设计和制作红外遥控式小车

设计和制作红外遥控式小车

论文关键字：AT89C51单片机直流电机红外线遥控循迹L298

论文摘要：本文介绍创新设计制作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行进中有出轨等。系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

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，红个光反射回来，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。

图6 图7

结束语：

本文所设计的红外线遥控小车由于条件及时间限制并没有进行实物检测试验，预期此小车运行稳定、遥控灵敏、占用系统硬件资源少。且在不改变硬件电路，仅通过软件编程小车就可以实现障碍物检测、报警等功能。

参考文献：

[1] 陈权昌,李兴富.单片机原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2007

[2] 吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用[M].北京:清华大学出版社,2002

[3] 侯玉宝,陈忠平,李成群,等.基于Proteus 的51系列单片机设计与仿真.北京:电子工业出版社,2008

[4] 郝建国,郑燕.单片机在电子电路设计中的应用[M].北京:清华大学出版社,2006

机电过控0802班孙海洋0120804160216