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2021-10-10 10:12:50
#include <REGX52.H> #include <intrins.h> #include <QXA51.H> sbit DU = P2^6;//数码管段选 sbit RX = P2^0;//ECHO超声波模块回响端 sbit TX = P2^1;//TRIG超声波模块触发端 sbit LCM_RW = P3^6; //定义LCD引脚 sbit LCM_RS = P3^5; sbit LCM_E = P3^4; #define LCM_Data P0 //定义液晶屏数据口 #define Busy 0x80 //用于检测LCM状态字中的Busy标识 unsigned char pwm_left_val = 180;//左电机占空比值 取值范围0-170,0最快 unsigned char pwm_right_val = 180;//右电机占空比值取值范围0-170 ,0最快 unsigned char pwm_t;//周期 unsigned int time = 0;//传输时间 unsigned long S = 0;//距离 bit flag = 0;//超出测量范围标志位 unsigned char code Range[] ="==Range Finder==";//LCD1602显示格式 unsigned char code ASCII[13] = "0123456789.-M"; unsigned char code table[]="Distance:000.0cm"; unsigned char code table1[]="!!! Out of range"; unsigned char disbuff[4] = { 0,0,0,0};//距离显示缓存 void delay(unsigned int z)//毫秒级延时 { unsigned int x,y; for(x = z; x > 0; x--) for(y = 114; y > 0 ; y--); } void Delay10us(unsigned char i) //10us延时函数 启动超声波模块时使用 { unsigned char j; do{ j = 10; do{ _nop_(); }while(--j); }while(--i); } void cmg88()//关数共阴极码管 { DU=1; P0=0X00;//共阴极数码管阳极给低电平,全部熄灭 DU=0; } /************************************LCD1602液晶屏驱动函数************************************************/ //*******************读状态*************************// unsigned char ReadStatusLCM(void) { LCM_Data = 0xFF; LCM_RS = 0; Delay10us(1); LCM_RW = 1; Delay10us(1); do{ LCM_E = 0; Delay10us(1); LCM_E = 0; Delay10us(1); LCM_E = 1; Delay10us(1); } while (LCM_Data & Busy); //检测忙信号 return(LCM_Data); } /****************写数据************************/ void WriteDataLCM(unsigned char WDLCM) { ReadStatusLCM(); //检测忙 LCM_Data = WDLCM; LCM_RS = 1; Delay10us(1); LCM_RW = 0; Delay10us(1); LCM_E = 0; //若晶振速度太高可以在这后加小的延时 Delay10us(1); LCM_E = 0; //延时 Delay10us(1); LCM_E = 1; Delay10us(1); } //****************写指令*************************// void WriteCommandLCM(unsigned char WCLCM,BuysC) //BuysC为0时忽略忙检测 { if (BuysC) ReadStatusLCM(); //根据需要检测忙 LCM_Data = WCLCM; LCM_RS = 0; Delay10us(1); LCM_RW = 0; Delay10us(1); LCM_E = 0; Delay10us(1); LCM_E = 0; Delay10us(1); LCM_E = 1; Delay10us(1); } //*******************LCM初始化**********************// void LCMInit(void) { LCM_Data = 0; WriteCommandLCM(0x38,0); //三次显示模式设置,不检测忙信号 delay(5); WriteCommandLCM(0x38,0); delay(5); WriteCommandLCM(0x38,0); delay(5); WriteCommandLCM(0x38,1); //显示模式设置,开始要求每次检测忙信号 