【正文】 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、導航和自動化控制等技術。 國外很早就對智能小車進行了研究，大約是上世紀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)基梅隴大學研究的Navlab系列無人駕駛車代表了當時全世界的智能小車研究方面的最高水平。我國對智能小車的研究是從20世紀80年代開始的。 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。論文首先對障礙物檢測系統(tǒng)是用哪種傳感器作了詳細的分析，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，詳細分析了步進電機的結(jié)構、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)。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。障礙物檢測系統(tǒng)單片機80c51步進電機信號傳輸信號傳輸圖21 小車避障硬件系統(tǒng)總體框架圖小車避障硬件系統(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)。在整個系統(tǒng)中，障礙物檢測部分能否準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。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，會對設計的結(jié)果有很大的幫助。下面分別對這三種檢測方法做詳細的分析。超聲波是頻率高于20000Hz的聲波，其方向性好，穿透力強，在醫(yī)學、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多重要的應用。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。由于超聲波有這4種效應，超聲波已經(jīng)廣泛應用于實際，主要有3方面的應用，分別是：超聲檢測、超聲處理和基礎研究。但是在本設計當中，并不是要求遠距離的測距，而是短距離測障礙物。 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，所有高于絕對零度的物體都能產(chǎn)生紅外線。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用。同時紅外線在測距，遙控方面也得到了很廣泛的應用，現(xiàn)在市場上已經(jīng)有很多以紅外線為主導技術的傳感器，本次畢業(yè)設計用到的紅外對管就是其中的一分子。紅外對管的優(yōu)點是：對近距離的障礙物反應速度靈敏，不同方位的傳感器之間信號不會相互干擾，造成誤動作。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。雷達是英文radar的音譯，為Radio Detection And Ranging的縮寫。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原理。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。經(jīng)過前面的討論，同時結(jié)合畢業(yè)設計的要求，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)。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。80c51就是一款很流行的微處理器。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。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。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。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。（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。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。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。內(nèi)部方式的晶振連接電路圖如圖22所示。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引腳應該懸空。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。單片機的復位方式有上電自動復位和手工復位兩種。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。上電自動復位的電路連接圖如圖24所示。圖25所示電路為按鈕復位電路，圖中C=22μF，R=200Ω，Rk=1kΩ。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。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。目前常用的步進電機有三類：①反應式步進電機：結(jié)構簡單，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。因為不同相數(shù)的步進電機的結(jié)構都差不多，下面以三相步進電機為例來描述一下步進電機的結(jié)構，下圖就是三相步進電機的結(jié)構圖。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。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。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。步進電機有一個分重要的概念，步距角。θs=360176。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。；同理當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。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。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)子相當于磁極A通電的情況下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15176。一個周期有6個脈沖，所以轉(zhuǎn)子一共轉(zhuǎn)了90176。即步距角為30176。電路仿真所用到的軟件是proteus，proteus是一種比較熱門的硬件電路仿真軟件，在電路仿真時經(jīng)常用到。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件，是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件的功能。Proteus有豐富的器件庫，超過27000種元器件，可方便的創(chuàng)建新元件。連線智能化，自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間。Proteus資源豐富，proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫； proteus可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。Proteus的仿真效果非常明顯，在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已