【文章內(nèi)容簡介】 其回波，由此獲得檢測物體的距離，速度的快慢，行走的方向等信息。雷達是英文radar的音譯，為Radio Detection And Ranging的縮寫。雷達能測量物體的距離、能測量目標的方位和測量物體的速度。由于電磁波是以光速傳播，所以測量物體的距離就是測量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時間差；測量目標方位是利用天線的尖銳方位波束測量；測量速度是雷達根據(jù)自身和目標之間有相對運動產(chǎn)生的頻率多普勒效應(yīng)原理。雷達接收到的目標回波頻率與雷達發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。雷達的優(yōu)點是白天黑夜均能探測遠距離的目標，且不受霧、云和雨的阻擋，具有全天候、全天時的特點，并有一定的穿透能力。雖然雷達有很多優(yōu)點，但是雷達比較昂貴，所以用起來不是很劃算。經(jīng)過前面的討論，同時結(jié)合畢業(yè)設(shè)計的要求，我發(fā)現(xiàn)相比于紅外線，超聲波的缺點比較明顯，特別是近距離檢測障礙物時，不同的超聲波傳感器發(fā)出的超聲波回互相干擾，最終會影響本設(shè)計的結(jié)果，而紅外對管卻沒有這方面的缺點，同時，紅外線受天氣和時間的影響很小，雖然雷達也有很多優(yōu)點，但是價格比較昂貴，如果選擇雷達作為檢測系統(tǒng)的話不夠經(jīng)濟，所以最終決定選擇紅外對管作為小車避障硬件系統(tǒng)的障礙物檢測系統(tǒng)。 單片機80c51的簡介微處理器用一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器，能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計算機的運算控制部分。微處理器包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM,定時器/計數(shù)器和多種I/O接口電路。微處理器有體積小，重量輕，容易模塊化等優(yōu)點。80c51就是一款很流行的微處理器。80c51單片機屬于MCS51系列單片機中的一個產(chǎn)品，是由Intel公司開發(fā)通用型單片機。它的基本型產(chǎn)品是8058031和8071，除片內(nèi)ROM類型不同外，8058031和8071的其他性能完全相同。其結(jié)構(gòu)包括：8位的CPU，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路，32根I/O線，外部存儲器ROM和RAM尋址范圍各64KB,2個16位的定時器/計數(shù)器，5個中斷源和2個中斷優(yōu)先級，全雙工串行口，布爾處理器。單片機信號處理能力很強，單片機可以處理很多不同類型的數(shù)據(jù)信號，如字符型、整型、單精度實型、雙精度實型和空類型等，還可以處理數(shù)組，指針，列表等，同時單片機能兼容多種語言，其中c語言和匯編就是兩種比較常見的單片機的編程語言，但是由于匯編語言沒有c語言那樣通俗易懂，加上沒有c語言的移植能力強，所以現(xiàn)在單片機的編程一般都是用c語言。80c51單片機有很多特殊功能寄存器，包括累加器 ACC、乘法寄存器B、程序狀態(tài)字PSW、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)存儲器指針（低8位）DPL、數(shù)據(jù)存儲器指針（高8位）DPH、中斷允許控制器IE、中斷優(yōu)先級控制器IP、通道0P0、通道1P通道2P2。8051單片機系列指的是MCS51和其他公司的8051派生產(chǎn)品，這些派生產(chǎn)品是在基本類型上增強了各種功能的產(chǎn)品，如高級語言型、Flash型、A/D型等。目前使用的8051系列單片機都是增強型的單片機，所謂的增強型單片機是指單片機的處理速度跟快，使用具有更大的靈活性。這些增強型的8051系列產(chǎn)品都基于CMOS工藝，因而又稱為80c51系列。80c51系列單片機給8位單片機注入了新的活力，為它的開發(fā)應(yīng)用開拓了更廣泛的前景。80c51單片機功能強大，大到無人駕駛飛機的導航系統(tǒng)，小到一個數(shù)字時鐘，都能用它來控制，正因為80c51單片機有如此強大的功能，同時單片機操縱起來有比較簡單，所以現(xiàn)在的很多控制系統(tǒng)都是以它為主要的控制芯片。 80c51單片機最小系統(tǒng)的組成單片機最小系統(tǒng)包括電源電路，時鐘電路，復位電路和輸入輸出電路。（1）電源電路任何一個電子器件的運行，都要有電源來驅(qū)動，單片機的標準工作電壓是5v，要驅(qū)動單片機的話，也要在單片機的電源引腳，即引腳40上接上5v的電源，同時還要將引腳20接地。（2）時鐘電路時鐘是時序的基礎(chǔ)，決定單片機的工作速度。單片機有4中基本的時序周期，分別是振蕩周期，時鐘周期，機器周期和指令周期。振蕩周期就是晶振周期，決定著單片機的工作速度；時鐘周期又稱S周期，為振蕩周期的兩倍；機器周期包括6個時鐘周期；指令周期是指完成一條指令占用的全部時間，其中多數(shù)為單指令周期，還有2指令周期和4指令周期，8051單片機的指令周期含1到4個機器周期。時鐘的產(chǎn)生有兩種方式，即內(nèi)部方式和外部方式，內(nèi)部方式是比較常用的連接方式。①內(nèi)部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作為定時元件，內(nèi)部放大器自激振蕩，產(chǎn)生時鐘，電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，～12MHz，與晶振相接的兩個電容一般取5～30pF，典型值為30pF。