【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 測(cè)。下面分別對(duì)這三種檢測(cè)方法做詳細(xì)的分析。 超聲波檢測(cè)系統(tǒng) 可聽聲波是指振動(dòng)頻率在 20Hz～ 20KHz 之間的聲波，當(dāng)聲 波的頻率大于 20KHz 或小于 20Hz 時(shí)，我們就聽不見了。超聲波是頻率高于 20xx0Hz 的聲波，其方向性好，穿透力強(qiáng)，在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多重要的應(yīng)用。在媒介中反射、折射、衍射、散射等的傳播規(guī)律，超聲波與可聽聲波沒有什么本質(zhì)上的區(qū)別。但是由于超聲波的頻率很高，因而超聲波的波長很短，這使得超聲波與可聽聲波有很多不同的地方。超聲波有4 種不同的效應(yīng)，分別是機(jī)械效應(yīng)、空化作用、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)。由于超聲波有這 4種效應(yīng)，超聲波已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際，主要有 3 方面的應(yīng)用，分別是：超聲檢測(cè)、超聲處理和基礎(chǔ)研究。 障礙 物檢測(cè)系統(tǒng)可以用超聲波傳感器來實(shí)現(xiàn)，超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：反應(yīng)速度靈敏，距離遠(yuǎn)，受外界干擾小，缺點(diǎn)是：對(duì)天氣變化比較敏感，特別是雷雨天氣或大霧天氣。但是在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，并不是要求遠(yuǎn)距離的測(cè)距，而是短距離測(cè)障礙物。在小范圍內(nèi)， 障礙物檢測(cè)系統(tǒng) 單片機(jī)80c51 步進(jìn)電機(jī) 信號(hào)傳輸 信號(hào)傳輸 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 不同方位傳感器發(fā)出的超聲波經(jīng)過多次反射后，會(huì)互相干擾，從而會(huì)對(duì)整個(gè)硬件系統(tǒng)造成很大的干擾。 紅外對(duì)管檢測(cè)系統(tǒng) 紅外線是眾多不可見的太陽光線的一種，又稱紅外輻射，波長范圍是 至 400 微米，所有高于絕對(duì)零度的物體都能產(chǎn)生紅外線。紅外線有熱效應(yīng)，同時(shí)又有很強(qiáng)的穿透云霧的能力 。正因?yàn)榧t外線有這兩種特性，近年來，紅外線在軍事、人造衛(wèi)星、工業(yè)、衛(wèi)生和科研方面得到了很廣泛的應(yīng)用。紅外線的應(yīng)用不受時(shí)間的限制，白天和晚上對(duì)紅外線的應(yīng)用沒有什么影響，即使是到了晚上，太陽光都沒有了，但是所有的物體都會(huì)輻射紅外線，因而在晚上，紅外線得到了很多的應(yīng)用，特別是在現(xiàn)在軍事上，有很多紅外線的新型武器，很多這些新型的武器都是為了能更好的晚上作戰(zhàn)而創(chuàng)造的。同時(shí)紅外線在測(cè)距，遙控方面也得到了很廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)有很多以紅外線為主導(dǎo)技術(shù)的傳感器，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用到的紅外對(duì)管就是其中的一分子。 紅外對(duì)管是 紅外發(fā)射管和紅外線接收管的合稱，是一種利用紅外線的開關(guān)管，接受管在接受和不接受紅外線時(shí)電阻發(fā)生明顯的變化，利用外圍電路可以輸出明顯變化高低電平，單片機(jī)能很好的識(shí)別這個(gè)變化的高低電平，從而就能很好的控制單片機(jī)的負(fù)載。紅外對(duì)管的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)近距離的障礙物反應(yīng)速度靈敏，不同方位的傳感器之間信號(hào)不會(huì)相互干擾，造成誤動(dòng)作。缺點(diǎn)是：近距離檢測(cè)障礙物時(shí)，會(huì)受到自然光的干擾，對(duì)紅外接收管的輸出功率有一定的影響。為了解決這個(gè)問題，可以在紅外接收管之后加上一個(gè)功率放大電路，使紅外接收管的輸出功率增大。 雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng) 雷達(dá)是用電磁波檢測(cè)物體的電子設(shè)備，發(fā)射電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，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。 檢測(cè)系統(tǒng)的選擇 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，武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 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)。 由 80c51 單片機(jī)組成的最小系統(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 805 8031 和 8071，除片內(nèi) ROM 類型不同外， 805 8031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)能兼容多種語言，其中 c 語言和匯編就是兩種比較常見的單片機(jī)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(qiáng)，所以現(xiàn)在單片機(jī)的編程一般都是用 c 語言。 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)?80c51 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。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 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，晶振的振蕩頻率范圍為～ 12MHz， 80c51 系列單片機(jī)一般選擇晶振頻率為 的晶振，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，通過武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 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)?，平時(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。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 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?Rk 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?，這是單片機(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)。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 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)電機(jī)的簡(jiǎn)介 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。 步進(jìn)電機(jī)的分類 目前常用的步進(jìn)電機(jī)有三類：