红外线避障小车毕业设计(2)

1、诚信申明本人申明:我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进 行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列 的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我 一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确 的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名:V红外线避障小车随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化 上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已 经成为

2、自动行走和驾驶的重要部件。红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就 必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红 外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。山于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的U标。本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基 本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、 电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。关键词：避障光电开关红外线漫反射差分控制Infrared obstacle avoidance carAbstrac

3、tWith the deveiopinent needs of the production automation, robots have been more and more widely applied to the automation of production, with the development of science and technology, the robot more and more types of sensors, including infrared sensors has become an important component of the auto

4、matic walking and driving .Infrared Typical applications for autonomous intelligent navigation systems.robotics to achieve automatic obstacle avoidance must be perceived obstacles.perceived obstacles to the robot quite a visual function. Intelligent obstacle avoidance system based on infrared sensor

5、, infrared sensor front obstacle detection and determine the obstacle distance.Due to the limited time and the level of our most basic obstacle avoidance temporary as the design goal.Design by car carrier recombination by AT89S51 as the core of the control panel can achieve its basic functions, supp

6、lemented plus diffuse photoelectric switch obstacle avoidance circuit 555 comp rising a sp eed control circuit, p ower circuit, a differential drive circuit. You can imp rove the entire design.Keywords： obstacle avoidance photoelectric switch infrared diffuse reflectancedifferential control第1章课题研究价值

7、第1.1节选题背景第2章课题设计第2.1节设计要求第2. 2节总体设计第3章方案论证第3.1节 单片机选择论证第3. 2节传感器设计方案第3. 3节 控制算法设计方案第4章智能小车硬件设计第4.1节智能小车硬件分配第4.2节 AT89S51单片机简介11第4. 3节电路设计14第5章智能小车软件设计20第5.1节总体流程图20第5. 2节最少拍控制算法22第6章开发流程25V第6.1节编译环境25第6. 2节下载调试27第&3节单片机的I/O分配2829303435考文献3940随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化 上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越

8、多，其中红外传感器 已经成为自动行走和驾驶的重要部件。红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能 就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基 于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。山于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的U标。本设计通过小车这个载体再结合山AT89S51为核心的控制板可以达到其基 本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电 路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。第1章课题研究价值第L1节选题背景国内外随着计算机技术，控制技术，信息技术的快速发展，丄

9、业的生 产和管理进入了自动化，信息化和智能化的时代，智能化已经成为时代发 展的需要。第三代单片机包括了 Intel公司发展MCS51系列的新一代产品,如 8XC152、80C51FA/FB. 80C51GA/GB. 8xC45U 8 x C452,还包括了Philips Siemens、ADM、Fujutsu、OKI、Harria-Metra、ATMEL 等公司以80C51为核心推出的大量各具特色.与80C51兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现Microcomputer 完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如A/D、PWM、PCA（可 编程计数器

10、阵列）.WDT（监视定时器）、高速I/O 口、计数器的捕获/比较逻 辑等。这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片 间的吊行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips公 司还为这一代单片机80C51系列8 X C592单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线CAN（Controller Area Network BUS）.新一代单片机为外部捉供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。该项U可以应用于机车头自动寻迹，工厂自动化，仓库管理，可提高劳动 生产效率，改善劳动环境。在柔性自动化生产线，智能仓库管理及物流配 送等领域，当生产环境恶

11、劣时，工人不能完成的任务如物料运输和装卸等, 可采用智能寻迹小车完成相应的任务。基于生产现场和日常生活的实际需 要，研究和开发智能寻迹小车系统具有十分重要的意义。第2章课题设计第2.1节设计要求在本次设计中，要求所设计的小车具有自动避障的功能，能在红外探头探 测到前方有障碍物的时候先进行后退大约2秒再进行向左转180度角，第二次 探测到前方障碍物的时候再后退大约2秒再进行向右转180度角，这样循环下 去。很明显，我要设计的小车是要能遇见障碍物自动窥探到障碍物并立即倒退 和转动方向重新行驶，当然小车行驶速度不会有太大的变化。第22节总体设计红外发射红外接收电机M1电机M2单片机一AT89S51红