WriteCommandLCM(0x08,1); //关闭显示 WriteCommandLCM(0x01,1); //显示清屏 WriteCommandLCM(0x06,1); // 显示光标移动设置 WriteCommandLCM(0x0c,1); // 显示开及光标设置 } //*********************按指定位置显示一个字符***********************// void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData) { Y &= 0x1; X &= 0xF; //限制X不能大于15,Y不能大于1 if (Y) X |= 0x40; //当要显示第二行时地址码+0x40; X |= 0x80; //算出指令码 WriteCommandLCM(X, 1); //发命令字 WriteDataLCM(DData); //发数据 } //**********************按指定位置显示一串字符*************************// void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char code *DData) { unsigned char ListLength; ListLength = 0; Y &= 0x1; X &= 0xF; //限制X不能大于15,Y不能大于1 while (DData[ListLength]>0x19) //若到达字串尾则退出 { if (X <= 0xF) //X坐标应小于0xF { DisplayOneChar(X, Y, DData[ListLength]); //显示单个字符 ListLength++; X++; } } } /***************************************************************************/ /*定时器0中断*/ void timer0() interrupt 1 //T0中断用来计数器溢出,超过测距范围 { flag=1; //中断溢出标志 } void StartModule() //启动超声波模块 { TX=1; //启动一次模块 Delay10us(2); TX=0; } /*小车前进*/ void forward() { left_motor_go; //左电机前进 right_motor_go; //右电机前进 } /*PWM控制使能 小车后退*/ void backward() { left_motor_back; //左电机后退 right_motor_back; //右电机后退 } /*小车停止*/ void stop() { right_motor_stops;//右电机停止 left_motor_stops; //左电机停止 } /*PWM控制使能 小车高速左转*/ void left_rapidly() { left_motor_back; right_motor_go; } /*定时器1中断输出PWM信号*/ void timer1() interrupt 3 { pwm_t++;//周期计时加 if(pwm_t == 255) pwm_t = EN1 = EN2 = 0; if(pwm_left_val == pwm_t)//左电机占空比 EN1 = 1; if(pwm_right_val == pwm_t)//右电机占空比 EN2 = 1; } /*判断S2是否被按下*/ void keyscan() { for(;;) //死循环 { if(key_s2 == 0)// 实时检测S2按键是否被按下 { delay(5); //软件消抖 if(key_s2 == 0)//再检测S2是否被按下 { while(!key_s2);//松手检测 beep = 0; //使能有源蜂鸣器 delay(200);//200毫秒延时 beep = 1; //关闭有源蜂鸣器 break; //退出FOR死循环 } } } } /*计算超声波所测距离并显示*/ void Conut(void) { time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; S=(float)(time*1.085)*0.17; //算出来是MM if((S>=7000)||flag==1) //超出测量范围 { flag=0; DisplayListChar(0, 1, table1);//1602显示数组table1 } else { disbuff[0]=S/1000; //距离数值千位 disbuff[1]=S%1000/100;//距离数值百位 disbuff[2]=S%100/10;//距离数值十位 disbuff[3]=S%10; //距离数值个位 DisplayListChar(0, 1, table); //显示:Distance:000.0cm DisplayOneChar(9, 1, ASCII[disbuff[0]]); //显示千位 DisplayOneChar(10, 1, ASCII[disbuff[1]]); DisplayOneChar(11, 1, ASCII[disbuff[2]]); DisplayOneChar(12, 1, ASCII[10]); //显示 . DisplayOneChar(13, 1, ASCII[disbuff[3]]); } } /*超声波避障*/ void Avoid() { if(S < 400)//设置避障距离 ,单位毫米 刹车距离 { beep = 0;//使能蜂鸣器 stop();//停车 backward();//后退 delay(100);//后退时间越长、距离越远。