避障小车—51单片机

news2024/11/17 11:41:47

一、小车底盘组装

根据视频的安装步骤安装

二、 电机模块开发

2.1 L9110s概述

接通VCC，GND 模块电源指示灯亮， 以下资料来源官方，但是不对，根据下节课实际调试

IA1输入高电平，IA1输入低电平，【OA1 OB1】电机正转； 倒退

IA1输入低电平，IA1输入高电平，【OA1 OB1】电机反转； 前进

IA2输入高电平，IA2输入低电平，【OA2 OB2】电机正转； 倒退

IA2输入低电平，IA2输入高电平，【OA2 OB2】电机反转； 前进

2.1.1 与C51单片机解法

2.2 让小车动起来

代码看网盘资料，因为分文件编写，不好贴近来,只放核心部分代码

#include "reg52.h"
#include "intrins.h"
		
		// 左轮
sbit RightCon1A = P3^2;
sbit RightCon1B = P3^3;
		
		// 右轮
sbit LeftCon1A = P3^4;
sbit LeftCon1B = P3^5;

void Delay1000ms()		//@11.0592MHz
{
	unsigned char i, j, k;

	_nop_();
	i = 8;
	j = 1;
	k = 243;
	do
	{
		do
		{
			while (--k);
		} while (--j);
	} while (--i);
}


void goForward()  //前进
{
	LeftCon1A = 0;
	LeftCon1B = 1;
	
	RightCon1A = 0;
	RightCon1B = 1;
}

void goRight()    //  右转弯
{
	LeftCon1A = 0;
	LeftCon1B = 1;
	
	RightCon1A = 0;
	RightCon1B = 0;
}


void goLeft()     //  左转弯
{
	LeftCon1A = 0;
	LeftCon1B = 0;
	
	RightCon1A = 0;
	RightCon1B = 1;
}

void goBack()  // 倒退
{
	LeftCon1A = 1;
	LeftCon1B = 0;
	
	RightCon1A = 1;
	RightCon1B = 0;
}

void main()
{
	while(1){
		goForward();       	 //	前进
		Delay1000ms();
		Delay1000ms();
		goBack();			//  倒退
		Delay1000ms();
		Delay1000ms();
		goLeft();           //  左转弯
		Delay1000ms();
		Delay1000ms();
		goRight();          //  右转弯
		Delay1000ms();
		Delay1000ms();
	}
}
2.2.1 串口控制小车方向

1. 串口分文件编程进行代码整合——具体过程看课程，主要考验C语言功底和代码调试能力，通过现象来改代码

2. 接入蓝牙模块，通过蓝牙控制小车，实现6.6.1的课程需求，蓝牙透传太容易了。

3. 添加点动控制，如果APP支持按下一直发数据，松开就停止发数据（蓝牙调试助手的自定义按键不能实现），就能实现前进按键按下后小车一直往前走的功能

#include "reg52.h"
#include "motor.h"
#include "string.h"
#include "delay.h"
sbit D5 = P3^7;
#define SIZE 12

sfr AUXR = 0x8E;
char buffer[SIZE];

void UartInit(void)		//9600bps@11.0592MHz
{
	AUXR = 0x01;
	SCON = 0x50; //配置串口工作方式1，REN使能接收
	TMOD &= 0x0F;
	TMOD |= 0x20;//定时器1工作方式位8位自动重装
	
	TH1 = 0xFD;
	TL1 = 0xFD;//9600波特率的初值
	TR1 = 1;//启动定时器
	
	EA = 1;//开启总中断
	ES = 1;//开启串口中断
}

//M1qian  M2 hou M3 zuo  M4 you
void Uart_Handler() interrupt 4
{
	static int i = 0;//静态变量，被初始化一次
	char tmp;

	if(RI)//中断处理函数中，对于接收中断的响应
	{
			RI = 0;//清除接收中断标志位
			tmp = SBUF;
			if(tmp == 'M'){
				i = 0;
			}
			buffer[i++] = tmp;
		
			//灯控指令
			if(buffer[0] == 'M'){
				switch(buffer[1]){
					case '1':
						goForward();
						Delay10ms();
						break;
					case '2':
						goBack();
						Delay10ms();
						break;
					case '3':
						goLeft();
						Delay10ms();
						break;
					case '4':
						goRight();
						Delay10ms();
						break;
					default:
						stop();
						break;
				}
			}
		
			if(i == 12) {
				memset(buffer, '\0', SIZE);
				i = 0;
			}
	}
		
}
2.3 如何进行小车PWM调速

原理： 全速前进是LeftCon1A = 0; LeftCon1B = 1;完全停止是LeftCon1A = 0;LeftCon1B = 0;那么单位时间内，比如20ms, 有15ms是全速前进，5ms是完全停止， 速度就会比5ms全速前进，15ms完全停止获得的功率多，相应的速度更快！