12、外发射红外接收红外发射红外接收图21系统框架图说明智能避障小车能避障主要是山前方的两对红外发射与接收探头来完成的。根据光有反射的特性。所以说当红外发射出来的光线遇到物体时，就会形成反 射的光线，而这个经反射的红外光线刚好被红外接收探头接收到。当红外接收 探头接收到信号后，再将信号送到单片机山单片机内部程序来控制电机，山电 机完成小车的前进，转向。第3章方案论证第3.1节 单片机选择论证在单片机选择提供两种选择一种是8031另一种是AT89S51O选用8031单片机系统8031单片机内不带程序存储器ROM,使用时用户 需外接程序存储器8255和一片2764,来进行扩展。电路复朵。选用AT89S5

13、1 单片机系统AT89S51里有4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储 器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。不用扩展外部存储器。显而易见，这 种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。山此可见选用AT89S51单片机。第3. 2节 传感器设计方案在传感器方案的选择中，有以下两种方案供参考：方案一：使用CCD传感器来采集路面信息。使用CCD传感器，可以 获取大量的图像信息，可以全面完整的掌握路径信息，可以进行较远距离 的预测和识别图像复杂的路面而且抗干扰能力强。但是对于本项U来说， 使用CCD传感器也有其不足之处。首先使用CCD传感器需要有大量图像 处理的工作，需要进行大量数据

14、的存储和计算。因为是以实现小车视觉为 U的，实现起来工作量较大，电路复杂。方案二：使用光电传感器来采集路面信息。使用红外传感器最大的优 点就是结构简明，实现方便，成本低廉，免去了复杂的图像处理工作，反 应灵敬，响应时间低，便于近距离路面情况的检测。但红外传感器的缺点V是，它所获取的信息是不完全的，只能对路面悄况作简单的黑口判别，检 测距离有限，而且容易受到诸多扰动的影响，抗干扰能力较差，背景光源, 器件之间的差异，传感器高度位置的差异等都将对其造成干扰。经过综合考虎，在本设计中采用红外光电传感器作为信息采集元件。第3. 3节 控制算法设计方案在小车的运行中，主要有方向和速度的控制，即舵机和电机

15、的控制， 这两个控制是系统软件的核心操作，对小车的性能有着决定性的作用。对电机的控制，要达到的U的就是：在任何悄况下，总能给电机一个 合适的高低电压，保证小车能始终遇见障碍物时可以随时转动运行的方向。 在电机的控制方案中，有以下两种方案可供选择：方案一：比例控制这种控制方法就是在检测到车体偏离的信息时给小车一个预置的反向 偏移量，让其回到跑道。比例算法简单有效，参数容易调整，算法实现简 单，不需要复朵的数字计算。在实际应用中，山于传感器的个数与布局方 式的限制，其控制量的输出是一个离散值，不能对舵机进行精确地控制， 容易引起舵机左右摇摆，造成小车行驶过程中的振荡，而且其收敛速度也 有限。方案二

16、PID控制PID控制在比例控制的基础上加入了积分和微分控制，可以抑制振荡, 加快收敛速度，调节适当的参数可以有效地解决方案一的不足。不过P, I, D三个参数的设定较难，需要不断的进行调试，凭经验来设定，因此其适 应性较差。方案三：最少拍控制最少拍设计，是指系统在典型输入信号（如阶跃信号，速度信号，加速 度信号等）作用下，经过最少拍（有限拍），使系统输出的稳态误差为零。 所以，最少拍控制系统，也称最少拍无差系统，最少拍随动系统，实质上是 时间最优控制系统，系统的性能指标就是系统的调节时间最短或尽可能短。 可以看出系统对闭环脉冲传递函数的要求是快速性和准确性。也就是说让小 车在行驶出跑道后，能在

