定義變量
sbit p06=P0^6;                      //蜂鳴器
void delay(u16 i)                   //延時程序
  {while(i--);}                      //i=1大約為1us
  void fm()                         //主程序
{             while(1)                         //循環
{    p06=0;                         //蜂鳴器響
   delay(10000);
   p06=1;                      //蜂鳴器停止響聲
   delay(5000);}             }
光敏自檢程序
#include<reg51.h>
sbit p05=P0^5;                      //光敏電阻
sbit p20=P2^0;                      //前端左側燈
sbit p07=P0^7;                      //前端右側燈
typedef unsigned int u16;          //定義變量
void delay(u16 i)                   //延時程序
  {while(i--);}                   //i=1大約1us
void gm()                         //主程序
{ while (1)                      //循環
  { if(p05==0)                      //光敏電阻被遮擋
   { p1=0x00;                   //后排燈全亮
      p07=0;                   //前端右側燈亮
      p20=0;}                   //前端左側燈亮
else
{  p1=0xff;                         //后排燈全熄滅
p07=1;                         //前端右側燈熄滅
p20=1; }}}                      //前端左側燈熄滅
話筒自檢程序
#include<reg51.h>
typedef unsigned int u16;          //定義變量
sbit B1=P0^4;                      //麥克風
void delay(u16 i)                //延時程序
{ while(i--); }                   //i=1大約1us
void go()                         //前進
{ p00=0;
p01=1;                            //左電機前進
p02=1;
p03=0;}                            //右電機前進
void stop()                         //停止
{p00=0;
p01=0;                            //左電機停止
p02=0;
p03=0;}                            //右電機停止
void main()                         //主程序
  { while(1)                      //循環
{ if(B1==0)                   //麥克風檢測到聲音信號
            { go();}                      //前進
      if(B1==0)                //麥克風再次檢測到聲音信號
{ stop();}}}                   //停止
按鍵自檢程序
#include<reg51.h>
typedef unsigned int u16;          //定義變量
sbit s1=P3^2;                      //左側開關S1
sbit s1=P3^4;                      //右側開關S2
sbit p00=P0^0;                   //左側電機
sbit p01=P0^1;                   //左側電機
sbit p02=P0^2;                   //右側電機
sbit p03=P0^3;                   //右側電機
void delay(u16 i)                //延時程序
  {while(i--);}                   //i=1大約為1us
void go()                         //前進
{p00=1;
p01=0;
p02=0;
p03=1;}
void stop()                      //停止
{p00=0;
p01=0;
p02=0;
p03=0;}
void za()                         //左開關按鍵
{ if(s1==0)                      //開關S1按下
            { delay(1000);                //消抖
               if(s1==0)                   //S1按下
               {stop();}                   //執行停止
               Else                         //S1未按下
               {go();}}}                   //執行前進
void ya()                         //右開關按鍵
{if(s2==0)                         //開關S2按下
            {delay(1000);                //消抖
               if(s2==0)                   //S2按下
               {go();}                      //執行前進
               else                         //S2未按下
               {stop();}}}                //執行停止
數碼管自檢程序
#include<reg51.h>
sbit p21=P2^1;                   //七段數碼管g
sbit p22=P2^2;                   //七段數碼管f
sbit p23=P2^3;                   //七段數碼管e
sbit p24=P2^4;                   //七段數碼管d
sbit p25=P2^5;                   //七段數碼管c
sbit p26=P2^6;                   //七段數碼管b
sbit p27=P2^7;                   //七段數碼管a
void go()                         //主程序
{p21=0;                            //七段數碼管g亮
p22=0;                            //七段數碼管f亮
p23=0;                            //七段數碼管e亮
p24=0;                            //七段數碼管d亮
p25=0;                            //七段數碼管c亮
p26=0;                            //七段數碼管b亮
p27=0;}                            //七段數碼管a亮
前板紅外探頭自檢程序
#include<reg51.h>
sbit p37=P3^7;                   //前端紅外接收
sbit p35=P3^5;                   //前端左側紅外接收
sbit p36=P3^6;                   //前端右側紅外接收
sbit p20=P2^0;                   //前端左側燈
sbit p07=P0^7;                   //前端右側燈
sbit p25=P2^5;                   //七段數碼管c亮
sbit p26=P2^6;                   //七段數碼管b亮
void qian()                      //前板主程序
{while (1)                         //循環
{ if(p37==0)                      //前端紅外接收端接收到信號
{p25=0;                            //七段數碼管c亮
p26=0;}                         //七段數碼管b亮
else
{p25=1;                            //七段數碼管c熄滅
p26=1;}                         //七段數碼管b熄滅
if(p35==0)                         //前端左側紅外接收端接收到信號
{p20=0; }                         //前端左側燈亮
  else
{p20=1; }                         //前端左側燈熄滅
            if(p36==0)                      //前端左側紅外接收端接收到信號
            {p07=0; }                      //前端右側燈亮
            else
            {p07=1; } }}                   //前端右側燈熄滅