內(nèi)部方式的晶振連接電路圖如圖22所示。圖22 內(nèi)部方式②外部方式：這種方式常用于多片單片機同時工作，以使各單片機同步。一般要求頻率低于12MHz的方波，一般單片機的外部時鐘電路的連接方式如圖2所示，通過XTAL2接入外部時鐘，但是對于CHMOS工藝的單片機，外部時鐘要由XTAL1端引入，而XTAL2引腳應(yīng)該懸空。外部方式的晶振連接電路圖如圖23所示。圖23 外部方式（3）復位電路RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時間應(yīng)為24個振蕩周期以上，所以80c51系列單片機的復位信號至少應(yīng)持續(xù)4μs以上，因為80c51單片機的時鐘頻率是晶振頻率的一半，即是6MHz。單片機復位后，程序計數(shù)器PC和其他特殊功能寄存器SFR全部清零。單片機的復位方式有上電自動復位和手工復位兩種。①上電自動復位：顧名思義，接上電源后單片機自動復位，電路不用外加按鈕，接上電源后，單片機自動的復位，將程序計數(shù)器PC和特殊功能寄存器SFR全部清零。上電復位的工作原理是，通電時電容兩端相當于短路，于是RST引腳為高電平，然后電源通過電阻對電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程度，即低電平，單片機開始工作。放電二極管D1的作用是加速電容C1放電，二極管D1只有在單片機斷電的瞬間正向?qū)?，平時一直處于反向截止狀態(tài)。上電自動復位的電路連接圖如圖24所示。圖24 上電自動復位電路②手工復位：手動復位原理：在按鍵沒有按下的情況下，整個電路沒有通電，電容將電源跟復位引腳RST斷開，當按鈕按下的瞬間，因為電阻Rk比電阻R大得多，電源跟電阻Rk對電容充電，電容兩端變?yōu)楦唠娖剑瑔纹瑱C復位，按鍵松開后，電容放電，電容兩端的電壓慢慢減小，最終變?yōu)榈碗娖剑@是單片機復位完成。圖25所示電路為按鈕復位電路，圖中C=22μF，R=200Ω，Rk=1kΩ。圖25 按鈕復位電路（4）輸入輸出電路輸入電路一般是指各種傳感器，按鈕輸入等，輸出電路就是單片機所接的負載，一般為單片機所要控制的器件，本設(shè)計的輸出電路的主要器件是步進電機。由80c51單片機組成的最小系統(tǒng)是整個小車避障硬件系統(tǒng)的最重要的組成部分，單片機對各路傳感信號的采集、處理、分析及對各部分整體調(diào)整。單片機對從紅外接收管那里接收到的信號，進行分析，處理，把得到的結(jié)果傳送給步進電機，控制步進電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)小車的避障功能。步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件。步進電動機的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應(yīng)的增量位移或步進運動，每給步進電機輸入一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，不給脈沖信號的話，步進電機就不工作，通過改變輸入脈沖信號頻率，就能控制步進電機的工作頻率，改變脈沖的順序，就能改變步進電機的轉(zhuǎn)向，步進電機工作所需要的脈沖信號有單片機產(chǎn)生。目前常用的步進電機有三類：①反應(yīng)式步進電機：結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角小，動態(tài)性能差；②永磁式步進電機：出力大，動態(tài)性能好，步距角大；③混合式步進電機：綜合了反應(yīng)式步進電機和永磁式步進電機的優(yōu)點，出力大，步距角小，動態(tài)性能好。 步進電機的結(jié)構(gòu)根據(jù)步進電機相數(shù)的不同，步進電機可分為四類：二相步進電機、三相步進電機、四相電機和五相步進電機。因為不同相數(shù)的步進電機的結(jié)構(gòu)都差不多，下面以三相步進電機為例來描述一下步進電機的結(jié)構(gòu)，下圖就是三相步進電機的結(jié)構(gòu)圖。圖26 三相步進電機的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，三相步進電機主要有定子和轉(zhuǎn)子組成，都是由磁性材料構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子上各有30個小齒。定子上有六個磁極，定子定子磁極上套有星形連接的三相控制繞組，每兩個相對的磁極為一相，組成一相控制繞組,轉(zhuǎn)子上沒有繞組，因為該步進電機只有三相繞組，所以稱之為三相步進電機。 步進電機的工作方式以三相步進電機為例，根據(jù)每相通電通電順序的先后，三相步進電機有三種不同的工作方式：三相單三拍、三相單雙六拍和三相雙三拍，每種工作方式都有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種不同的情況。①三相單三拍：步進電機繞組的正向通電方式為：ABCA,反向通電方式為：ACBA。②三相單雙六拍：步進電機繞組的正向通電方式為：AABBBCCCAA,反向通電方式為：AACCCBBBAA。③三相雙三拍：步進電機繞組的正向通電方式為：ABBCCAAB,反向通電方式為：ABACCBBA。 步進電機的工作原理因為不同的步進電機的工作原理大同小異，因而以三相步進電機為主要的分析對象。步進電機有一個分重要的概念，步距角。步距角是步進電機通過一個電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，用θs來表示。θs=360176。/Zr*N,