17、最短的时间内回到跑道上。最少拍控制系统的设计 与被控对象的零极位置有很密切的关系。在本次设计中小车只要求按照跑道行驶，跑道简单。能有快速性，准确性 的反应就可以，经过综合考虑后，采用最少拍控制。V第4章 智能小车硬件设计第4.1节智能小车硬件分配本设计的小车件设讣分为两部分，一部分是机械设计，一部分是电路设11-0机械设计主要是对小车的机械部件进行选件与组装。电路设计是对核心单 片机、还有复位操作方式、晶振频率、传感器电路设汁、电源管理模块、驱动 模块进行介绍。组装注意事项请看附录B4.1.1机械部分材料清单材料清单分为，电动机芯装配材料清单与小车装配清单表41电动机芯装配材料清单序号名称规格

18、1电机I31U=6VI0000 转/分2蜗杆M=0.5Z=l3二牙轴 2* 184二牙片M=0.5Z= 10/205三牙轴2.5*2.5*68 方轴6三牙片M=0.5 Z= 12/38 方孑L7电机夹板A8四牙轴2.5*2.5*z8 方轴9四牙片M=0.5 Z=42 方孔10电机夹板B11自攻螺丝M2.5*812机制螺丝M3*30表4. 2小车装配清单序号名称规格数量1底板I2机制螺丝M3x84对3机芯24后轮25开关16机制螺丝M2x82对7双联极片38前轮29前轮架210单联极片211机制螺丝M3x84对12前轮轴3x118I13前轮固定圈24. L 2电路板硬件材料清单表4. 3材料清单

19、位号名称备注位号名称备注MI电机1接线座SIU1LED数码管M2电机2接线座IR1红外接收头XI前端探测板接线座RX110K排阻DC电源接线座Z111.0592 晶振RI15KIC1AT89S51R2220IC2MAX232C PER3I5OKIC3LG911集成电路R4IMIC4LG911集成电路R547KClI0uF/16vR6560C2104R7560C3104R8560C4104R9560C510uF/16vRIO560C6I0uF/16vRIl560C730PFR12560C830PFR13560C9104R14220CIOI0uF/16vR15lOKCll10uF/16vR1656

20、0C12I0uF/16vR17lOKC1310uF/16vR18560D1-D8红色发光二极管R19560D9绿色发光二极管R2O560SI按键开关R21560S2按键开关R22560S3开关R23560COMI9针审行端口R24560D1-D2LED发光二极管前板用R2510KVI红外发射头前板用R26560V2红外接收头前板用RL1光敬电阻V3红外发射头前板用SBI蜂鸣器V4红外接收头前板用BI话筒V5红外接收头刖板用RI220前板mV6红外发射头前板用R2220前板用R3560前板用R415K前板用R515K、八L刖板用R6220前板用R7560前板用R815K前板用COM数线第4. 2

21、节 AT89S51单片机简介AT89S51作为本设计的核心芯片如图所示31,是一个低功耗，奇性能CMOS &位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的 Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造, 兼容标准MCS-51指令系统及8OC5I引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器利SP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。以下是详细介绍。A. Z A-Id93 G 3dZ6 VZ8CMO1图 4,1 AT89S514. 2

22、.1 AT89S51单片机的硬件结构AT89S51单片机系列的存储器用的是哈佛结构，即将程序和数据存储器 截然分开，程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式、寻址空间和控制系 统。AT89S51的存储器可分为五类：程序存储器，内部数据存储器，特殊功能 寄存器，位地址空间，外部数据存储器。4. 2. 2 AT89S51单片机管脚简介AT89S51有40引脚双列直插（DIP）、44引脚（PLCC）、44引脚（TQFP） 封装形式。AT89S51的引脚功能如图3-2所示。AT89S51系列单片机采用了CMOS技术制造，它集成度高、速度快、功耗低。4. 2. 3 AT89S51单片机的内部存储结构AT

23、89S51单片机片内总体结构的详细框图如图3-3所示，主要山9个部 分组成，分别是：1个8位中央处理器；4KBFlash存储器；128B的数据存储器;32条I/O接口线（P0、P1、P2、P3）： 2个定时川数器：I个具有6个中断源、 4个优先级的中断嵌套结构：用于多处理机通信、I/O扩展或全双工UART的审行口；特殊功能寄存器（SFR）； 1个片内振荡器和时钟电路。pro PIJ匚Pl-2 P13 Pl-4 vcc PO.O (ADO) P0.1 (ADI) P0.2 (ADZ) P0.3 (AD33123454039383736(MOS!)P15 635 P0.4 (AD4)(MISO)P

