基于AT89C52智能小车的设计.doc

摘 要本毕业设计是以at89c52rc为核心的智能小车的设计。设计at89c52rc单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。该设计是结合科研项目而确定的设计类课题。这个检测系统采用了at89c52rc的红外接收发射探头传感器结合，利用红外接收，发射探头传感器检测道跑道轨迹，控制电动小汽车自动寻迹，以及自动停车。同时具有智能防撞功能。可实现简单的声控功能、报警功能。可以使用红外遥控小车，整个系统的电路设计具有结构简单，可靠性能高，智能化程度高，低功耗等特点。关键字：单片机 红外探头 寻迹 智能防撞abstractthe graduation design is based on at89c52rc as the core of the research and design of photoelectric intelligent tracing car, at89c52rc is an eight single-chip micro-computer, its usability and versatility received highly commendation. the design is a combination of scientific research project and design task. the detection system with at89c52rc and infrared sensor probe, receiving launched using infrared sensor probe receiving, emission, runway automatically control electric car tracing and automatic parking. at the same time with anti-collision function. can realize a simple function of voice control, alarm function. can use the infrared remote control car, the whole system circuit design has the advantages of simple structure, high reliability, high intelligence, low power consumption and other characteristics. keywords: single-chip ir probe tracing intelligent collision avoidance 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 目 录摘 要iabstractii目 录iii前言- 1 -1 绪论- 1 -1.1课题背景- 1 - 1.2 设计要求.- 3 1.3总体设计- 3 -2 方案论证- 4 -2.1单片机选择方案- 4 -2.2传感器设计方案- 4 - 2.3 电机驱动设计方案. - 5 2.4控制算法设计方案- 8 -3 智能小车硬件设计- 10 -3.1智能小车硬件分配- 10 -3.2 at89c52rc单片机简介- 10 - 3.2.1单片机的硬件结构. - 10 - 3.2.2单片机的管脚简介. - 11 - 3.2.3单片机的内部储存结构. - 1 2 -3.3硬件设计- 13 - 3.3.1复位操作方式.-13 - 3.3.2晶振频率. .- 14 - 3.3.3传感器电路.- 15- 3.3.4电机驱动模块.- 17- 3.3.5电源管理模块. .- 20 - 3.3.6串口通信模块.-20- 3.3.7红外遥控模块.- 23-4 智能小车软件设计- 26 -4.1最少拍控制算法- 28 -4.2最小拍闭环脉冲传递函数的确定- 29 -5 开发流程- 31 -5.1编译环境- 31 -5.2下载调试- 33 -5.3单片机的i/o分配- 34 -6功能与调试- 35 -结论- 37 -参考文献- 39 -致谢- 40 -附录a- 41 -附录b- 42 -附录c- 43 -附录d.- 44-附录e.- 45-湖南科技大学本科生毕业设计（论文）前言国内外随着计算机技术，控制技术，信息技术的快速发展，工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mcs-51系列的新一代产品，如8c15280c51fa/fb80c51ga/gb8c4518c452,还包括了philipssiemensadmfujutsuokiharria-metreatmel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/dpwmpca(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。该项目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具有十分重要的意义。- 48 -湖南科技大学本科生毕业设计（论文）绪论1.1 课题背景目前 ，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪06年代。当时斯坦福研究院(sri)的niles nielsen和charles rosten等人，在1966年至1972年中研制出了取名shaky的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此，移动机器人从无到有，数量不断增多，智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到越来越多的关注。智能小车，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术，是典型的高新技术综合体。智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备:(1)计算机处理系统，主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理、增强、分析、识别等工作;(2)摄像机，用来获得道路图像信息;(3)传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前方、侧方、后方障碍物等信息。智能车辆技术按功能可分为三层，即智能感知/预警系统、车辆驾驶系统和全自动操作系统团。上一层技术是下一层技术的基础。三个层次具体如下:(1)智能感知系统，利用各种传感器来获得车辆自身、车辆行驶的周围环境及驾驶员本身的状态信息，必要时发出预警信息。主要包括碰撞预警系统和驾驶员状态监控系统。碰撞预警系统可以给出前方碰撞警告、盲点警告、车道偏离警告、换道/并道警告、十字路口警告、行人检测与警告、后方碰撞警告等.驾驶员状态监控系统包括驾驶员打吨警告系统、驾驶员位置占有状态监测系统等。(2)辅助驾驶系统，利用智能感知系统的信息进行决策规划，给驾驶员提出驾驶建议或部分地代替驾驶员进行车辆控制操作。主要包括:巡航控制、车辆跟踪系统、准确泊车系统及精确机动系统。(3)车辆自动驾驶系统，这是智能车辆技术的最高层次，它由车载计算机全部自动地实现车辆操作功能。目前，主要发展用于拥挤交通时低速自动驾驶系统、近距离车辆排队驾驶系统等。这种智能小车的主要应用领域包括以下几个方面:(1)军事侦察与环境探测现代战争对军事侦察提出了更高的要求，世界各国普遍重视对军事侦察的建设，采取各种有效措施预防敌方的突然袭击，并广泛应用先进科学技术，不断研制多用途的侦察器材和探测设备，在车上装备摄像机、安全激光测距仪、夜视装置和卫星全球定位仪等设备，通过光缆操纵，完成侦察和监视敌情、情报收集、目标搜索和自主巡逻等任务，进一步扩大侦察的范围，提高侦察的时效性和准确性。(2)探测危险与排除险情在战场上或工程中，常常会遇到各种各样的意外。这时，智能化探测小车就会发挥很好的作用。战场上，可以使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找和销毁地雷。民用方面，可以探测化学泄漏物质，可以进行地铁灭火，以及在强烈地震发生后到废墟中寻找被埋人员等。(3)安全检测受损评估在工程建设领域，可对高速公路自动巡迹，进行道路质量检测和破坏分析检测;对水库堤坝、海岸护岸堤、江河大坝进行质量和安全性检测。