障礙物檢測實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>“旋風(fēng)”小車在運(yùn)動過程中要成功避開障礙物必須在一定距離外就探測到障礙物。在
小車上探測障礙物采用反射式紅外傳感器。紅外傳感器在單片機(jī)系統(tǒng)中廣泛采用，掌握它
的使用方法對以后的學(xué)習(xí)、開發(fā)有很大幫助。本實(shí)驗(yàn)要求利用紅外傳感器實(shí)現(xiàn)對障礙物的
檢測 。通過實(shí)驗(yàn)要掌握以下知識點(diǎn)：
1．掌握紅外傳感器的使用方法和電路原理。
2．復(fù)習(xí)端口狀態(tài)判斷。
3．掌握利用紅外傳感器編程檢測障礙物的方法。
二、實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識
1．I/O 口作為輸入口的處理方法。
MSC-51 系列單片機(jī)的所有I/O 口都能獨(dú)立地定義為輸入或輸出。由于所有I/O 口都具
有輸出鎖存功能，因此I/O 口作為輸入時，必須先向鎖存器相應(yīng)位寫入“1”，該位才能作
為輸入。MSC-51 系列單片機(jī)的所有I/O 口鎖存器在復(fù)位時均置“1”，如果某一個I/O 在程
序中被置“0”，則必須將其置“1”后才能成為一個輸入端口。例如要把P1.0 作為輸入端，
則必須先執(zhí)行SETB P1.0 使其置“1”后才能作為輸入端。
2．紅外發(fā)射模塊電路
實(shí)驗(yàn)用的反射式紅外傳感器發(fā)射電路如下：

圖3-4 發(fā)射模塊電路圖
電路中U1A 和C2、R2 組成振蕩器，振蕩頻率約30KHz。U1F 用于驅(qū)動，他能使發(fā)光
二極D1 管發(fā)出一定強(qiáng)度的紅外光。U1D 用于對D1 是否發(fā)光進(jìn)行控制，當(dāng)U1D 的輸入端
為高電平時，其輸出端為低電平，D1 可以導(dǎo)通，相反則D1 不能導(dǎo)通，因此只要控制U1D輸入端的狀態(tài)就可以控制D1 是否發(fā)光。
R1 是限流電阻，改變其大小就可以調(diào)整D1 發(fā)射的紅外線的強(qiáng)度，就可以改變紅外傳
感器的作用距離。
3．紅外接收模塊電路
紅外傳感器接收電路如下圖所示：

圖3-5 紅外接收模塊電路圖
U1 是專用紅外接收芯片，其3 腳是輸出端，當(dāng)收到38KHz 的紅外信號后，其3 腳輸
出低電平，沒接收到紅外信號時輸出為高電平。
4．紅外傳感器的連接和安裝
一個完整的紅外傳感器模塊包括發(fā)射部分和接收部分，二者應(yīng)同時使用。當(dāng)傳感器前
方有障礙物時，發(fā)射模塊發(fā)射的紅外信號就會反射回來，接收模塊接收到反射的紅外信號
后輸出端OUT 為低電平，沒有接收到紅外信號時OUT 端子為高電平。
傳感器通過4 芯插件與主電路板上的傳感器接口（J2~J9）連接，并通過螺釘固定在主
電路板的安裝孔上。紅外傳感器發(fā)射模塊和接收模塊的插接件的引腳功能如下：
表3-2 紅外傳感器引腳功能
引腳序號 發(fā)射模塊 接收模塊
1 電源正極VCC（5V） 電源正極VCC（5V）
2 發(fā)射控制端CTL 信號輸出OUT
3 空腳 空腳
4 電源負(fù)極GND 電源負(fù)極GND
CTL：發(fā)射模塊控制端，1 發(fā)射，0 停止發(fā)射。
OUT：接收模塊信號輸出端，接收到信號輸出0，沒有接收到信號輸出1
在連接時，使用不同的接口會導(dǎo)致連接關(guān)系發(fā)生改變，例如把左面?zhèn)鞲衅鞯陌l(fā)射模塊
連接到主電路板的J9，則發(fā)射控制端為P1.3，連接到J2 則發(fā)射控制端為P3.2。接收模塊
的連接也是如此，在編程時要注意這一問題。
紅外發(fā)射和接收模塊應(yīng)該同向安裝，都朝向要檢測的方向。安裝時要注意調(diào)整安裝位
置，既要確保反射回來的紅外線能被接收到。

5．障礙檢測方法
在實(shí)際運(yùn)用中，為了使紅外傳感器工作可靠，還必須對發(fā)射模塊發(fā)射的信號進(jìn)行調(diào)制，
即：發(fā)射模塊發(fā)射一定數(shù)量的連續(xù)脈沖串，接收端記錄接收到的脈沖數(shù)量，然后根據(jù)所記
錄的數(shù)據(jù)判斷是否有障礙物。例如：發(fā)射模塊一次連續(xù)發(fā)射10 個脈沖，接收模塊接收到6
個脈沖以上就可以確信前面有障礙物。
障礙檢測流程和實(shí)例程序如下：

圖3-6 紅外傳感器檢測障礙程序流程
程序示例如下：

ORG 0000H
MAIN:CLR P3.2 ；關(guān)閉發(fā)射模塊
MOV R0,#10 ；設(shè)定為發(fā)送10 個脈沖
MOV R1,#00 ；接收寄存器清零
LOOP0: SETB P3.2 ；發(fā)射模塊起動
LCALL DEL160US ；延時160US
JB P1.3,LOOP1 ；判斷是否有信號，當(dāng)為0 電平時有反射。
INC R1 ；脈沖數(shù)目加1
LOOP1:CLR P3.2 ；發(fā)射停止
LCALL DEL160US
DJNZ R0,LOOP0 ；判斷是否10 個脈沖發(fā)送結(jié)束
CJNE R1,#06,LOOP2 ；判斷收到的脈沖個數(shù)是否大于6
LOOP2:JC LOOP3
SETB P1.0 ；Dl 亮表示有障礙物
SJMP MAIN
LOOP3:CLR P1.0 ；接收到的脈沖數(shù)小于6 個，沒有障礙物，D1 滅
SJMP MAIN
DEL160US：…… ；延時160us 的延時子程序
END
思考：程序中的JC LOOP3 語句的作用使什么？
三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1．正確安裝并調(diào)試紅外傳感器的發(fā)射和接收模塊，要求把發(fā)射模塊接J9，接收模塊
接J7。
2．根據(jù)圖3-6 和示例程序編寫障礙檢測程序，當(dāng)檢測到有障礙時發(fā)光二極管D8 亮，
否則熄滅。
四、擴(kuò)展內(nèi)容
1．修改程序，在檢測到障礙后使發(fā)光二極管D8 閃爍，沒有障礙時熄滅。
2．示例程序中把接收到的脈沖數(shù)大于6 作為判斷是否有障礙的依據(jù)，修改該數(shù)據(jù)（變
大或變?。┛磳φ_檢測障礙物有何影響？反復(fù)測試，找出最佳數(shù)據(jù)。
3．把實(shí)驗(yàn)程序修改為子程序，用調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)同樣的功能。
五、思考題
1．為什么發(fā)射模塊在起動和停止轉(zhuǎn)換之間要插入160uS 的延時？
2．障礙物檢測的作用距離受那些因素限制？要使作用距離更遠(yuǎn)，應(yīng)如何調(diào)節(jié)？