【正文】 ........................................................................ 1 2 小車避障硬 件系統(tǒng) .............................................................................................................. 2 障礙物檢測系統(tǒng) ............................................................................................................... 3 由 80c51 單片機組成的最小系統(tǒng) ................................................................................... 5 步進電機的簡介 ............................................................................................................... 9 3 小車避障系統(tǒng)的硬件電路設計 ....................................................................................... 11 proteus .................................................................................................... 11 障礙物檢測系統(tǒng)的電路設計 ......................................................................................... 13 單片機最小系統(tǒng)的電路設計 ........................................................................................ 14 4 軟件設計 ............................................................................................................................ 16 軟件仿真軟件 keil .......................................................................................................... 16 程序流程圖 ..................................................................................................................... 17 程序編寫 ......................................................................................................................... 18 參考文獻 ............................................................................................................................... 19 致 謝 ............................................................................................................................... 20 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） I 摘 要 本 文主要對小車避障硬件系統(tǒng)進行了設計，所設計出來的方案能很好的對整個小車避障硬件系統(tǒng)進行了模擬，實現(xiàn)小車避障的目的，對智能小車的理論研究有一定的理論指導意義。在整個小車避障硬件系統(tǒng)中，利用紅外對管檢測障礙物，判斷小車行駛的前方的路面情況，并以信號的形式將路面情況傳送給控制芯片 80c51 單片機，單片機處理接收到的信號，將處理后的信號傳輸給步進電機，控制步進電機的轉速和轉向，從而控制小車的速度和 行走的方向，實現(xiàn)小車的避障功能。 關鍵詞： 小車避障硬件系統(tǒng)， 80c51 單片機，紅外對管 。 智能小車的研究意義 所謂的智能小車，就是集路面環(huán)境探測、衛(wèi)星導航、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、導航和自動化控制等技術。 智能小車的研究是一個很有意思的科研問題，得到了很多人的關注。現(xiàn)在國內(nèi)的很多電子設計大賽都有與智能小車相關的題目，在大賽中設計出來的這些小車能實現(xiàn)很多方面的功能，例如避障、循跡等。 智能小車國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著科學技術的飛速發(fā)展，人們對生活的要求越來越高，特別對電器或者交通工具的智能方面方面的要求，除此之外，隨著在企業(yè)中越來越追求工作效率和生產(chǎn)成本，迫切的要求以最低的成本生產(chǎn)出所需要的產(chǎn)品，正是在這種種的社會的條件下，人們越來越重視機器智能方面的研究，在眾多的研究當中，交通工具的智能研究就是其中的一個熱點問題，而智能小車的研究就是一個很好的代表。正因為智能小車的功能強大和比較實用，同時對智能小車的研究有很大的發(fā)展空間，所以智能小車的研究得到了國內(nèi)外科學家的重點關注。 跟國外比起來，我國對智能小車研究相對要晚很多。雖然我國也投入了很大的人力和物力來研究智能小車，但是由于在研究的時間上比國外晚了很多，因而總體來說，在很多方面的技術研究跟國外比起來還是有很大的差距的，但是并不是所有的技術都比國外差，在某些技術方面上，國內(nèi)的研究還是領先于世界的，例如清華大學研究的 THMRV 系列智能車，最高時速達到 150公里；一汽大眾和國防科技大學改造的紅旗小車，最高時速達 170 公里，平均時速達 130公里，同時具有超車功能，這些研究成果在全世界都是領先的。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。除此之外，在論文中還用軟件 proteus 和 keil 對整個系統(tǒng)進行了硬件、軟件的仿真，仿真結果表明本設計方案 利用紅外對管檢測障礙物，以 80c51 單片機為控制芯片，控制步進電機的轉速和轉向，從而控制小車的速度和行走的方向，能很好的實現(xiàn)小車的避障功能。小車避障硬件系統(tǒng)的整體結構如下圖所示，其中單片機和步進電機以及一些外圍電路器件構成單片機的最小系統(tǒng)。障礙物檢測系統(tǒng)是整個小車避障硬件系統(tǒng)前端部分，是比較重要的一部分，不可缺少的。如果障 礙物檢測系統(tǒng)能夠準確的檢測到小車前進的各個方向上的障礙物，并且及時的反饋給單片機系統(tǒng)，這樣的話，單片機系統(tǒng)就能及時的處理所接收到的信號，同時將所處理好的信號傳輸給步進電機，控制步進電機的轉速和轉向，從而控制小車避開前進方向所遇到的障礙物。最常見的障礙物的檢測方法有紅外檢測、超聲波檢測和雷達檢測。 超聲波檢測系統(tǒng) 可聽聲波是指振動頻率在 20Hz～ 20KHz 之間的聲波，當聲 波的頻率大于 20KHz 或小于 20Hz 時，我們就聽不見了。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。超聲波有4 種不同的效應，分別是機械效應、空化作用、熱效應和化學效應。 障礙 物檢測系統(tǒng)可以用超聲波傳感器來實現(xiàn)，超聲波傳感器的優(yōu)點是：反應速度靈敏，距離遠，受外界干擾小，缺點是：對天氣變化比較敏感，特別是雷雨天氣或大霧天氣。在小范圍內(nèi)， 障礙物檢測系統(tǒng) 單片機80c51 步進電機 信號傳輸 信號傳輸 武漢理工大學畢業(yè)設計（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，會互相干擾，從而會對整個硬件系統(tǒng)造成很大的干擾。紅外線有熱效應，同時又有很強的穿透云霧的能力 。紅外線的應用不受時間的限制，白天和晚上對紅外線的應用沒有什么影響，即使是到了晚上，太陽光都沒有了，但是所有的物體都會輻射紅外線，因而在晚上，紅外線得到了很多的應用，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。 紅外對管是 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管，接受管在接受和不接受紅外線時電阻發(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，單片機能很好的識別這個變化的高低電平，從而就能很好的控制單片機的負載。缺點是：近距離檢測障礙物時，會受到自然光的干擾，對紅外接收管的輸出功率有一定的影響。 雷達檢測系統(tǒng) 雷達是用電磁波檢測物體的電子設備，發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得檢測物體的距離，速度的快慢，行走的方向等信息。雷達能測量物體的距離、能測量目標的方位和測量物體的速度。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 。 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。 由 80c51 單片機組成的最小系統(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。微處理器有體積小，重量輕，容易模塊化等優(yōu)點。 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。其結構包括： 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。 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。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。 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)應用開拓了更廣泛的前景。 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 6 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。 （ 2）時鐘電路 時鐘是時序的基礎，決定單片機的工作速度。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。 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，晶振的振蕩頻率范圍為～ 12MHz， 80c51 系列單片機一般選擇晶振頻率為 的晶振，與晶振相接的兩個