1避障小车的报告

1、目录摘 要I第一章 前 言1第二章 方案设计与论证3（一）检测系统3检测系统主要实现光电检测，即利用各种传感器对电动车的避障、位置、行车状态进量。3由于红外检测具有反应速度快、定位精度高，可靠性强以及可见光传感器所不能比拟的优点，故采用红外光电码盘测速方案。具体电路同图 2.5 行车距离检测电路所示：. 7行车距离检测电路7红外测距仪由测距轮，遮光盘，红外光电耦合器及凹槽型支架组成的。测长轮的周长为记数的，最好取有效值为单一的数值（如 0.1 米），精度根据电动车控制的需要确定。测距轮安装在车轮上，这样能使记数值准确一些。7（二）系统原理图8第三章 硬件设计9（一）80C51 单片机硬件结构9

2、（二）最小应用系统设计10（三）前向通道设计11（四）后向通道设计13（一）（二）避（四）主程序设计程序设计技术. 16. 20. 21（五）“看门狗”技术23（六）可编程逻辑器件24第五章 测试数据、分析及结论24致 谢25参 考 文 献26附录A 程序. 27附录B 硬件原理图31第一章 前 言随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。本设计就是在这样的背景下，指导教师已经有充分的准备。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的智能电动小车应该能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可行驶速度、准确定位停车。根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电

3、动车的基础上，加装光电、红外线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计采用 MCS-51 系列中的 80C51 单片机。以 80C51 为控制，利用超声波传感器检测道的，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以自动时间、里程和速度，自动寻迹和寻光功能。80C51 是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。下面就简要的介绍一下单片机及其典

4、型应用方式：“单片机”一词是 Single-Chipputer 较准确的译法，但最能准确反映单片机设计并且具有技术眼光的词汇是puter（微处理器）。之所以出现了 Sigle-chipputer 一词，实在是因为早期，甚至到 MCS-51 时期，单片机准确地体现了 Sigle-chipputer 的形态和内容。然而发展到 MCS-96，发展到新一代 80C51M68HC05M68HC11 系列单片机时，在单片机中着力扩展了各种控制功能。如WMPCA 计数器捕获/比较逻辑高速 I/O 口WDT 等，已突破了puter 的传统内容，朝puter 的内涵发展。因此，目前已到了该puter。给单片机正

5、名的时候了，国外已逐渐成从最初的单片机发展到如今的新一代单片机。大致经历了三个年代。如以el8 位单片机为例，这三个年代划大致是：第一代：以 1976 年推出的 MCS-48 系列为代表，其主要的技术特征是将 CPU 和计算机电路集成到了一个上，作为与通用 CPU 分道扬镳新型工业微控制器取得了成功，为单片机的进一步发展开辟了成功。第二代：以 MCS-51 的 80518052 为代表，其主要的技术特征是为片机配置了完善的外部并行总线（ABDBCB）和具有多机识别功能的串行通讯接口（UART）,规范了功能单元的 SFR 控制模式及适应控制器特点的处理系统和指令系统，为发展具有良好的兼容性的新一

6、代单片机奠定了良好的基础。无论是第一代还是第二代单片机都还未突破单片计算机的内涵。第三代：以 80C51 系列为代表，它包括了el 公司发展 MCS-51 系列的一代产品，如 8C15280C51FA/FB80C51GA/GB8C4518C452,还包括了PhilipsADMFujutsuOKIHarria-MetraATMEL 等公司以 80C51 为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puter 完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如WMPCA(可编程计数器阵列)WDT(监视定时器)高速I/O 口计数器的捕获比

7、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间的串行总线，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 8C592 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提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。Microcontroller 并没有过分强调“单片”，因为向单片形式发展先进电子系统都在追求的理想，并不为单片机所专有。单片机的应用方式随对象、环境、规模不同而大相径庭，不必独崇一宗。按照所使用单片机的类型不同，单片机

8、应用系统结构可分成总线方式和非总线方式。总线方式的应用系统中，单片机都具有完善的外部扩展总线，如并行三总线（AB、DB、CB）、串行通讯总线（如 UART）,通过这些总线可方便地扩展单元、外设接口等。采用总线方式的应用系统多属复杂的工控系统、智能仪表、监测系统，或满足这些应用系统而的多机与网络系统。非总线方式的应用系统省去了外部并行总线，可各种小封装，有限的引脚可提供的用户 I/O 口，可使应用系统的数量最少。非总线方式的应用系统多属小型控制器、测控单元、单元仪表等。总线方式的单片机在不使用外部并行总线时，外部并行总线引脚可作为 I/O 口用。在掩摸用户程序时，还可要求将这些 I/O 口改造成