后退是为了留出车辆转向的空间 do{ left_rapidly();//高速左转 delay(70);//时间越长 转向角度越大,与实际行驶环境有关 stop();//停车 delay(200);//时间越长 停止时间越久长 StartModule(); //启动模块测距,再次判断是否 while(!RX); //当RX(ECHO信号回响)为零时等待 TR0=1; //开启计数 while(RX); //当RX为1计数并等待 TR0=0; //关闭计数 Conut(); //计算距离 }while(S < 280);//判断前面障碍物距离 beep = 1;//关闭蜂鸣器 } else { forward();//前进 } } void main() { cmg88();//关数码管 LCMInit(); //LCM初始化 delay(5);//延时片刻 DisplayListChar(0, 0, Range);//1602第一行显示Range数组内容 DisplayListChar(0, 1, table);//1602第二行显示table数组内容 keyscan();//等待按下S2启动小车 delay(1000);//延时1秒 TMOD |= 0x20;//定时器1工作模式2,8位自动重装。用于产生PWM TMOD |= 0x01;//定时器0工作模块1,16位定时模式。T0用测ECH0脉冲长度 TH1 = 220; // TL1 = 220; //100HZ T1 TH0 = 0; TL0 = 0;//T0,16位定时计数用于记录ECHO高电平时间 ET1 = 1;//允许T1中断 ET0 = 1;//允许T0中断 TR1 = 1;//启动定时器1 EA = 1;//启动总中断 while(1) { StartModule(); //启动模块测距 while(!RX); //当RX(ECHO信号回响)为零时等待 TR0=1; //开启计数 while(RX); //当RX为1计数并等待 TR0=0; //关闭计数 Conut(); //计算距离 Avoid(); //避障 delay(65); //测试周期不低于60MS } }
#ifndef __QXA51_H__ #define __QXA51_H__ /*电机驱动IO定义*/ sbit IN1=P1^2; //为1 左电机反转 sbit IN2=P1^3; //为1 左电机正转 sbit IN3=P1^6; //为1 右电机正转 sbit IN4=P1^7; //为1 右电机反转 sbit EN1=P1^4; //为1 左电机使能 sbit EN2=P1^5; //为1 右电机使能 sbit left_led1=P3^3;//左寻迹信号 为0没有识别到黑线 为1识别到黑线 sbit right_led1=P3^2;//右寻迹信号 为0没有识别到黑线 为1识别到黑线 sbit left_led2=P3^4;//左避障信号 为0识别到障碍物 为1没有识别到障碍物 sbit right_led2=P3^5;//右避障信号 为0识别到障碍物 为1没有识别到障碍物 sbit beep=P2^3; sbit key_s2=P3^0; sbit key_s3=P3^1; #define left_motor_en EN1=1 //左电机使能 #define left_motor_stops EN1=0 //左电机停止 #define right_motor_en EN2=1 //右电机使能 #define right_motor_stops EN2=0 //右电机停止 #define left_motor_go IN1=0,IN2=1 //左电机正转 #define left_motor_back IN1=1,IN2=0 //左电机反转 #define right_motor_go IN3=1,IN4=0 //右电机正转 #define right_motor_back IN3=0,IN4=1 //右电机反转 #endif
这里运用了LCD1602的显示数据,按键启动,超声波测距,蜂鸣器,定时器,中断功能,
避障原理:运用超声波测距来检测距离如果距离小于指定距离的话,蜂鸣器开始响,然后停车开始向后退,高速左转后停车,然后继续运用超声波模块测距,如果大于指定距离继续前进
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简介
本文小车的功能主要有两个:超声波测距避障,以及蓝牙遥控。主控芯片用的是STC89C52,电机驱动模块用的是L298N,超声波传感器HC-SR04,蓝牙模块使用的是HC-05,电机采用5V的直流电机。
总体设计
总体方案框图
硬件篇
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主控芯片STC89C52