24、l-6 7340.5 (ADS)(SCK)Pl-7 833 P0.6 (AD6)RSTD932 PO.T (AD7)(RXD)P3-0 匚1031臥YPP(TXD)P31 1130 ALE/PROG(INTO)P3-2 1229 PSEN(INTI)P33 1328 P2.7 (Al5)(TO)P3-4 1427 P2.6 (Al4)(T1)P35 1526 P2.5 (Al3)(WR)P3-6 1625 P2.4 (Al2)(冋 P3-7 1724 P2.3 (All)XTAL2 1823 P2.2 (A1O)XTAL1 1922 P2.1 (A9)GND 2021 P2.0 (A8)图4.

25、 2 40引脚双列直插(DIP)封装TXD RXD外部时钟源图4. 3 AT89S51单片机片内总体结构图第4. 3节电路设计在本设计中电路设汁非常重要包括复位操作方式、晶振频率、传感器电路 设计、电源管理模块、驱动模块的设计。这些电路设计都以简单、使用为原则 进行设计。其中复位电路、晶振电路和电源构成了单片机的最小系统。下面是 详细介绍。4. 3. 1复位操作方式复位是单片机的初始化操作，其主要功能是PC初始化为0000H,使单 片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化外，由于程序运 行时出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为使单片机正常工作，也需按复 位键以从新启动。除P

26、C之外，复位操作还对其它特殊功能寄存器有影响。复 位操作还对单片机的个别引脚信号有影响。它们的复位状态见附录表例如；在 复位期间ALE和PSEN信号变为无效状态，即ALE=1, PSEN=1。(1)复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应 持续24个振荡脉冲周期(即两个机器周期)以上。若使用频率为6MHZ的晶 ttb则复位信号持续时间应超过4微秒才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST) 送施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发 器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号

27、。(2)复位操作方式复位操作有上电自动复位、按键电平复位、外部脉冲复位和自动复位四 种方式。5vWuFR5T图4. 4 AT89S51复位电路本次设计采用的是上电复位，上电复位是通过外部复位电路的电容充电 来实现的，只要电源VCC的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位, 即接通电源就完成了系统的复位初始化。4. 32晶振频率晶振电路是单片机不可缺少的，这种电路是单片机内部振荡电路，山只 需要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚边接一个晶体振荡器或一个陶瓷振荡 器，并通过两个电容后接地即可，XTAL1和XTAL2分别为单片机片内反 相器的输入和输出端口，W为单片机内部工作需要时钟，产生机

28、器周期，振 荡电容一般选取1O-3OPF,振荡电路的频率要满足单片机的工作频率要求， 单片机才能正常工作。如图45所示。NCUX7AL1GND|3DpF卜11.0592XTAL3II 3QpF图4. 5晶振的应用原理图4. 3. 3传感器电路设计寻迹传感器模块的设汁是整个智能小车设计中最重要的一部分，其作用 相当于人的眼睛和耳朵，采集外部路面的信息并将其送入单片机进行数据处 理，其能否正常工作直接影响着小车队路面的判断以及小车下一步的行动， 因而其布局的合理性与有效对小车稳定而乂快速的行驶起着关键的作用。我 们认为在传感器的布局中，要解决两个问题：信息检测的精确度和信息检测 的前沿性。（1）本

29、设计中选用的传感器如图3-6所示，0色为：红外发射探头（连 续的发射红外光线）。黑色为：红外接收探头（接收反射回来的红外光线）图4.6红外发射管与红外接收探头本设计中安装了三组（也可两组）红外探头，排成三角形。 传感器电路图如图所示4. 7详细全图见附录220电阻：红外发射器的降压与限流电阻（完成对红外发射器的保护）。因为单片机的电源是5V,流过放光二极管的电流小于20MA,放光二极管的 管压降为I7V2V。所以根据单片机电源减去二极管管圧降除以流过二极管 电流，就可以得到所需要的电阻。15K电阻：红外接收探器的光信号变电信号电阻（完成将反射回来的光信号）o 15K的电阻选择是随意选择的，也可