（七）主程序

#include<reg51.h>
typedef unsigned int u16;          //定義延時變量
sbit p00=P0^0;                      //左電機
sbit p01=P0^1;                      //左電機
sbit p02=P0^2;                      //右電機
sbit p03=P0^3;                      //右電機
sbit p37=P3^7;                      //前端紅外
sbit p36=P3^6;                      //右端紅外
sbit p35=P3^5;                      //左端紅外
sbit p20=P2^0;                      //左端指示燈
sbit p07=P0^7;                      //右端指示燈
sbit p06=P0^6;                      //蜂鳴器
sbit p10=P1^0;                      //LED
sbit p11=P1^1;                      //LED
sbit p12=P1^2;                      //LED
sbit p13=P1^3;                      //LED
sbit p14=P1^4;                      //LED
sbit p15=P1^5;                      //LED
sbit p16=P1^6;                      //LED
sbit p17=P1^7;                      //LED
sbit p04=P0^4;                      //話筒
sbit p21=P2^1;                      //數碼管
sbit p22=P2^2;                      //數碼管
sbit p23=P2^3;                      //數碼管
sbit p24=P2^4;                      //數碼管
sbit p25=P2^5;                      //數碼管
sbit p26=P2^6;                      //數碼管
sbit p27=P2^7;                      //數碼管
void delay(u16 i)                   //延時程序
{while(i--);}                      //i=1大約延時1us
void go()                         //前進
{p00=1;
p01=0;
p02=0;
p03=1;}
void right()                      //左拐
{p00=0;
p01=0;
p02=0;
p03=1;}
void left()                         //右拐
{p00=1;
p01=0;
p02=0;
p03=0;}
void back()                         //后退
{p00=0;
p01=1;

p02=1;
p03=0;}
void stop()                         //停止
{p00=0;
p01=0;
p02=0;
p03=0;}
void deng()                      //流水燈
{p10=0;
p11=0;
delay(5000);
p12=0;
p13=0;
delay(5000);
p14=0;
p15=0;
delay(5000);
p16=0;
p17=0;
delay(5000);
p17=1;
p16=1;
delay(5000);
p15=1;
p14=1;
delay(5000);
p13=1;
p12=1;
delay(5000);
p11=1;
p10=1;
delay(5000);}
void smgl()                         //數碼管顯示
{p27=0;
p26=0;
p25=0;
p24=0;
p21=0;
delay(50000);
delay(50000);
p27=1;
p26=1;
p25=1;
p24=1;
p21=1;                            //數碼管顯示‘3’
p27=0;
p26=0;
p24=0;
p23=0;
p21=0;
delay(50000);
delay(50000);
p27=1;
p26=1;
p24=1;
p23=1;
p21=1;                            //數碼管顯示‘2’
p25=0;
p26=0;
delay(50000);
delay(50000);
p25=1;
p26=1;}                         //數碼管顯示‘1’
void main()                      //主程序
{                bit s;                      //聲控變量
if(p04==0)
            {s=1;}
            else{stop();}                   //聲控啟動
            while(s)
            {  deng();
            if(p36==1&&p35==0)             //左端檢測到黑線，右拐，右端燈亮
            {  left();
               p20=1;
               p07=0;}
            if(p36==0&&p35==1)             //右端檢測到黑線，左拐，左端燈亮
{  right();
               p07=1;
               p20=0; }
            if(p35==0&&p36==0)             //左右同時檢測到黑線，直走
            { go(); }
            if(p35==1&&p36==1)             //左右同時未檢測到黑線，直走
            { go(); }
            if(p37==0)                      //前端檢測到障礙物
            {p06=0;                         //蜂鳴器響
                        p07=1;
                        p20=1;                         //前板燈滅
                        delay(5000);
                        p06=1;                         //蜂鳴器不響
                        back();                         //后退
                        smgl();                         //數碼管計時'3' '2' '1'
                        left();                         //右拐
                        delay(50000);
                        delay(50000);
                        go();} }}                      //直行
說明：避障時，小車后退，蜂鳴器報警，數碼管3秒倒計時同時進行，然后短時間右拐調整車頭。下面是避障時實際的照片。

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