【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 其回波，由此獲得檢測(cè)物體的距離，速度的快慢，行走的方向等信息。雷達(dá)是英文radar的音譯，為Radio Detection And Ranging的縮寫。雷達(dá)能測(cè)量物體的距離、能測(cè)量目標(biāo)的方位和測(cè)量物體的速度。由于電磁波是以光速傳播，所以測(cè)量物體的距離就是測(cè)量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時(shí)間差；測(cè)量目標(biāo)方位是利用天線的尖銳方位波束測(cè)量；測(cè)量速度是雷達(dá)根據(jù)自身和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的頻率多普勒效應(yīng)原理。雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波頻率與雷達(dá)發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是白天黑夜均能探測(cè)遠(yuǎn)距離的目標(biāo)，且不受霧、云和雨的阻擋，具有全天候、全天時(shí)的特點(diǎn)，并有一定的穿透能力。雖然雷達(dá)有很多優(yōu)點(diǎn)，但是雷達(dá)比較昂貴，所以用起來不是很劃算。經(jīng)過前面的討論，同時(shí)結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，我發(fā)現(xiàn)相比于紅外線，超聲波的缺點(diǎn)比較明顯，特別是近距離檢測(cè)障礙物時(shí)，不同的超聲波傳感器發(fā)出的超聲波回互相干擾，最終會(huì)影響本設(shè)計(jì)的結(jié)果，而紅外對(duì)管卻沒有這方面的缺點(diǎn)，同時(shí)，紅外線受天氣和時(shí)間的影響很小，雖然雷達(dá)也有很多優(yōu)點(diǎn)，但是價(jià)格比較昂貴，如果選擇雷達(dá)作為檢測(cè)系統(tǒng)的話不夠經(jīng)濟(jì)，所以最終決定選擇紅外對(duì)管作為小車避障硬件系統(tǒng)的障礙物檢測(cè)系統(tǒng)。 單片機(jī)80c51的簡(jiǎn)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(chǔ)器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制部分。微處理器包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM,定時(shí)器/計(jì)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(diǎn)。80c51就是一款很流行的微處理器。80c51單片機(jī)屬于MCS51系列單片機(jī)中的一個(gè)產(chǎn)品，是由Intel公司開發(fā)通用型單片機(jī)。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(shí)鐘電路，32根I/O線，外部存儲(chǔ)器ROM和RAM尋址范圍各64KB,2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源和2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，全雙工串行口，布爾處理器。單片機(jī)信號(hào)處理能力很強(qiáng)，單片機(jī)可以處理很多不同類型的數(shù)據(jù)信號(hào)，如字符型、整型、單精度實(shí)型、雙精度實(shí)型和空類型等，還可以處理數(shù)組，指針，列表等，同時(shí)單片機(jī)能兼容多種語(yǔ)言，其中c語(yǔ)言和匯編就是兩種比較常見的單片機(jī)的編程語(yǔ)言，但是由于匯編語(yǔ)言沒有c語(yǔ)言那樣通俗易懂，加上沒有c語(yǔ)言的移植能力強(qiáng)，所以現(xiàn)在單片機(jī)的編程一般都是用c語(yǔ)言。80c51單片機(jī)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(chǔ)器指針（低8位）DPL、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指針（高8位）DPH、中斷允許控制器IE、中斷優(yōu)先級(jí)控制器IP、通道0P0、通道1P通道2P2。8051單片機(jī)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(qiáng)了各種功能的產(chǎn)品，如高級(jí)語(yǔ)言型、Flash型、A/D型等。目前使用的8051系列單片機(jī)都是增強(qiáng)型的單片機(jī)，所謂的增強(qiáng)型單片機(jī)是指單片機(jī)的處理速度跟快，使用具有更大的靈活性。這些增強(qiáng)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(jī)給8位單片機(jī)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(jī)功能強(qiáng)大，大到無人駕駛飛機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)，小到一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘，都能用它來控制，正因?yàn)?0c51單片機(jī)有如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)單片機(jī)操縱起來有比較簡(jiǎn)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(jī)最小系統(tǒng)的組成單片機(jī)最小系統(tǒng)包括電源電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路和輸入輸出電路。（1）電源電路任何一個(gè)電子器件的運(yùn)行，都要有電源來驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓是5v，要驅(qū)動(dòng)單片機(jī)的話，也要在單片機(jī)的電源引腳，即引腳40上接上5v的電源，同時(shí)還要將引腳20接地。（2）時(shí)鐘電路時(shí)鐘是時(shí)序的基礎(chǔ)，決定單片機(jī)的工作速度。單片機(jī)有4中基本的時(shí)序周期，分別是振蕩周期，時(shí)鐘周期，機(jī)器周期和指令周期。振蕩周期就是晶振周期，決定著單片機(jī)的工作速度；時(shí)鐘周期又稱S周期，為振蕩周期的兩倍；機(jī)器周期包括6個(gè)時(shí)鐘周期；指令周期是指完成一條指令占用的全部時(shí)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(jī)的指令周期含1到4個(gè)機(jī)器周期。