51单片机迷宫小车的设计
前言
本次迷宫小车设计，使用C51进行编程，实现小车的功能。本次完成的小车功能可分为两大模块，分别是硬件功能和软件功能。
总共有两部分来写，分别为：
硬件功能上实现了小车的底层驱动，如：红外检测，控制电机使小车进行直行，转弯，自动修正、红外的分时检测，发射与接收。
软件功能上使小车能完成整个迷宫的遍历，并且在遇到死角时，通过回溯，回到最近的一个岔路口，再进行遍历。以从起点出发，又回到起点为遍历结束的标志。遍历结束后，进行冲刺。遍历能够获取到迷宫的全部信息，通过获取到的迷宫信息，建立登高表。在建立完登高表后，从终点开始，找寻最短路径，进行最后的冲刺。
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一、硬件模块的结构和功能
1、数码管电路模块。
功能：对小车进行在迷宫中行走的算法调试时使用，可以用来显示小车当前坐标。或者调试红外，显示红外的序号数。该电路模块的数码管显示运用了锁存器，打开所需要置位的数码管IO口号，然后给P0置数点亮数码管即可。赋值依次即可一直显示，不需要一直重复刷新。
2、红外电路模块：
功能：单片机点亮红外LED, LED向其指向方向发射光波，光波在碰撞到障碍物后反射回来，由红外接收头(这里是HS0038)接收信号并将该信号发送给单片机，单片机的I0口接收到信号，就表明前方遇到了障碍物，由此达到了检测障碍物的目的。
当我们使用红外传感器时，要考虑到环境因素的影响，例如太阳光中就包含红外光,尽管我们人眼无法察觉，但如果直接使用简单的红外发射/接收的话，在很多时候传感器就会.受到环境光的干扰，出现各种不可预知的情况。为了解决这种问题，我们采用了红外调制技术来排除干扰，具体做法就是:我们让红外发射管以38kHz的频率“闪动”，而红外接收器则是只有在收到了38kHz频率闪烁的红外光时才会做出反应，这样就有效的规避了大部分的环境光线干扰。迷宫电脑鼠安装有5个传感器组，如果每组传感器都直接接入单片机,每组传感器有一个发送红外信号引脚和一个接收信号引脚，则5组传感器需要占用12个单片机引脚。由于单片机引脚有限，为了节约传感器使用的引脚数，采用74HC138译码器将单片机的三位二进制编码译码为8位控制线,使用其中的5位输出控制线分别控制5个传感器组的分时工作(采用分时检测传感器，主要为了防止多组传感器之间的相互干扰)，剩余3位保留，以后可以另作它用。这样使用3个单片机引脚即可控制5组传感器的红外发送工作。
3、（3）电机驱动电路模块：
功能：驱动电机转动，使小车能够实现前进，左转，右转。我们使用的28BYJ-48减速步进电机，该电机属于4相永磁式减速步进电机。该电机的参数为：型号: 28BYJ-4。驱动电压: 12V。传动比(减速比) : 1:16。步距角: 5.625° /16。驱动方式: 4相8拍。.ULN2003就是可以驱动步进电机的一一种芯片，它可以驱动高电压、大电流(50V、500mA 虽然不算太大但相比单片机的电压，还是大多了)的各种负载，16 脚SOP-16或DIP-16封装(我们用SOP-16)，除了VCC和GND引脚之外就是7个输入口和7个输出口，提供反相输出，即输入高电平，输出低电平，这就与我们之前的需求相对应了，我们之前所提到的驱动方式是将步进电机的4相的接口按照一定顺序和时间间隔依次置位，那么我们就只需要用到7路反相输出中的4路即可。那么这样一来，我们在使用过程中若想让步进电机正常转动，其实就只要对单片机的P1口进行相等时间间隔的连续赋值就可以了，在设计中，P1口的高四位和低四位分别各控制-台电机，那么我们对P1口依次赋值为0x1,0x33,022,066,0x44,0xc,0x88,0x99，两次赋值的时间间隔大约3-5ms即可，这样两个电机就已经可以同时运行了。
4、下载电路模块：
功能：迷宫电脑鼠采用microUSB接口下载。STC89C52芯片可直接使用串口下载程序，然而现在多数电脑上已经没有串口,所以一般使用USB转串口芯片，目的是把电脑的USB口映射为串口使用。常用的USB转串口芯片有CH340、CP2102、PL2303、FT232等。这里采用的是CH340G芯片完成USB转串口功能。
5、充电电路模块：
功能：实现对电池的充电。用了内部PMOSFET架构，加上防倒充电路，所以不需安外部隔离二极官。热反馈可对充电电流进行自动调节,以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于4.2V， 而充电电流可通过-一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，TP4056将自动终止充电循环。当输入电压(交流适配器或USB电源)被拿掉时，TP4056 自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2uA以下。TP4056在有电源时也可置于停机模式，从而将供电电流降至55uA。TP4056的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的LED状态引脚。
6、供电电路模块：
功能：电脑鼠使用单片锂电池供电，锂电池电压在3.0V-4.2V区间，一般为3.7V。单片机的工作电压是5V，步进电机的工作电压是12V。因此直接使用锂电池来供电，驱动能力不够。因此，电池对电路板供电需要加入升压及稳压电路，使用两片外置升压板，分别为3.7V升5V、3.7V 升12V,其中5V输出负责给单片机、传感器、数码管及外部扩展设备供电，12V输出负责给电机供电。如下方结构图为供电电路图，Power 为电池插口，SW开关用于切换电池的工作/充电状态，当SW处于SW-SPDT位置时，电池为系统供电，否则为电池充电。3-5OUT及3-120UT为两个XH2.54连接插座，需从此处来连接外置升压板。
二、软件模块的结构和功能
（1）自动修正。