30、以选择10K, 20Ko因为红外接收探头在工作时，就相当于一个开关，所以电阻是随意的。红外发射与红外接收器VI红外发射器.主要完成红外线的发射V2红外接收器：主要完成将反射回来的红外光线接收到后再山电阻转换为电信号。（3）避障小车的避障原理避障小车之所以能够避障，主要是山前方的两对红外发射与接收探头来 完成的。我们知道光有反射的特性。所以说当前方的红外发射出来的光线遇 到物体时，就会形成反射的光线，而这个经反射的红外光线刚好被红外接收 探头接收到。当红外接收探头接收到信号后，再将信号送到单片机山单片机 内部的程序来控制小车的运行悄况。那么如何知道是如何有障碍物呢？原来 红外光线有一个反射特性。

31、但对于不用的物体反射特性是不一样的，特别是 对白色反光的物体，红外光线的反射量将会多一点。而没有明显障碍物，红 外反射量将会大量的减少。那么我们就可以利用这个特性来完成障碍物的判 断。通过电路的合理安装，可以将这种接收到的红外光线变化量转换为电压 值传送到单片机中。返回的电压值为低电平，而单片机就可以进行各种智能 化控制了。例如，完成避障的转动功能，还有倒车停车的功能。4. 3. 4驱动模块直流电机的控制一般山单片机的PWM信号来完成，因为单片机产生的信号很小，所以采用电机驱动芯片L9H0驱动器。电路图示见4.7,器件管脚图见4. 8,管脚定义见表4.1应流电机图4. 8驱动芯片使用电路器件管

32、脚图OAVCCVCCOB匚匚匚匚GNDIBIAGND图4. 9器件管脚图序号符兮功能10AA跻楡出管脚2VCC电源血压3VCC电源电压40BB路絶出骨脚5GND地线6IAA豁他入管脚7IBB时檢入符W8GND地线表4.1引脚说明输入A 谕入B输出B图4. 10管脚波形图描述:L9H0是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集 成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外H器件成本降低，整机 可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有&好的抗干 扰性;两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能 力，每通道能通过750800mA的持续电流，峰值电流能力

33、可达1.52.0A； 同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反 向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使 用上安全可幕。4. 3. 5电源管理模块方案1：采用交流电经直流稳压处理后供电采用交流电提供直流稳压电源，电流驱动能力及电压稳定性最好，且 负载对电源影响也最小。但山于需要电线对小车供电，极大影响了避障小 车行动的灵活性及地形的适应能力。而且避障小车极易把拖在地上的电线 识别为障碍物，人为增加了不必要的障碍。故放弃了这一方案。方案2：采用干电池组进行供电采用四节干电池降压至5V后给单片机及其他逻辑单元供电，。这样电 机启动及制动时的短暂电压干

34、扰不会影响到逻辑单元和单片机的丄作。所 以采取此方案。第5章智能小车软件设计第5.1节总体流程图流程图说明：首先开始启动，进入系统初始化定义引脚，执行主程序小车 前进。根据小车的指示灯来判断小车的运行悄况。如果小车遇见障碍物，会给 单片机一个低电平信号进入电机模式选择，例如：小车遇见障碍物，传感器开 始扫描，当红外接受探头接受到红外光线，给单片机底电平信号，这时经过单 片机内部程序的处理设置合理的托退和转动时间函数，同时电机后退加转动。 直到小车跑回没有障碍物的轨道，正常前进。反复的重复这样的动作就可以实现一直蔽障的功能。第5. 2节最少拍控制算法最少拍设计， 信号等)作用下， 最少拍控制系统

