障礙物檢測實驗

一、實驗目的
“旋風”小車在運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系統中廣泛采用，掌握它
的使用方法對以后的學習、開發有很大幫助。本實驗要求利用紅外傳感器實現對障礙物的
檢測 。通過實驗要掌握以下知識點：
1．掌握紅外傳感器的使用方法和電路原理。
2．復習端口狀態判斷。
3．掌握利用紅外傳感器編程檢測障礙物的方法。
二、實驗預備知識
1．I/O 口作為輸入口的處理方法。
MSC-51 系列單片機的所有I/O 口都能獨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位寫入“1”，該位才能作
為輸入。MSC-51 系列單片機的所有I/O 口鎖存器在復位時均置“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，
則必須先執行SETB P1.0 使其置“1”后才能作為輸入端。
2．紅外發射模塊電路
實驗用的反射式紅外傳感器發射電路如下：

圖3-4 發射模塊電路圖
電路中U1A 和C2、R2 組成振蕩器，振蕩頻率約30KHz。U1F 用于驅動，他能使發光
二極D1 管發出一定強度的紅外光。U1D 用于對D1 是否發光進行控制，當U1D 的輸入端
為高電平時，其輸出端為低電平，D1 可以導通，相反則D1 不能導通，因此只要控制U1D輸入端的狀態就可以控制D1 是否發光。
R1 是限流電阻，改變其大小就可以調整D1 發射的紅外線的強度，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射部分和接收部分，二者應同時使用。當傳感器前
方有障礙物時，發射模塊發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 發射模塊 接收模塊
1 電源正極VCC（5V） 電源正極VCC（5V）
2 發射控制端CTL 信號輸出OUT
3 空腳 空腳
4 電源負極GND 電源負極GND
CTL：發射模塊控制端，1 發射，0 停止發射。
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致連接關系發生改變，例如把左面傳感器的發射模塊
連接到主電路板的J9，則發射控制端為P1.3，連接到J2 則發射控制端為P3.2。接收模塊
的連接也是如此，在編程時要注意這一問題。
紅外發射和接收模塊應該同向安裝，都朝向要檢測的方向。安裝時要注意調整安裝位
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
在實際運用中，為了使紅外傳感器工作可靠，還必須對發射模塊發射的信號進行調制，
即：發射模塊發射一定數量的連續脈沖串，接收端記錄接收到的脈沖數量，然后根據所記
錄的數據判斷是否有障礙物。例如：發射模塊一次連續發射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 ；關閉發射模塊
MOV R0,#10 ；設定為發送10 個脈沖
MOV R1,#00 ；接收寄存器清零
LOOP0: SETB P3.2 ；發射模塊起動
LCALL DEL160US ；延時160US
JB P1.3,LOOP1 ；判斷是否有信號，當為0 電平時有反射。
INC R1 ；脈沖數目加1
LOOP1:CLR P3.2 ；發射停止
LCALL DEL160US
DJNZ R0,LOOP0 ；判斷是否10 個脈沖發送結束
CJNE R1,#06,LOOP2 ；判斷收到的脈沖個數是否大于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、實驗內容
1．正確安裝并調試紅外傳感器的發射和接收模塊，要求把發射模塊接J9，接收模塊
接J7。
2．根據圖3-6 和示例程序編寫障礙檢測程序，當檢測到有障礙時發光二極管D8 亮，
否則熄滅。
四、擴展內容
1．修改程序，在檢測到障礙后使發光二極管D8 閃爍，沒有障礙時熄滅。
2．示例程序中把接收到的脈沖數大于6 作為判斷是否有障礙的依據，修改該數據（變
大或變小）看對正確檢測障礙物有何影響？反復測試，找出最佳數據。
3．把實驗程序修改為子程序，用調用的方式實現同樣的功能。
五、思考題
1．為什么發射模塊在起動和停止轉換之間要插入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，應如何調節？