开发：借用PWM的舵机控制代码

#include "motor.h"
#include "reg52.h"

char speed;
char cnt = 0;

void Time0Init()
{
	//1. 配置定时器0工作模式位16位计时
	TMOD = 0x01;
	//2. 给初值，定一个0.5出来
	TL0=0x33;
	TH0=0xFE;
	//3. 开始计时
	TR0 = 1;
	TF0 = 0;
	//4. 打开定时器0中断
	ET0 = 1;
	//5. 打开总中断EA
	EA = 1;
}

void Time0Handler() interrupt 1
{
	cnt++;  //统计爆表的次数. cnt=1的时候，报表了1
	//重新给初值
	TL0=0x33;
	TH0=0xFE;
	
	//控制PWM波
	if(cnt < speed){
		//前进
		goForward();
	}else{
		//停止
		stop();
	}
	
	if(cnt == 40){//爆表40次，经过了20ms
		cnt = 0;  //当40次表示20ms，重新让cnt从0开始，计算下一次的20ms
	}
		
}

extern char speed;

void main()
{
	Time0Init();
	//UartInit();
	
	while(1){
		speed = 10;//10份单位时间全速运行，30份停止，所以慢，20ms是40份的500us
		Delay1000ms();
		Delay1000ms();
		speed = 20;
		Delay1000ms();
		Delay1000ms();
		speed = 40;
		Delay1000ms();
		Delay1000ms();
	}
}
2.3.1 PWM方式实现小车转向

原理： 左轮定时器0调速，右轮定时器1调速，那么左转就是右轮速度大于左轮!

开发：有手就行

#include "motor.h"
#include "reg52.h"

char speedLeft;
char cntLeft = 0;

char speedRight;
char cntRight = 0;

void Time1Init()
{
	//1. 配置定时器1工作模式位16位计时
	TMOD &= 0x0F;
	TMOD |= 0x1 << 4;
	//2. 给初值，定一个0.5出来
	TL1=0x33;
	TH1=0xFE;
	//3. 开始计时
	TR1 = 1;
	TF1 = 0;
	//4. 打开定时器1中断
	ET1 = 1;
	//5. 打开总中断EA
	EA = 1;
}


void Time0Init()
{
	//1. 配置定时器0工作模式位16位计时
	TMOD = 0x01;
	//2. 给初值，定一个0.5出来
	TL0=0x33;
	TH0=0xFE;
	//3. 开始计时
	TR0 = 1;
	TF0 = 0;
	//4. 打开定时器0中断
	ET0 = 1;
	//5. 打开总中断EA
	EA = 1;
}

void Time1Handler() interrupt 3
{
	cntRight++;  //统计爆表的次数. cnt=1的时候，报表了1
	//重新给初值
	TL1=0x33;
	TH1=0xFE;
	
	//控制PWM波
	if(cntRight < speedRight){
		//右前进
		goForwardRight();
	}else{
		//停止
		stopRight();
	}
	
	if(cntRight == 40){//爆表40次，经过了20ms
		cntRight = 0;  //当100次表示1s，重新让cnt从0开始，计算下一次的1s
	}
		
}

void Time0Handler() interrupt 1
{
	cntLeft++;  //统计爆表的次数. cnt=1的时候，报表了1
	//重新给初值
	TL0=0x33;
	TH0=0xFE;
	
	//控制PWM波
	if(cntLeft < speedLeft){
		//左前进
		goForwardLeft();
	}else{
		//停止
		stopLeft();
	}
	
	if(cntLeft == 40){//爆表40次，经过了20ms
		cntLeft = 0;  //当100次表示1s，重新让cnt从0开始，计算下一次的1s
	}
		
}



extern char speedLeft;
extern char speedRight;

void main()
{
	Time0Init();
	Time1Init();
	//UartInit();
	
	while(1){
		speedLeft = 10;//10份单位时间全速运行，30份停止，所以慢，20ms是40份的500us
		speedRight = 40;
		Delay1000ms();
		Delay1000ms();
	
		speedLeft = 40;
		speedRight = 10;
		Delay1000ms();
		Delay1000ms();
	}
}
2.4 循迹小车
2.4.1 循迹模块使用