本实验使用的最小系统主控芯片是STC89C52,功能不是很多。该最小系统是学习单片机时,在淘宝购买集成好的开发板Mini51。(建议:自己购买洞洞板和其他配件搭建最小系统,需要的功能模块再拓展,这样能学到的东西比较多)
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超声波模块HC-SR04
能测距的传感器有很多,如红外传感器,激光传感器等等。也考虑过使用红外传感器,因为价格成本比较低,但红外传感器的抗干扰能力就没超声波好,红外传感器主要是利用光反射的原理,对于透明的障碍物就会有影响。所以本实验使用的是超声波传感器。
其原理也并不难理解,超声波测距的原理正是基于其物理基础,当超声波模块产生超声波后,单片机的计时器开始计时。超声波在遇到障碍物后会被反射,超声波模块接收到反射波后,单片机的计时器停止计时。根据收发超声波所产生的时间差,便可计算出超声波模块与障碍物的距离。超声波模块在接收超声波时存在能量转化,当超声波接收到反射波后,声信号转换为电信号,从而使单片机的停止计时。设超声波的声速为v,时间差为t0则超声波的测距公式如下:
S = v × t 0/2
附上超声波传感器的实物图:
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蓝牙模块HC-05
该模块价格不会很高,网上基本有该模块的使用方法,首先要连接USB转TTL的模块接入电脑,使用串口调试软件,输入AT指令配置蓝牙模块。该蓝牙模块的源码资料有提供,也可从其他网站或 Github 找。
详细的蓝牙模块的配置和使用方法参考:
【常用模块】HC-05蓝牙串口通信模块使用详解(实例:手机蓝牙控制STM32单片机)—Yngz_Miao
软件篇
编程环境是使用Keil5 C51。
展示几个流程图,代码就不放了,需要就在链接中下载。
主程序流程图:
超声波测距:
避障程序:
总结
本项目成本不高,功能也不多,适合课程设计,练练手,熟悉一下做项目的流程,如何写文档等。小车的功能可以继续扩展,如自动循迹,实时测速等等。或者使用更加强大的芯片,如STM32系列的芯片,可以扩展的功能就可以很多
本文最后附上几张小车实物图:
手机蓝牙终端控制App(app商城有很多,或者自己开发):
另附
小车的详细资料源码下载:https://pan.baidu.com/s/1kyYyLXyMrLQX8SMp5YrOZg (提取密码:twk7) -
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电路连接
超声波HCSR04模块有四个引脚,VCC,GND,TRIG和ECHO。
VCC接5V即可。
TRIG引脚负责发射超声波信号的信号引脚。这个引脚需要用超过10us的高电平来启动,所以写了一个20us的函数。每一点HCSR04会发射8个40khz的方波。方波发射后,ECHO引脚会输出高电平。
ECHO引脚是用来测量距离的数据引脚。当一个超声波信号发射后,ECHO引脚会输出高电平。当ECHO引脚直到检测到超声波信号回来的时,ECHO引脚输出低电平。
//以定时器0和定时器1为例 #define uint unsigned int uint PWM=0; //定义PWM值,控制电机转速 unit pwm=0; sbit IN11 = P1^0; //定义逻辑口 sbit IN21 = P1^1; sbit IN31 = P1^2; sbit IN41 = P1^3; sbit a1=P2^1; //定义驱动使能口a1 sbit b1=P2^32 //定义驱动使能口b1 sbit RX=P1^6;//定义超声波接收端Echo sbit TX=P1^7;//定义超声波控制端Trig uint i=0,j=0; void Time() //定时器0和1初始函数 { TMOD |= 0x11; //设置定时器0方式为1 定时器1为方式1 // TMOD |= Ox01; //设置定时器0方式为1 EA=1; //打开总中断 TH0 = 0xfc; //设置定时器处置为高四位,定时1ms TL0 = 0x18; //设置定时器设置为低四位 ET0 = 1; //打开定时器0中断允许 TR0 = 1; //打开定时器0 TH1 = 0xfc; //设置定时器处置为高四位,定时1ms TL1 = 0x18; //设置定时器设置为低四位 ET1 = 1; //打开定时器1中断允许 TR1 = 1; //打开定时器1 } void Timer0() interrupt 1 { TH0=0xfc; TL0=0x18; if(i>PWM)a1=1;else a1=0; i++; if(i>=100)i=0; } void Timer1() interrupt 3 { TH1=0xfc; TL1=0x18; if(j>pwm)b1=1;else b1=0; j++; if(j>=100)j=0; } void delay_20us() //超声波延时20微秒 { TX=1; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); _nop_(); TX=0; } void forward_move() //电机正转函数,速度50,最大速度100 { PWM = 50; pwm = 50; IN11 = 0; IN21 = 1; IN31 = 0; IN41 = 1; } void stop() //电机停止 { PWM = 0; pwm = 0; IN11 = 0; IN21 = 0; IN31 = 0; IN41 = 0; } void count_distence() //定义超声波测距函数 { time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; //s = 340m/s * time us /2 = 170*time *10^-6 m = 0.17*time mm S= (long)(time*0.17); if(S<100) { stop(); } if(S>=100) { forward_move(); } } void main() { Timer(); while(1) { delay_20us(); while(!RX);//等待TX发出 TR0=1; //开始计时 while(RX); //当TX发出时,RX为高电平 TR0=0; //终止计时 count_distence(); } }
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仿真图1:
基于51单片机,驱动芯片采用L298N,两个按键模拟红外对管,当按下对应按键的时候,相应的电机开始启动,从而实现避障的功能
仿真图2:
A. 由LCD1602作为显示器,具有温度显示、声光报警器,ULN2003A作为电机驱动。
B. ADC0832作为ADC采集芯片,两个电位器模拟红外管。程序设计
/* 买了个四驱车的底盘,双直流电机,一只驱动左边两轮,一只驱动 右边两轮。驱动电压为4.5-9V,配两个红外对管,打算一直装在小车前方 ,一只装在小车底盘,分别检测前方障碍和台阶,小车碰到前方障碍后 左边两轮停止,右轮驱动,实现转弯。碰到台阶后小车先后退,然后左轮 停止,右轮驱动实现转弯,转弯结束后小车继续前进,如此循环*/ #include<reg52.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar cs1,cs2,num1,num2; uchar code table[]={0,1}; //占空比50% sbit qdg=P3^4; //前红外对管,检测小车前方障碍 sbit xdg=P3^5; //下红外对管,检测小车是否碰到台阶 sbit in1=P1^0; //L298输入 sbit in2=P1^1; //L298输入 sbit in3=P1^2; //L298输入 sbit in4=P1^3; //L298输入 sbit ena=P1^4; //L298输入使能A sbit enb=P1^5; //L298输入使能B void delay(int z) //延时函数 { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } void init() //初始化函数 { TMOD=0x11; TH0=(65536-500)/256; TL0=(65536-500)%256; ET0=1; TR0=1; EA=1; } void main() { init(); while(1) { if(qdg==1) //如果前方没有检测到障碍,对管输出高电平 { ena=1; //L298使能端A为高 enb=1; //L298使能端B为高 in2=0; //L298IN2为低,小车左轮前进 in4=0; //L298IN4为低,小车右轮前进 } else { ena=0; //如果前方检测到障碍,L298使能端为低 ,左轮停止(小车转弯) delay(1000); ena=1; //一秒后转弯结束,继续两轮驱动前进 } if(xdg==0) //如果小车下方未检测到障碍(碰到台阶) { in2=1; //L298IN2为高,小车左轮后退 in4=1; //L298IN4为高,小车右轮后退 delay(1000); ena=0; //后退一秒后,左轮停止(转弯) delay(1000); //一秒后转弯结束,小车继续前进 } } } void timer0() interrupt 1 { TH0=(65536-500)/256; TL0=(65536-500)%256; cs1++; if (cs1==10) { cs1=0; num1++; if(num1==3) num1=0; in1=table[num1]; num2++; if(num2==3) num2=0; in3=table[num2]; } }
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2021-09-24 17:58:47AT89S51单片机的智能超声波避障小车.doc -
51单片机的超声波测距和小车避障转向
2021-10-24 19:38:40(可用于避障小车) #include"reg51.h" #include <intrins.h> sbit Echo=P2^7; sbit Trig=P2^6; sbit led1=P2^0; #define u8 unsigned char #define u16 unsigned int u16 time,distance,flag; voi.