9、具有各种驱动能力的 I/O 口。本设计就采用了比较先进的 80C51 为控制，80C51 采用 CHOMS 工艺，功耗很低。该设计具有实际意义，可以应用于考古、医疗器械等许多方面。第二章 方案设计与论证根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装光电检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。（一）检测系统检测系统主要实现光电检测，即利用各种传感器对电动车的避障、位置、行车状量。1行车起

10、始、终点及光线检测：本系统采用反射式红外线光电传感器用于检测路面的起始、终点（2cm 宽的黑线），态进玩具车底盘上沿黑线放置一套，以适应起始的记数开始和终点的停车的需要。利用超声波传感器检测。光线，采用光极管接收灯泡发出的光线，当感受到光线照射时，其 c-e 间的阻值下降，检测电路输出触发器整形后送单片机控制。，经 LM393 电压比较器和 74LS14本系统共设计两个光电三极管，分别放置在电动车车头的左、右两个方向，用来控制电动车的行走方向，当左侧光电管受到光照时，单片机控制转向电机向左转；当右侧光电管受到光照时，单片机控制转向电机向右转；当左、右两侧光电管都受到光照时，单片机控制直行。见图

11、 2.1 电动车的方向检测电路(a)。行车方向检测电路（见图 2.2 电动车的方向检测电路(b)）采用反射接收原理配置了一对红外线发射、接收传感器。该电路包括一个红外发光二极管、一个红外光敏三极管及其上拉电阻。红外发光二极管发射一定强度的红外线照射物体，红外光极管在接收到反射回来的红外线后导通，发出一个电平跳变信号。此套红外光电传感器固定在底盘前沿，贴近地面。正常行驶时，发射管发射红外光照射地面，光线经白纸反射后被接收管接收，输出信号；电动车经过黑线时，发射端发射的光线被黑线吸收，接收端接收不到反射光线，传感器输出低电平信号后送 80C51 单片机处理，判断执行哪一种预先编制的程序来控制玩具车

12、的行驶状态。图 2.1 电动车的方向检测电路(a)图 2.2 电动车的方向检测电路(b)前进时，驱动轮直流电机正转,进入区时,由单片机控制进行变频调速,通过改变脉冲调宽波形的占空比,实现调速。最后经反接制动实现停车。前行与控制电路的是桥式电路和继电器。电桥上设置有两组开关，一组常闭，另一组常开。电桥一端接电源，另一端接了一个三极管。三极管导通时，电桥通过三极管接地，电机电枢中有电流通过；三极管截止时，电桥浮空，电机电枢中没有电流通过。系统通过电桥的输出端为转向电机供电。通过对继电器开闭的控制即可控制电机的开断和转速方向进而达到控制玩具车前行与的目的，实现随动控制系统的纠偏功能。如图 2.3 前

13、行与控制电路所示。图 2.3 前行与控制电路检测放大器方案：方案一：使用普通单级比例放大电路。其特点是结构简单、调试方便、价格低廉。但是也存在着许多。如能力差、共模抑制比。方案二：采用差动放大电路。选择优质元件比例放大电路，虽然可以达到一定的精度，但有时仍不能满足某些特殊要求。例如，在测量本设计中的光电检测信号时需要把检测过来的电平信号放大并滤除干扰，而且要求对共模干扰信号具有相当强的抑制能力。这种情况下须采用差动放大电路，并应设法减小温漂。但在实际操作中，往往满足了抑制比的要求，却使运算放大器输出饱和；为获得单片机能识别的TTL 电平却又无法抑制共模干扰。方案三：电压比较器方案。电压比较器的

14、功能是比较两个电压的大小，例如将一个信号电压 Ui 和一个参考电压Ur 进行比较，在 UiUr 和 Ui0;valA-)if(CRX=1)Timer_Count();流程如图 4.1 流程图所示：否开关是否按是是否遇到否是是超限否是是否有否是是否有光源否流程图停车驶向光源转向后退检测距离是否超限低速行驶初 始 化（二）避程序设计程序void如下：delay(uz)/延时子函数用于转向延时for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);float voididata S=0;Conut(void)time=TH0*256+TL0; TH0=0;TL0=0;S=(time*1.88)

15、/10; if(ST 且系统正常工作时，程序每隔 T 对 4060 进行扫描一次，分频且永无记满输出信号。如系统工作不正常（如程序跑飞、死循环等），程序对 4060 发不出扫描信号，分频器记满输出一脉冲号使 CPU 复位。(2)参数选择4060 的振荡频率f 由RT 、CT 决定。Rs 用于改善振荡器的稳定性，Rs 要大于 RT。一般取Rs=10RT，且 RT1k,CT100pF。如果 Rs=450，RT=45，CT=1uF,则 f=10HZ。 4060 的振荡频率和 Qi(i=6,7,8,9,10,12,13,14)的选择要根据情况确定。图 4.2 看门狗电路图(3)几个原则看门狗电路必须由