35、，是指系统在典型输入信号(如阶跃信号，速度信号，加速度 经过最少拍(有限拍)，使系统输出的稳态误差为零。所以， 也称最少拍无差系统，最少拍随动系统，实质上是时间最优 控制系统，系统的性能指标就是系统的调节时间最短或尽可能短。可以看出系 统对闭环脉冲传递函数的要求是快速性和准确性。也就是说让小车在遇见障碍 物后，能在最短的时间内躲开障碍物。最少拍控制系统的设计与被控对象的零 极位置有很密切的关系。下面先从简单情形开始介绍最少拍控制器的设计。对最小拍控制系统设计的要求是：(1) 调节时间最短，即系统跟踪输入信号所需的采样周期数最少；(2) 在采样点处无静差，即对特定的参考输入信号，在达到稳态后，系

36、统 在采样点能精确实现对输入信号的跟踪；(3) 设计出来的数字控制器必须是物理上可以实现的；(4) 闭环系统必须是稳定的。最小拍闭环脉冲传递函数的确定首先根据对控制系统性能指标的要求和其他约束条件，构造系统的闭环脉 冲传递函数。最小拍控制系统的设计要求是对特定的参考输入信号，在系统达 到稳态后，系统在采样点处静差为零。根据此约束条件可以构造出系统的误差 脉冲传递函数。典型计算机控制系统结构图如图4-1所示。其中，GP(S)为被控对象HO (S)为零阶保持器，D(Z)即为待设计的最少拍 控制器。图5.1最少拍随动系统框图山离散控制理论，最少拍控制系统的误差脉冲传递函数(5.1)1 + D(Z)G

37、(Z)系统偏差为：E(Z)= Oe z) R(Z) -般控制系统有三种典型输入形式:(1)单位阶跃输入：r(t)=lR(Z) =1-Z”(5.2)(2)单位速度输入：r(t)=tR(Z) =TZT(1-Z)2(5.3)单位加速度输入r(t)= 2 t2R(Z)=筈豁(5.4) 在本设计中采用单位阶跃输入，被控对象为直流电机，零阶保持器传递函数已 知。只要査出直流电机传递函数就可以求得最少拍控制器D(Z)o根据图4-1求 得方法如下。最小拍控制器D(Z)的确定山离散控制系统理论，可以求出图4-1所示的i|算机控制系统的闭环脉冲传递函数为：二盘貉(5.5)山此可以得到数字控制器为0丽死需(5.6)

38、(5.7)或 DQ=第6章开发流程开发流程是在硬件设讣与软件设计的基础上展开的，主要是把硬件与软件 结合起来。经过编译、环境下载调试、单片机资源划分。第&1节编译环境.Keil C51 介绍KeilC51 mVision2 集成开发环境是 KeiSoftwre Inc/KeilElektronikGmbH 开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内以多种符合当前工业标准 的开发工具，可以完成从工和建立、管理，编译，连接，目标代码的生成，软 件访真，硬件访真等完整的开发流和。尤其C编译工具在产生代码的准确性和 效率性达到了较高的水平，而可以附加灵活的控制选项。Kei!C51集成开发环 境

39、的主要环境的主要功能是以下儿点：(1) inVision2 for WindowsTM：是一个集成开发环境，它将项U管理，源代 码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的Z1环境中。(2) C51国际标准优化C交义编译器：从C源代码产生可重定位的口标模块。(3)A51宏汇编器：从80C51汇编冤代码产生可重定位的口标模块。BL51连接/定位器：组合曲C51和A51产生的可重定位的目标模块， 生成绝对U标模块。LIB51库管理器：从口际模块生成连接器可以使用的库文件。(6)OH51日标文件至HEX格式的转换器：从绝对U标模块生成IntelHEX文件。(7)RTX-51实时操作系统：简化了复杂的实时应

40、用软件项口的设计。V这个工具套件足为专业软件开发人员设计的，但任何层次的编程人员都可以使 用，并获得80C51微控制器的部分应用。二.Keil C51集成丄具和用途inVision2支持所有的Keil80C51的工具软件，包括C51编译器、宏汇编器、连接器/定位器和U标文件至Hex格式转换器.inVision2可以自动完成 便宜、汇编、连接程序的操作。(1) C51便宜器和ASI汇编器Itl mVision21DE创建的潭文件，可以被C51便宜器或A51汇编器处理， 生成可重定位的object文件。KeilC51以直接支持80C51结构的特性。KeiIA51 宏汇编器支持80C51及其派声系列