在制造领域，可用于工业管道中机械损伤，裂纹等缺陷的探寻，对输油和输气管线的泄漏和破损点的查找和定位等。1.1设计要求在本次设计中，1.要求所设计的小车具有自动寻迹的功能，能在指定跑道上匀速，平稳地运行，跑道为黑色。其背景色为白色，跑道可以为环形，圆形，梯形。在铺设跑道时应注意，黑色地区不反光，这样利于光电传感器的精确度。2.如果前方有障碍物（或在悬崖处），小车能够避开危险并报警，同时进行相应的处理措施，当再次运行时能够有明显的提示，并完成夜间自动照明。3.能够声控小车的启停工作，同时可以用遥控来控制小车的运行，当用遥控控制小车功能时，小车能够显示按键信息并有小车实现特定功能。很明显，我们要设计的小车是要能沿黑线跑道正常行驶，并在此基础上，尽量提高小车行驶速度。1.2总体设计单片机stc89c52指示灯红外发射电机驱器电机m1电机m2红外接收红外发射红外发射红外接收红外接收 寻迹图1 本系统的框架图智能寻迹小车能寻迹主要是由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由单片机内部程序来控制电机，由电机完成小车的前进，转向。在小车进行寻迹行驶过程中，当小车遇到障碍物时能够避开障碍物，之后能够按照初始程序继续寻迹行走。能够声控小车的起停功能工作，通过指示灯来判定小车接下来的运行状况，同时也能用电脑给次奥车发送数字信号。2 方案论证2.1单片机选择论证按照题目要求，控制器主要用于控制电机，通过相关传感器对路面的轨迹信息进行处理，并将处理信号传输给控制器，然后控制器做出相应的处理，实现电机的前进和后退，保证在允许范围类实现跷跷板的平衡。方案一：可以采用arm为系统的控制器，优点是该系统功能强大，片上外设集成度搞密度高，提高了稳定性，系统的处理速度也很高，适合作为大规模实时系统的控制核心。若选用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。电路复杂。另一种是at89c52rc。若选用at89c52rc单片机系统，at89c52rc里有8k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。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，功耗低、体积小、技术成熟，成本也比arm低。由此可见选用at89c52rc单片机。2.2传感器设计方案在传感器方案的选择中，有两种方案供参考。方案一：用光敏电阻组成光敏探测器用光敏电阻组成光敏探测器，光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。方案二：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。但是对于本项目来说，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，需要进行大量数据的存储和计算。因为是以实现小车视觉为目的，实现起来工作量较大，电路复杂。方案三：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精度高、反应快、非接触等优点结构简明，实现方便，成本低廉，免去了复杂的图像处理工作，反应灵敏，响应时间低，便于近距离路面情况的检测。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触、性能可靠等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电传感器在工业自动化装置和机器人的检测和控制中广泛应用。但红外传感器的缺点是，它所获取的信息是不完全的，只能对路面情况作简单的黑白判别，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。在本次设计中，由于光电传感器下传的就是光数字信号，与通信网络容易接口，且传输过程中没有测量误差。同时随着微机化的保护控制设备的广泛采用，光电传感器可以直接向二次设备提供数字量，这样就能省去原来保护装置中的变换器和a/d采样部分，使二次设备得到大大的简化。轨道为黑色，小车只要能区分黑色就可以采集到准确的路面信息。经过综合考虑，在本设计中采用红外光电传感器作为信息采集元件。2.3电机驱动设计方案在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点：1 功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4 个功率元件组成的h 桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现pwm（脉冲宽度调制）调速。2 性能：对于pwm 调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标1）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。2）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防 止共态导通（h 桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手3）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或光电耦合器实现隔离4）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。5）可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的.方案一：采用步进电机，配合l298驱动芯片组合。步进电机可以实现精确的转脚输出，只要施加合适的脉冲序列，电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动，便于控速，但是软件程序的编写较直流电机稍显复杂。但是l298芯片的硬件电路比较复杂。l298n是st公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，346v，输出电流大，瞬间峰值电流可达3a，持续工作电流为2a；额定功率25w。内含两个h桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制，与单片机管脚直接连接；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作，有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用l298n芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。如图2-2： 图2-2 步进电机l298组合电路原理方案二：采用直流电机配合由双极性管组成的h桥电路。用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；h桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也很高，是一种广泛采用的调速技术，其电路原理简图如图2-3所示。图2-3电机驱动原理简图方案三：l9110驱动电路：l9110 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，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个ttl/cmos兼容电平的输入，可直接与单片机接口，具有良好的抗干扰性；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靠。l9110 被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上。宽电压工作范围2.5v12v。图2-3 驱动芯片l9110组合电路原理图2.4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。对舵机的控制，要达到的目的就是：在任何情况下，总能给舵机一个合适的偏移量，保证小车能始终连贯地沿黑线以最少距离行驶。在舵机的控制方案中，有以下三种方案可供选择：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，不需要复杂的数字计算。