時(shí)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(shí)元件，內(nèi)部放大器自激振蕩，產(chǎn)生時(shí)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(gè)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(jī)同時(shí)工作，以使各單片機(jī)同步。一般要求頻率低于12MHz的方波，一般單片機(jī)的外部時(shí)鐘電路的連接方式如圖2所示，通過XTAL2接入外部時(shí)鐘，但是對(duì)于CHMOS工藝的單片機(jī)，外部時(shí)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(fù)位電路RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時(shí)間應(yīng)為24個(gè)振蕩周期以上，所以80c51系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)至少應(yīng)持續(xù)4μs以上，因?yàn)?0c51單片機(jī)的時(shí)鐘頻率是晶振頻率的一半，即是6MHz。單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器PC和其他特殊功能寄存器SFR全部清零。單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手工復(fù)位兩種。①上電自動(dòng)復(fù)位：顧名思義，接上電源后單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，電路不用外加按鈕，接上電源后，單片機(jī)自動(dòng)的復(fù)位，將程序計(jì)數(shù)器PC和特殊功能寄存器SFR全部清零。上電復(fù)位的工作原理是，通電時(shí)電容兩端相當(dāng)于短路，于是RST引腳為高電平，然后電源通過電阻對(duì)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(jī)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(jī)斷電的瞬間正向?qū)ǎ綍r(shí)一直處于反向截止?fàn)顟B(tài)。上電自動(dòng)復(fù)位的電路連接圖如圖24所示。圖24 上電自動(dòng)復(fù)位電路②手工復(fù)位：手動(dòng)復(fù)位原理：在按鍵沒有按下的情況下，整個(gè)電路沒有通電，電容將電源跟復(fù)位引腳RST斷開，當(dāng)按鈕按下的瞬間，因?yàn)殡娮鑂k比電阻R大得多，電源跟電阻Rk對(duì)電容充電，電容兩端變?yōu)楦唠娖?，單片機(jī)復(fù)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(jī)復(fù)位完成。圖25所示電路為按鈕復(fù)位電路，圖中C=22μF，R=200Ω，Rk=1kΩ。圖25 按鈕復(fù)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(jī)所接的負(fù)載，一般為單片機(jī)所要控制的器件，本設(shè)計(jì)的輸出電路的主要器件是步進(jìn)電機(jī)。由80c51單片機(jī)組成的最小系統(tǒng)是整個(gè)小車避障硬件系統(tǒng)的最重要的組成部分，單片機(jī)對(duì)各路傳感信號(hào)的采集、處理、分析及對(duì)各部分整體調(diào)整。單片機(jī)對(duì)從紅外接收管那里接收到的信號(hào)，進(jìn)行分析，處理，把得到的結(jié)果傳送給步進(jìn)電機(jī)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)小車的避障功能。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(jìn)運(yùn)動(dòng)，每給步進(jìn)電機(jī)輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，不給脈沖信號(hào)的話，步進(jìn)電機(jī)就不工作，通過改變輸入脈沖信號(hào)頻率，就能控制步進(jìn)電機(jī)的工作頻率，改變脈沖的順序，就能改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，步進(jìn)電機(jī)工作所需要的脈沖信號(hào)有單片機(jī)產(chǎn)生。目前常用的步進(jìn)電機(jī)有三類：①反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角小，動(dòng)態(tài)性能差；②永磁式步進(jìn)電機(jī)：出力大，動(dòng)態(tài)性能好，步距角大；③混合式步進(jìn)電機(jī)：綜合了反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，出力大，步距角小，動(dòng)態(tài)性能好。 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)相數(shù)的不同，步進(jìn)電機(jī)可分為四類：二相步進(jìn)電機(jī)、三相步進(jìn)電機(jī)、四相電機(jī)和五相步進(jìn)電機(jī)。因?yàn)椴煌鄶?shù)的步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)都差不多，下面以三相步進(jìn)電機(jī)為例來描述一下步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，下圖就是三相步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖26 三相步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，三相步進(jìn)電機(jī)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(gè)小齒。定子上有六個(gè)磁極，定子定子磁極上套有星形連接的三相控制繞組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極為一相，組成一相控制繞組,轉(zhuǎn)子上沒有繞組，因?yàn)樵摬竭M(jìn)電機(jī)只有三相繞組，所以稱之為三相步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的工作方式以三相步進(jìn)電機(jī)為例，根據(jù)每相通電通電順序的先后，三相步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)繞組的正向通電方式為：ABBCCAAB,反向通電方式為：ABACCBBA。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理因?yàn)椴煌牟竭M(jìn)電機(jī)的工作原理大同小異，因而以三相步進(jìn)電機(jī)為主要的分析對(duì)象。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)分重要的概念，步距角。步距角是步進(jìn)電機(jī)通過一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，用θs來表示。θs=360176。/Zr*N,