16、硬件逻辑组成，不宜由可编程计数器充当，因为 CPU 失控后，可能会修改可编程器件参数，使看门狗失效。4060 的 RST 线上阻容组成的微分电路很重要，因为扫描输入信号是 CPU 产生的正脉冲，若此信号变“1”后，由于干扰，程序乱飞，微分电路只能让上跳沿通过，不会封死 4060，看门狗仍能计数起作用。若没有微分电路，扫描输入信号上的“1”状态封死 4060，使之不能记数，看门狗不起作用。CPU 必须在正确完成所有工作后才能发扫描输入信号，且程序中发扫描信号的地方不能太多。否启动 CPU。好在哪里有死循环，看门狗就不产生记满输出信号，不能重新4060 的记满输出信号不但要接到 MCS-51 的

17、RST 脚，而且还应接到其它的 RST脚，因为程序乱飞后，其它具有 RST 脚的（六）可编程逻辑器件也了，必须全部复位。可编程逻辑器件GAL16V8 是LATTICE 公司研制的一种电可擦除的可重复编程的低密度 PLD 器件。它采用更为灵活的可编 I/O 结构，并采用了先进的S 工艺，数秒内即可完成一。的擦除和编程过程，并可反复改写，是产品开发研制的理想器件之GAL16V8 技术特性电可擦除工艺可重编程单元 100成品率可重配置逻辑高性能 E2CMOS 工艺低功耗：45mA 最大运行功耗，35mA 最大维持功耗高速度：1525us 最快存取速度（3）8 个输出逻辑单元对于复杂逻辑设计具有最大灵

18、活性GAL16V8 可仿真 20 条引脚的 PAL 器件，具有功能 / 熔丝图 /参数的完全兼容性（4）预置、加电复位全部寄存器（5）具有单元、电子（6）数据保持超过 20 年。80C51 按键电路直接由 80C51 接口电路查询。消抖(延时 20ms)由延时完成。第五章 测试数据、分析及结论测试方法与仪器：1、测试仪器测试仪器包括秒表、数字万用表、信号发生器、示波器、MCS51 仿真机、直流稳压电源等。2、测试方法数字万用表主要用来测试分立元件的电阻、压降、漏电流、截止/导通状态等参数；信号发生器与示波器用于测试各光电传感器信号的接收与传输；MCS51 仿真机用于测试；直流稳压电源在测试期间

19、为各待测系统供电；秒表用于产品测试，按照任务书的基本要求对制成的电动车进行产品测试。测试数据及 计时精度分析 测距精度分析采用了齿轮箱二级分析：计时系统采用了新型显示。理论上的误差不到 1 秒/年。测速系统采用了电机轴光电码盘检测技术。电机轴与车轮轴之间，变比 1/16。车轮周长 135mm,光电码盘与电机轴安装在一起，电机轴每一转产生 2 个脉冲，车轮每转产生 32 个脉冲，理论测量精度可达135mm/32=4.22mm4.5mm 定位精度分析 本设计采用实际测量与误差10mm。3、结论补偿技术，理论上可使定位精度提高到历时两周的设计过，我首先边查资料，边在焊接小车的线路板。在焊接过，我感觉

20、到即使是一个简单的电路，要想很轻松的焊好，也不是很容易的事情。有时是“虚焊”的原因，有时可能是阻值。在焊接显示电路时，我就错将 680欧的电阻焊成了 6.8 千欧。这使我深深感受到理论与实际间的差距。通过这样的设计，提高了动手能力。每天在除了焊接线路板，还可以上机编程，使我调试知识也提高了。本设计采用的是 80C51 单片机，这主要是因为该单片机的稳定性比较好。还可以采用其它系列的单片机。比如采用陵阳单片机，就可以简化编程，但其稳定性不是很好。致谢历时两周的毕业设计已经告一段落。经过自己不断的搜索努力以及白老师的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完成。在这段时间里，老师严谨的治学态度和热忱的工

21、作作风令我十分钦佩，他的指导使我受益非浅。同时本系 309的开放也为设计提供了实习场地。在此对老师和淘老师表示深深的感谢。通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学三年的学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这两周的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。由于自身水平有限，设计中一定存在很多之处，敬请各位老师批评指正。参 考 文 献1234时,电力拖动自动控制系统.：机械工业,单片机应用系统设计.：航天航空大学,新型实用电子电路 400 例.电子工业，.新编 MCS-51 单片机应用设计.第一版，哈尔滨工业大学社,2003,2527,411417图，传感器集成电路手册.第一版，化学