（2）遍历。
（3）回溯。
（4）登高表建立。
（5）寻找最短路径。
三、硬件代码设计方法
硬件层：五个红外实现分时检测。其中左，前，右三个红外负责寻路，实现小车的遍历功能。左前和右前两个红外实现小车的自动修正。电机采用了四相八拍的方式，通过给P1口赋值，实现步进电机的转动。
四、代码
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1.红外中断代码
timer.c文件
#include "timer.h"
void SetTime2(unsigned int xus)
{
TH2=RCAP2H=(65536-xus)/256;
TL2=RCAP2L=(65536-xus)%256;
}
void Timer2_Init()
{
EA=1;//总中断允许
ET2=1;
SetTime2(5000);//5ms中断一次
TR2=1;
}
timer.h文件
#ifndef _TIMER_H_
#define _TIMER_H_
#include "reg52.h"
void SetTime2(unsigned int xus);
void Timer2_Init();
//void SetTime1(unsigned int xus);
//void Timer1_Init()
#endif
中断代码（每隔t就进中断，然后进行红外是否检测到墙壁的判断）
void TIM2_IRQHandler()interrupt 5
{
static bit ir=0;
static char n=1;
TF2=0;
if(!ir)
{
MOUSE_IR_ON(n-1);
}else{
if(n==1)
{
if(irR1) ir1=0;
else ir1=1;
}else if(n==2)
{
if(irR2) ir2=0;
else ir2=1;
}else if(n==3)
{
if(irR3) ir3=0;
else ir3=1;
}else if(n==4)
{
if(irR4) ir4=0;
else ir4=1;
}else if(n==5)
{
if(irR5) ir5=0;
else ir5=1;
}
}
if(ir)
{
n++;
}
if(n>5)
{
n=1;
}
ir=~ir;
}
2.驱动代码
代码如下（示例）：
unsigned char i=0;
unsigned char j=0;
unsigned char a=0;
unsigned char b=0;
extern bit ir2;
extern bit ir5;
extern bit ir1;
extern bit ir4;
extern bit ir3;
//向左转
unsigned char code right[]={0x11,0x99,0x88,0xcc,0x44,0x66,0x22,0x33};//电机同时正转
//向右转
unsigned char code left[]={0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,0xcc,0x88,0x99};//电机同时反转
//前进
unsigned char code str[]={0x11,0x93,0x82,0xc6,0x44,0x6c,0x28,0x39};//左正右反
//单独右轮前转
unsigned char code testir2[]={0x10,0x90,0x80,0xc0,0x40,0x60,0x20,0x30};//左正右反
//单独左轮前转
unsigned char code testir5[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09};//左正右反
3.遍历代码
使小车能够完成从起点开始到记录每一格信息的过程。
算法介绍：以小车是否再次回到起点作为while内的循环判断条件，根据右手法则进行寻路，直至将每一个格子的信息都记录完。
void Detect_R()//遍历，//找终点
{
stackX[top] = 0;
stackY[top] = 0;//将起点坐标压入栈中
x = 0;
y = 0;
flag=1;
absolute = 0;
while (flag/*top != 0*//*x!=m|y!=n*/)//如果没有遍历完成 //如果没有到终点，就一直while循环
{
//开始寻路,右手法则
exz = absolute;
Delay(100);
switch (absolute)
{//可以走的条件是：通路且没有被走过（高四位是否改变
case 0:
if (ir4 == 0 && ((Maze[x + 1][y] & 0xf0) == 0xf0))//若右边可以走
{
exc = 1;
exz = (exz + exc) % 4;
if ((ir1 == 0 && ((Maze[x][y + 1] & 0xf0) == 0xf0)) || (ir3 == 0 && ((Maze[x - 1][y] & 0xf0) == 0xf0)))//若满足前方或左方有一个或一个以上可以走的话，说明为岔路口，压入栈
{
push(x, y);//将该坐标入栈
}
x += 1;//要先判断是否为岔路口，是否压入栈，再改变x坐标，如果先改变坐标的话，压入栈的坐标就会不是岔路口的坐标
}
else//右边不可以走
{
if (ir1 == 0 && ((Maze[x][y + 1] & 0xf0) == 0xf0))//根据法则，判断前方能不能走
{
exc = 0;
exz = (exz + exc) % 4;
if (ir3 == 0 && ((Maze[x - 1][y] & 0xf0) == 0xf0))//若左边也能走，说明为岔路口，入栈
{
push(x, y);//将该坐标入栈
}
y += 1;