TCRT5000传感器的红外发射二极管不断发射红外线

当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，

红外接收管一直处于关断状态，此时模块的输出端为高电平，指示二极管一直处于熄灭状态

被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，红外接收管饱和，

此时模块的输出端为低电平，指示二极管被点亮

总结就是一句话，没反射回来，D0输出高电平，灭灯

  • 接线方式
    • VCC:接电源正极（3-5V）
    • GND:接电源负极
    • DO:TTL开关信号输出0、1
    • AO:模拟信号输出(不同距离输出不同的电压，此脚一般可以不接）

6.3.2 循迹小车原理

由于黑色具有较强的吸收能力，当循迹模块发射的红外线照射到黑线时，红外线将会被黑线吸收，导致

循迹模块上光敏三极管处于关闭状态，此时模块上一个LED熄灭。在没有检测到黑线时，模块上两个LED

常亮

总结就是一句话，有感应到黑线，D0输出高电平 ，灭灯

循迹模块安装在小车车头两侧下方小车两个模块都能反射回来红外，输出低电平，灯亮，直走

上方小车左模块遇到黑线，红外被吸收，左模块输出高电平，右模块输出低电平，左转，反之右转

  • 代码实现
#include "motor.h"
#include "delay.h"
#include "reg52.h"


sbit leftSensor = P2^7;
sbit rightSensor = P2^6;

void main()
{
	//下方小车两个模块都能反射回来红外，输出低电平，灯亮，直走

	//上方小车左模块遇到黑线，红外被吸收，左模块输出高电平，右模块输出低电平，左转，反之右转
	while(1){
		if(leftSensor == 0 && rightSensor == 0){
			goForward();  // q前进
		}
		if(leftSensor == 1 && rightSensor == 0){
			goLeft();          // 左转
		}
		
		if(leftSensor == 0 && rightSensor == 1){
			goRight(); 			// 右转
		}
		
		if(leftSensor == 1 && rightSensor == 1){
			//停
			stop();           
		}
	}
}

修改BUG

防止小车跑车赛道

#include "motor.h"
#include "delay.h"
#include "uart.h"
#include "time.h"
#include "reg52.h"
extern char speedLeft;
extern char speedRight;


sbit leftSensor = P2^7;
sbit rightSensor = P2^6;

void main()
{
	Time0Init();    //  中断器
	Time1Init();
	//UartInit();
	
	while(1){
		
		if(leftSensor == 0 && rightSensor == 0){
				speedLeft = 32;
				speedRight = 40;
		}
		if(leftSensor == 1 && rightSensor == 0){
				speedLeft = 12;//10份单位时间全速运行，30份停止，所以慢，20ms是40份的500us
				speedRight = 40;
		}
		
		if(leftSensor == 0 && rightSensor == 1){
				speedLeft = 32;
				speedRight = 20;
		}
		
		if(leftSensor == 1 && rightSensor == 1){
			//停
				speedLeft = 0;
				speedRight = 0;
		}
	}
}
2.5 跟随小车/壁障小车
2.5.1 红外壁障模块分析

原理和寻线是一样的，寻线红外观朝下，跟随朝前

6.4.2 跟随小车的原理

左边跟随模块能返回红外，输出低电平，右边不能返回，输出高电平，说明物体在左边，需要左转

右边跟随模块能返回红外，输出低电平，左边不能返回，输出高电平，说明物体在右边，需要右转

6.4.3 跟随小车开发和调试

有手就行，哈哈

  • 代码实现
#include "motor.h"
#include "delay.h"
#include "reg52.h"

//sbit leftSensor = P2^7;
//sbit rightSensor = P2^6;

sbit leftSensor = P2^5;
sbit rightSensor = P2^4;

void main()
{

	while(1){
		if(leftSensor == 0 && rightSensor == 0){
			goForward();
		}
		if(leftSensor == 1 && rightSensor == 0){
			goRight();
		}
		
		if(leftSensor == 0 && rightSensor == 1){
			
			goLeft();
		}
		
		if(leftSensor == 1 && rightSensor == 1){
			//停
			stop();
		}
	}
}
6.4.4 超声波避障小车
1. 超声波代码模块