41、的怕有指令集。(2) LIB51库管理器BL51库管理器可以从山汇编器和便宜器创建的U标文件建立U标库。这 些库是按规定格式排列的U标模块，可在以后被连接器所使用。当连接器处理 一个库时，仅仅使用了库中程序使用的U标模块而不是全部加以引用。3) BLSI连接器/定位器BL51连接器使用从库中提取出来的U标模块和便宜器，汇编器生成的U 标模块，创建一个绝对地址U标模块。绝对地址U标文件或模块包括不可定 位的代码和数据，所有的代码和数据都被个在具体的存储器单元中。(4) mVision2软件调试器inVision2软件调试器能十分理想地进行快速，可靠的程序调节，调试器 包括一个同速模拟器，您可以使

42、用它模拟整个8OC5O系统,包括片上外H器件 和外部器件，当您从器件数据库选择时，这个器件的属性会被自动配置。(5) inVision2 ii更件调试器inVision2调试器响您提供厂儿种在实际U标碾件上测试程序的方法。按MON51日标监控器到您的日标系统，并通过monito.51接口下在你的程序，使用高级GDI接口，将mVision2调试同类似于DP-51S单片机仿真实验仪或者TKS系列仿真器的硬件系统相连接，通过inVision2的人机交互环境指挥连接的硬件完成仿真操作。(6) RTX51实时操作系统RTX51实时操作系统是针对8OC5I微控制器系列的一个多任务内核。RTX51实时内核简

43、化厂需要对实时事件进行反应的复杂应用的系统设计、编程和调试。这个内核完全集成在C51编译器中，使用非常简单，任务描述表和操 作系统的统一性山BL51连接器/定位器自动进行控制。此外Vision2还只有极强的软件环境，友好的操作界面和简单快捷的操作方 法，主要表现在以下儿点:丰S的菜单栏;可以快色选择命令按钮的工具栏;一些源代码文件窗口;对话框窗口;直观明了的信息显示窗口。第62节下载调试下载调试丄具有很多，本次设计用的下载器为STCJSP_V483.这类下载 器兼容AT, STC系列的单片机下载程序。下面详细介绍下载过程。首先在下载之前必须在Keil C51中生成可下载文件HEX UBIN文件

44、。打开下载器上界面如图5-1步骤一：步骤二:步骤三:步骤四:步骤五:Select Mcu Type选择单片机型号Open File打开文件（Keil C51中生成可下载文件.HEX打.BIN文件）Select COM Port.Max Baud/选择吊行口，最高波特率设置本框和右下方选项中的选项下载注意：在步骤三中选择正确的COM 口，特别注意的是步骤五先点击下载，再 给单片机上电，这是单片机的冷启动。第6. 3节单片机的I/O分配以AT89S51为主芯片如图5-2O 40脚的DIP封装使它拥有32个完全IO端口，通过这些端口加以信号输入电路，控制电路，执行电路共同完成寻迹小车。 P0.0.P

45、0.1.P0.2.P0.3分别通过LG9110电机驱动来驱动电机1和电机2。由电机 的正转与反转来完成小车的前进，后退，左转，右转。小车行走时会通过P35,P36,P37的红外接收探头来进行检测。当走出跑道时，P35,P36或P3.7 将收到一个电平信号，此电平信号将通过相应端口传送入主芯片中，主芯片通 过内部代码完成小车的寻迹操作。同时P3.5与P3.6的信号状态将通过P2.6和P2.7显示出来。在小车的左转，右转，后退的过程，可以通过观看以P2.0和V寻迹检测单元的核心部件选择了红外探头传感器。红外探头传感器具有精 度高、成本低、体积小、接口简单等优点；另外再加上AT89S51单片机与电机