}
else//若前方不能走
{
if (ir3 == 0 && ((Maze[x - 1][y] & 0xf0) == 0xf0))//根据法则，最后看左方能不能走
{
exc = 3;
exz = (exz + exc) % 4;
x -= 1;
}
else//若三条路都不能走，说明是死角
{
deadangle = 1;
}
}
}
exz = exz;
break;
case 1:
if (ir4 == 0 && ((Maze[x][y - 1] & 0xf0) == 0xf0))//若右边可以走
{
exz = 2;//能走右方，赋值2
exc = 1;
if ((ir1 == 0 && ((Maze[x + 1][y] & 0xf0) == 0xf0)) || (ir3 == 0 && ((Maze[x][y + 1] & 0xf0) == 0xf0)))//若满足前方或左方有一个或一个以上可以走的话，说明为岔路口，压入栈
{
push(x, y);//将该坐标入栈
}
y -= 1;
}
else//右边不可以走
{
if (ir1 == 0 && ((Maze[x + 1][y] & 0xf0) == 0xf0))//根据法则，判断前方能不能走
{
exz = 1;//能走前方，赋值0
exc = 0;
if (ir3 == 0 && ((Maze[x][y + 1] & 0xf0) == 0xf0))//若左边也能走，说明为岔路口，入栈
{
push(x, y);//将该坐标入栈
}
x += 1;
}
else//若前方不能走
{
if (ir3 == 0 && ((Maze[x][y + 1] & 0xf0) == 0xf0))//根据法则，最后看左方能不能走
{
exz = 0;//能走左方，赋值3；
exc = 3;
y += 1;
}
else//若三条路都不能走，说明是死角
{
deadangle = 1;
}
}
}
exz = exz;
break;
case 2:
if (ir4 == 0 && ((Maze[x - 1][y] & 0xf0) == 0xf0))//若右边可以走
{
exc = 1;
exz = (exz + exc) % 4;
if ((ir1 == 0 && ((Maze[x][y - 1] & 0xf0) == 0xf0)) || (ir3 == 0 && ((Maze[x + 1][y] & 0xf0) == 0xf0)))//若满足前方或左方有一个或一个以上可以走的话，说明为岔路口，压入栈
{
push(x, y);//将该坐标入栈
}
x -= 1;
}
else//右边不可以走
{
if (ir1 == 0 && ((Maze[x][y - 1] & 0xf0) == 0xf0))//根据法则，判断前方能不能走
{
exc = 0;
exz = (exz + exc) % 4;
if (ir3 == 0 && ((Maze[x + 1][y] & 0xf0) == 0xf0))//若左边也能走，说明为岔路口，入栈
{
push(x, y);//将该坐标入栈
}
y -= 1;
}
else//若前方不能走
{
if (ir3 == 0 && ((Maze[x + 1][y] & 0xf0) == 0xf0))//根据法则，最后看左方能不能走
{
exc = 3;
exz = (exz + exc) % 4;
x += 1;
}
else//若三条路都不能走，说明是死角
{
deadangle = 1;
}
}
}
exz = exz;
break;
case 3:
if (ir4 == 0 && ((Maze[x][y + 1] & 0xf0) == 0xf0))//若右边可以走
{
exc = 1;
exz = (exz + exc) % 4;
if ((ir1 == 0 && ((Maze[x - 1][y] & 0xf0) == 0xf0)) || (ir3 == 0 && ((Maze[x][y - 1] & 0xf0) == 0xf0)))//若满足前方或左方有一个或一个以上可以走的话，说明为岔路口，压入栈
{
push(x, y);//将该坐标入栈
}
y += 1;
}
else//右边不可以走
{
if (ir1 == 0 && ((Maze[x - 1][y] & 0xf0) == 0xf0))//根据法则，判断前方能不能走
{
exc = 0;
exz = (exz + exc) % 4;
if (ir3 == 0 && ((Maze[x][y - 1] & 0xf0) == 0xf0))//若左边也能走，说明为岔路口，入栈
{
push(x, y);//将该坐标入栈
}
x -= 1;
}
else//若前方不能走
{
if (ir3 == 0 && ((Maze[x][y - 1] & 0xf0) == 0xf0))//根据法则，最后看左方能不能走
{
exc = 3;
exz = (exz + exc) % 4;
y -= 1;
}
else//若三条路都不能走，说明是死角
{
deadangle = 1;
}
}
}
exz = exz;
break;
}
//以上，寻完路，确定了要往哪走（相对方向）
//以下,分为是死角，不是死角的操作
if (deadangle == 0)//若不是死角
{
if (exc == 0)
{
GOSTR();
Delay(300);
Get_information();
}
if (exc == 1)
{
RIGHT_();
Delay(300);
GOSTR();
Delay(300);
Get_information();
}
if (exc == 3)
{
LEFT_();
Delay(300);
GOSTR();
Delay(300);
Get_information();
}
}
else//如果是死角
{