超声波测距模块是用来测量距离的一种产品，通过发送和收超声波，利用时间差和声音传播速度， 计算出模块到前方障碍物的距离。

    • 怎么让它发送波

Trig ，给Trig端口至少10us的高电平

    • 怎么知道它开始发了

Echo信号，由低电平跳转到高电平，表示开始发送波

    • 怎么知道接收了返回波

Echo，由高电平跳转回低电平，表示波回来了

    • 怎么算时间

Echo引脚维持高电平的时间！

波发出去的那一下，开始启动定时器

波回来的拿一下，我们开始停止定时器，计算出中间经过多少时间

    • 怎么算距离

距离 = 速度 （340m/s）* 时间/2

  • 超声波的时序图

  • 代码实现
#include "reg52.h"
#include "delay.h"

sbit Trig     = P1^3;
sbit Echo     = P1^2;

void Time1Init()
{	
	TMOD &= 0x0F;		//设置定时器模式
	TMOD |= 0x10;
	TH1 = 0;
	TL1 = 0;
	//设置定时器0工作模式1，初始值设定0开始数数，不着急启动定时器
}

void startHC()
{
	Trig = 0;
	Trig = 1;
	Delay10us();
	Trig = 0;
}

double get_distance()
{
		double time;
		//定时器数据清零，以便下一次测距
		TH1 = 0;
		TL1 = 0;
	//1. Trig ，给Trig端口至少10us的高电平
		startHC();
		//2. echo由低电平跳转到高电平，表示开始发送波
		while(Echo == 0);
		//波发出去的那一下，开始启动定时器
		TR1 = 1;
		//3. 由高电平跳转回低电平，表示波回来了
		while(Echo == 1);
		//波回来的那一下，我们开始停止定时器
		TR1 = 0;
		//4. 计算出中间经过多少时间
		time = (TH1 * 256 + TL1)*1.085;//us为单位
		//5. 距离 = 速度 （340m/s）* 时间/2
		return  (time * 0.017);
}

2. sg90舵机代码模块
  • 怎么控制舵机

向黄色信号线“灌入”PWM信号。

PWM波的频率不能太高，大约50HZ，即周期=1/频率=1/50=0.02s，20ms左右

数据：

0.5ms-------------0度； 2.5% 对应函数中占空比为250

1.0ms------------45度； 5.0% 对应函数中占空比为500

1.5ms------------90度； 7.5% 对应函数中占空比为750

2.0ms-----------135度； 10.0% 对应函数中占空比为1000

2.5ms-----------180度； 12.5% 对应函数中占空比为1250

定时器需要定时20ms, 关心的单位0.5ms, 40个的0.5ms,初值0.5m cnt++

1s = 10ms * 100

20ms = 0.5ms * 40

  • 编程实现

#include "reg52.h"
#include "delay.h"

sbit sg90_con = P1^1;

int jd;
int cnt = 0;

void Time0Init()
{
	//1. 配置定时器0工作模式位16位计时
	TMOD &= 0xF0;		//设置定时器模式
	TMOD |= 0x01;
	//2. 给初值，定一个0.5出来
	TL0=0x33;
	TH0=0xFE;
	//3. 开始计时
	TR0 = 1;
	TF0 = 0;
	//4. 打开定时器0中断
	ET0 = 1;
	//5. 打开总中断EA
	EA = 1;
}

void sgMiddle()
{
	//中间位置
	jd = 3; //90度 1.5ms高电平
	cnt = 0;
}

void sgLeft()
{
	//左边位置
	jd = 5; //135度 1.5ms高电平
	cnt = 0;
}

void sgRight()
{
	//右边位置
	jd = 1; //0度
	cnt = 0;
}


void Time0Handler() interrupt 1
{
	cnt++;  //统计爆表的次数. cnt=1的时候，报表了1
	//重新给初值
	TL0=0x33;
	TH0=0xFE;
	
	//控制PWM波
	if(cnt < jd){
		sg90_con = 1;
	}else{
		sg90_con = 0;
	}
	
	if(cnt == 40){//爆表40次，经过了20ms
		cnt = 0;  //当100次表示1s，重新让cnt从0开始，计算下一次的1s
		sg90_con = 1;
	}
		
}
3. mian函数组合调用
#include "reg52.h"
#include "hc04.h"
#include "delay.h"
#include "sg90.h"

void main()
{
	Time0Init();
	Time1Init();
	//舵机的初始位置

	sgMiddle();
	Delay300ms();
	Delay300ms();
	
	while(1){
	
		sgLeft();    //  左摇头
		Delay440ms();
		
		sgMiddle();   // 回正
		Delay430ms();
		
		sgRight();   //  右摇头
		Delay420ms();
		
		sgMiddle();  // 回正
		Delay450ms();
		
	}
}
4. 测距摇头实现
#include "reg52.h"
#include "hc04.h"
#include "delay.h"
#include "sg90.h"