46、 驱动芯片的结合，实现了智能小车的寻迹功能。综上所述，我们可以看出电子设计自动化逐渐成为重要的设计手段，单片 机己经成为当今电子设计应用市场上首选的可编程逻辑器件之一。单片机应用 在控制领域中，既降低了系统成本也提高了系统的可靠性和稳定性。最终在指导教师的指导下对整个寻迹检测进行选件、制造单片机系统并测试、 软件设计后实现单片机控制下的寻迹检测系统，使整个系统可以在实际中应用。希望通过我们不断地努力，使单片机这一重要设计手段能够更好的为我以 后的学习效力。最后，在此诚恳地希望老师和同学提出宝贵的批评和意:见#include /=signed charINT8;重定义有符号字符8位数据typed

47、ef unsignedcharUINT8;重定义无符号字符8位数据typedef intINT16;重定义有符号字符16位数据typedef unsignedintUINT16;重定义无符号字符16位数据define TRUE1/逻辑真define FALSE0/逻辑假#define NULL0/指针空数据类型定义硬件对应端口定义/sbit sbit sbit sbit sbit sbit sbit sbit sbitFontLeftLed=P2*3;FontRightLed=P2*4;FontIR=P27：MA1=PO1;MB1=POO;MA2=P05;MB2=P06;SB1=P21;Run

48、Led=Pl5;/前左方指示灯 /前右方指示灯 前方红外接收探头 左方电机控制驱动 左方电机控制驱动 右方电机控制驱动 右方电机控制驱动 /蜂鸣器控制端口定义 运行指示灯/功能函数定义void Delay(UINT16 DelayTime)/延时函数while(DelayTime): 体/延时函数循环void ControlCar(UINT8 ConType) 数车体控制函MA1=OMA2=0MB1=O左电机清零右电机清零左电机清零MB2=0; FontLeftLed=l; 灭FontRightLed=l; 灯灭 switch(ConType) 类型右电机清零 /前左方指示灯/前右方指示/判断

49、控制垒数case 1:前进MA2=1;/左电机向前运/右电机向前运FontLeftLed=0;/前左方指示灯壳FontRightLed=0;前右方指示灯break;case 2:后退右电机向后运/左电机向后运break;case 3:左转/左电机向后运MA2=1;FontLeftLed=0;/右电机向前运动前左方指示灯break;case 4:右转/右电机向后运MB2=1;FontRightLed=0;/左电机向前运动前右方指示灯break;主程序void mainO/主函数UINT8 RunFlag=l; ControlCar(1); RunLed=0;while (1)运行标志位前进/程序

50、主打循环if (FontIR=0)/判断前方红外接收探头ControlCar(2);/小车后退（用于急刹车）Delay(50000)：延时300毫Delay (20000); if (RunFlag)小车后退判断小车运行标志位ControlCar (3);/小车左转else/为假的悄况下/小车右转ControlCar(4);Delay (30000);SB1=O;Delay(30000)：SB1=1;Delay(30000);SB1=O;Delay(30000)：SB1=1;ControlCar (1);RunFlag=!RunFlag;/左转弯/小车响铃/左转弯小车不响铃/左转弯小车响铃/左

51、转弯/小车不响铃/小车前进改变小车运行状态1、电容有正负极之分，长正短负;2、二极管有正负极之分，长正短负;3、话筒有正负之分，负极与外壳相连;4、蜂鸣器有正负之分，长正短负；5、三极管按照电路板封装焊接;6、集成电路即芯片，安装时要注意缺口对应（缺口对应位置和封装对应位置要 一致）。（缺口在芯片或芯片底座的一端）7、数码管焊接时注意:数码管上的小数点要与电路板封装上的小数点对应。8、强烈推荐电池釆用南孚电池或其他高性能电池。AT89S51 （8位微控制单片机，片内含4K bytes可系统编程的存储器）AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内 含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高 密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Fbsh程 序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于 单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许 多高性价比的应用场介，可灵活应用于各种控制领域。（1）主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼:容4k字节在线系统编程（ISP） Flash闪速存储器1000次擦写周期4. 05. 5V的丄