【正文】 用到。即步距角為 30176。一個周期有 6 個脈沖，所以轉(zhuǎn)子一共轉(zhuǎn)了 90176。步進電機以三相單雙六拍的方式工作時，步進電機繞組的通電方式為： AABBBCCCAA,A 相通電時，轉(zhuǎn)子 3 齒和AA’磁極對齊，當(dāng) AB 同時通電時，磁極 AA’對轉(zhuǎn)子 3 齒有拉力，磁極 BB’對轉(zhuǎn)子 4 齒有拉力，這兩個力的相互作用使得轉(zhuǎn)子相當(dāng)于磁極 A 通電的情況下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了 15176。在三相單三拍的工作方式中，一個通電的循環(huán)周期只有 3 個脈沖，而且每次只有一相通電，每來一個脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 30176。；同理當(dāng) C 相通電時轉(zhuǎn)子 3 齒與 CC’磁極對齊，如上圖所示，轉(zhuǎn)子相對于 B相通電的情況，又轉(zhuǎn)了 30176。步進電機有三種不同的工作方式，每種工作方式總體上來說是大同小異，但還是有的方面不太一樣，下面就來一一分析三種不同的工作方式下步進電機的工作原理。θ s=360176。步進電機有一個分重要的概念，步距角。 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。 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。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。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。 步進電機的分類 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。 步進電機的簡介 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。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 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。圖 25 所示電路為按鈕復(fù)位電路，圖中 C=22μF， R=200Ω， Rk=1kΩ。上電自動復(fù)位的電路連接圖如圖 24 所示。上電復(fù)位的工作原理是，通電時電容兩端相當(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。單片機的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手工復(fù)位兩種。 圖 23 外部方式 （ 3）復(fù)位電路 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)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(fù)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。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，通過武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 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。內(nèi)部方式的晶振連接電路 圖如圖 22所示。 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。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。 （ 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(biāo)準(zhǔn)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。 80c51 單片機功能強大，大到無人駕駛飛機的導(dǎo)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。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。 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。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。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。 80c51 就是一款很流行的微處理器。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。 檢測系統(tǒng)的選擇 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，武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 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)。 雷達的優(yōu)點是白天黑夜均能探測遠(yuǎn)距離的目標(biāo)，且不受霧、云和雨的阻擋，具有全天候、全天時的特點，并有一定的穿透能力。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(biāo)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(biāo)之間有相對運動產(chǎn)生的頻率多普勒效應(yīng)原理。 雷達是英文 radar 的音譯，為 Radio Detection And Ranging 的縮寫 。為了解決這個問題，可以在紅外接收管之后加上一個功率放大電路，使紅外接收管的輸出功率增大。紅外對管的優(yōu)點是：對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不會相互干擾，造成誤動作。同時紅外線在測距，遙控方面也得到了很廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在市場上已經(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)計用到的紅外對管就是其中的一分子。正因為紅外線有這兩種特性，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。 紅外對管檢測系統(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，所有高于絕對零度的物體都能產(chǎn)生紅外線。但是在本設(shè)計當(dāng)中，并不是要求遠(yuǎn)距離的測距，而是短距離測障礙物。由于超聲波有這 4種效應(yīng)，超聲波已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實際，主要有 3 方面的應(yīng)用，分別是：超聲檢測、超聲處理和基礎(chǔ)研究。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。超聲波是頻率高于 20xx0Hz 的聲波，其方向性好，穿透力強，在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多重要的應(yīng)用。下面分別對這三種檢測方法做詳細(xì)的分析。因而障礙物檢測系統(tǒng)中傳感器的選擇是很重要的，傳感器選擇的好的話，會對設(shè)計的結(jié)果有很大的幫助。在整個系統(tǒng)中，障礙物檢測部分能否準(zhǔn)確的檢測到小車前進方向的障礙物，對小車的行駛來說是很重要的。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 圖 21 小車避障硬件系統(tǒng)總體框架圖 障礙物檢測系統(tǒng) 小車避障硬件系統(tǒng)包括障礙物檢測系統(tǒng)和由 80c51 單片機組成的最小系統(tǒng)。 2 小車避障硬件系統(tǒng) 整個硬件系統(tǒng)由障礙物檢測系統(tǒng)和單片機最小系統(tǒng)組成，障礙物檢測系統(tǒng)檢測小車行走的前方的路面情況，把路面情況以信號的形式傳送給單片機，單片機最小系統(tǒng)接收并處理障礙物檢測系統(tǒng)傳送過來的信號，把處理好的信號傳輸給不僅電機，控制步 進電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，從而控制小車的行駛和避障。論文首先對障礙物檢測系統(tǒng)是用哪種傳感器作了詳細(xì)的分析，經(jīng)過對超聲波傳感器、紅外傳感器和雷達進行各方面的比較之后，決定選用紅外傳感器，接著對單片機最小系統(tǒng)的各個組成部分作了詳細(xì)的說明，同時在論文中對所用到的步進電機進行了描述，詳細(xì)分析了步進電機的結(jié)構(gòu)、工作方式和工作原理，最后是對自己這段時 間所做的工作的一個總結(jié)。 論文的主要內(nèi)容 本論文主要對避障小車的硬件系統(tǒng)進行了研究，并對整個小車避障系統(tǒng)進行了硬件和軟件的仿真。我國對智能小車的研究是從 20世紀(jì) 80 年代開始的。 國外很早就對智能小車進行了研究，大約是上世紀(jì) 50 年代開始的，并且是以很快的速度發(fā)展，大約是在 90 年代，智能小車的研究就比較成熟了，智能小車進入了深入的、系統(tǒng)的和大規(guī)模的研究，國外的智能小車的研究是以美國為主要的代表的，特別是 美國卡內(nèi)基 梅隴大學(xué)研究的 Navlab 系列無人駕 駛車代表了當(dāng)時全世界的智能小車研究方面武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 的最高水平。所謂的智能小車，就是集路面環(huán) 境探測、衛(wèi)星導(dǎo)航、自動行駛和有自己的決策能力等功能為一體的小車，它綜合運用了計算機、通信、導(dǎo)航和自動化控制等技術(shù)。 總的來說，對智能小車進行深入的研究，有利于推動 自動化技術(shù)的發(fā)展和科學(xué)的進步，提高人們的生活水平和生活質(zhì)量，減少產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)中工人的工作效率?，F(xiàn)在不僅僅是科學(xué)家對智能小車研究很關(guān)注，很多在校的大學(xué)生也對智能小車的研究比較關(guān)注，他們在學(xué)校期間學(xué)習(xí)很多與之相關(guān)的知識，同時做很多與之相關(guān)的實驗。智能化的研究成為當(dāng)代研究的熱點問題，對小車的智能化進行深入的研究有利于 推動智能化的研究，同時小車與人們的生活息息相關(guān)，小車的智能化有利于提高人們的生活水平，正是這種種原因，智能小車成為了現(xiàn)在科學(xué)研究的熱門。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） II Abstract With the help of ISIS 7 Professonialand keil , I make the hardware design and software simulation to the obstacle avoidance hardware system for car, I use the diode of infrared to detect the to control the speed and direction of the car,I use the siglechip microputer 80c51 to control the speed and direction of the stepper motor,in this case,the car can avoid the paper mades a detailed analysis of obstacle detection on which sensor to paraing to ultrasonic sensors,infrared sensors and radar sensors,I select the most appropriate sensor,the results has important significance for the study of smart car. Paper studies the obstacle av