#define MIDDLE 0
#define LEFT 1
#define RIGHT 2

void main()
{
	char dir;   // 方向变量
	
	double disMiddle;  // 中间距离
	double disLeft;		// 左间距离
	double disRight;	// 右间距离
	
	Time0Init();
	Time1Init();
	//舵机的初始位置

	sgMiddle();
	Delay300ms();
	Delay300ms();
	dir = MIDDLE;
	
	while(1){
		
		if(dir != MIDDLE){    // 保持测完左右间距之后，回到中间值
			sgMiddle();
			dir = MIDDLE;
			Delay300ms();
		}
		disMiddle = get_distance();     // 超声波测距
		
		if(disMiddle > 35){  // 如果中间的距离大于了35cm；就前进
			//前进
		}
		else								// 如果前方的距离小于了35cm；就停止
		{ 		
			//停止
			//测左边距离
			sgLeft();
			
			Delay300ms();
			disLeft = get_distance();
			
			sgMiddle();    //  测中间距离
			Delay300ms();
			
			sgRight();   //  测右间距离
			dir = RIGHT;
			Delay300ms();
			disRight = get_distance();
			
		}
		
	}
}

main函数先调用两个定时器（超声波与sg90舵机定时器）；22行至25行代码。将超声波模块保持正前方向之后，进入while循环语句，先进入第一个if语句判断超声波方向，如果超声波方向不在正中间，将其回正之后，将超声波测量的距离，赋值给第二个if语句，进去判断，如何距离大于35cm，小车前进，如果距离不大于35，超声波通过sg90舵机，进行左右测距，测出35cm内无障碍之后，进行前进。

  • 下面是加上电机驱动的代码，让小车跑起来
#include "reg52.h"  // 包含寄存器定义头文件
#include "hc04.h"   // 包含超声波传感器（HC-SR04）头文件
#include "delay.h"  // 包含延时函数头文件
#include "sg90.h"   // 包含舵机（SG90）头文件
#include "motor.h"  // 包含电机控制头文件

#define MIDDLE 0   // 定义舵机的中间位置为 0
#define LEFT 1     // 定义舵机的左边位置为 1
#define RIGHT 2    // 定义舵机的右边位置为 2

void main()
{
    char dir;  // 定义舵机的当前方向变量
    
    double disMiddle;  // 定义前方的距离变量
    double disLeft;    // 定义左方的距离变量
    double disRight;   // 定义右方的距离变量
    
    Time0Init();  // 初始化定时器0
    Time1Init();  // 初始化定时器1
    
    // 舵机的初始位置设为中间位置
    sgMiddle();
    Delay300ms();  // 延时300毫秒
    Delay300ms();  // 再延时300毫秒
    dir = MIDDLE;  // 将舵机方向变量设置为中间位置
    
    while(1){  // 无限循环，控制主逻辑
        
        if(dir != MIDDLE){  // 如果当前方向不是中间
            sgMiddle();  // 将舵机调整到中间位置
            dir = MIDDLE;  // 更新方向变量为中间
            Delay300ms();  // 延时300毫秒
        }
        disMiddle = get_distance();  // 获取前方距离
        
        if(disMiddle > 35){  // 如果前方距离大于35
            goForward();  // 向前移动
        }else if(disMiddle < 10){  // 如果前方距离小于10
            goBack();  // 向后移动
            Delay150ms();  // 延时150毫秒
            stop();  // 停止移动
        }else
        {
            // 停止移动
            stop();
            // 测量左边的距离
            sgLeft();
            Delay300ms();  // 延时300毫秒
            disLeft = get_distance();  // 获取左边距离
            
            sgMiddle();  // 将舵机回到中间位置
            Delay300ms();  // 延时300毫秒
            
            sgRight();  // 将舵机转向右边
            dir = RIGHT;  // 更新方向变量为右边
            Delay300ms();  // 延时300毫秒
            disRight = get_distance();  // 获取右边距离
            
            if(disLeft < disRight){  // 如果左边距离小于右边距离
                goRight();  // 向右移动
                Delay150ms();  // 延时150毫秒
                stop();  // 停止移动
            }
            if(disRight < disLeft){  // 如果右边距离小于左边距离
                goLeft();  // 向左移动
                Delay150ms();  // 延时150毫秒
                stop();  // 停止移动
            }
        }
        
    }
}

大家在实际操作中，可根据现场实际情况进行对代码测距的修改。

关于相关代码，si信我即可。

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