back();//进行回溯的操作
}
}
Maze[0][0]=Maze[0][0]&0xfe;
}
4.回溯代码
代码如下（示例）：
void back()//回溯
{
unsigned char back_enter = 0xff;//用来获取进入该格的方向（绝对方向），回溯的时候就按这个方向往回走一格
while (x != stackX[top] || y != stackY[top])
{
back_enter = Maze[x][y] & 0xf0;//获取当时是如何进入该格子
if (absolute == 0)
{
switch (back_enter)//绝对方向
{
case 0xe0:GOSTR();Delay(500); absolute = 0; break;
case 0xd0:RIGHT_();/* Delay(500);*/GOSTR(); Delay(500);absolute = 1; break;
case 0xb0:RIGHT_();/* Delay(500);*/RIGHT_(); Delay(500);GOSTR();Delay(500); absolute = 2; break;
case 0x70:LEFT_();/*Delay(500);*/ GOSTR(); Delay(500);absolute = 3; break;
}
}
else
{
if (absolute == 1)
{
switch (back_enter)//绝对方向
{
case 0xe0:LEFT_();/*Delay(500);*/ GOSTR(); Delay(500);absolute = 0; break;
case 0xd0:GOSTR();Delay(500); absolute = 1; break;
case 0xb0:RIGHT_();/*Delay(500); */GOSTR();Delay(500); absolute = 2; break;
case 0x70:RIGHT_();/*Delay(500);*/ RIGHT_();Delay(500); GOSTR();Delay(500); absolute = 3; break;
}
}
else
{
if (absolute == 2)
{
switch (back_enter)//绝对方向
{
case 0xe0:RIGHT_();/* Delay(500);*/RIGHT_(); Delay(500);GOSTR();Delay(500); absolute = 0; break;
case 0xd0:LEFT_();/*Delay(500);*/ GOSTR(); Delay(500);absolute = 1; break;
case 0xb0:GOSTR();Delay(500); absolute = 2; break;
case 0x70:RIGHT_(); /*Delay(500);*/GOSTR();Delay(500); absolute = 3; break;
}
}
else
{
switch (back_enter)//绝对方向
{
case 0xe0:RIGHT_();Delay(500); GOSTR(); Delay(500);absolute = 0; break;
case 0xd0:LEFT_(); Delay(500);LEFT_();Delay(500); GOSTR(); Delay(500);absolute = 1; break;
case 0xb0:LEFT_(); Delay(500);GOSTR(); Delay(500);absolute = 2; break;
case 0x70: GOSTR();Delay(500); absolute = 3; break;
}
}
}
}
switch (back_enter)
{
case 0xe0:y++; break;//从方向0进入的
case 0xd0:x++; break;//从方向1进入的
case 0xb0:y--; break;//从方向2进入的
case 0x70:x--; break;//从方向3进入的
}
Delay(5);
}
top--;
Delay(1000);
deadangle = 0;
if((x==0)&&(y==0))
{
top=0;
flag=0;
Maze[0][0]=Maze[0][0]&0xfe;
}
}
5.登高表建立
代码如下（示例）：
void search_1()
{
x=0;
y=0;
Quene_Init();
Record_Init();
quenex1[tail] = 0;
queney1[tail] = 0;
count=1;
record[0][0] = count;
tail++;
while (record[7][7] == 80)
{
count++;
if (count % 2 == 0)//count为偶数时，前一个数的坐标存在第一组队列中
{
exc = tail;
exz = head1;
Quene_set1();
Quenexy1_Init();
if((quenex2[head2]==0)&&(queney2[head2]==1))
{
LEFT_();
Delay(500);
}
}
else
{
exc = tailt;
exz = head2;
Quene_set2();
Quenexy2_Init();
}
}
search_2();//寻找一条道路.
Delay(1000);
//找完路后，要小车按照规定的路走就可以了。
the_end();//开始行进
}
6.完整代码：
总结
`懒orz不想写了，刚刚发现上传代码压缩包的话会要收费才能下载，所以我就上传云盘了，大家需要自取哦。
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