在实际应用中，由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。3 智能小车硬件设计3.1智能小车硬件分配智能小车采用at89c52单片机进行智能控制， 开始由手动启动小车， 并复位。能够让小车正常的在黑线上寻迹行走，当有红外遥控信号时，根据信号进入相应的行驶状态，来改变小车的运动状态，在运动过程中由红外光电传感器检测，通过单片机控制小车进行循迹，系统的自动循迹功能通过红外线传感器正前方检测，由单片机控制实现，在小车行驶过程中，通过接收的信号脉冲控制直流电机，以提高系统的静动态性能。本设计的小车硬件设计分为两部分，一部分是机械设计，一部分是电路设计。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、传感器电路设计、电源管理模块、驱动模块、红外遥控控制模块进行介绍。3.2 at89c52rc单片机简介at89c52是51系列单片机的一个型号，它是atmel公司生产的。at89c52是一个低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（ram），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mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元，功能强大的at89c52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。at89c52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（i/o）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，at89c52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(s系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器可有效地降低开发成本。at89c52rc作为本设计的核心芯片如图2所示，是一个低功耗，高性能cmos 8位单片机，兼容标准mcs-51指令系统及80c51引脚结构，isp（在系统可编程）/iap（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口直接下载用户程序，数秒即可完成一片功能强大的微型计算机。at89c52rc可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。图2 at89c52rc单片机3.2.1 at89c52rc单片机的硬件结构at89c52rc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。at89c52rc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。3.2.2 at89c52rc单片机管脚简介at89c52是一个低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（ram），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mcs-51指令系统，片内置通用8位中央 处理器和flash存储单元，功能强大的at89c52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。at89c52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（i/o）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，at89c52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 flash存储器可有效地降低开发成本。 at89c52有pdip、pqfp/tqfp及plcc等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 主要功能特性： 兼容mcs51指令系统 8k可反复擦写(1000次）flash rom 32个双向i/o口 256x8bit内部ram 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24mhz 2个串行中断 可编程uart串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能at89c52rc有40引脚双列直插（dip）、44引脚（plcc）、44引脚（tqfp）封装形式。at89c52rc的引脚功能如图3所示。at89c52rc系列单片机采用了cmos技术制造，它集成度高、速度快、功耗低。3.2.3 at89c52rc单片机的内部存储结构at89c52rc单片机片内总体结构的详细框图如图3所示，主要由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/计数器；1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的串行口；特殊功能寄存器（sfr）；1个片内振荡器和时钟电路。 图3 40引脚双列直插（dip）封装 图4 单片机内部结构简图3.3硬件设计在本设计中电路设计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。3.3.1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pc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的晶振，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。(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。图5 单片机复位电路图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。复位时间计算方式：（r）*（c）=(欧姆）*（法拉）秒r8.2k，c10uf 则延时时间是（8.2*1000）*（10/1000000）0.082秒3.3.2晶振频率at89c52 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚xtal1 和xtal2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图10。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容c1、c2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容c1、c2 虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pf10pf，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pf10pf。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图10 右图所示。这种情况下，外部时钟脉冲接到xtal1 端，即内部时钟发生器的输入端，xtal2 则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2 分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。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，由只需要在单片机的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，因为单片机内部工作 需要时钟，产生机器周期，振荡电容一般选取10-30pf，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6所示。at系列单片机是12分频，如用12m的晶振分频后就是 12m/12=1m 一个指令周期就是 1/1m=1us。这样使单片机具有良好的抗干扰能力。图6 单片机晶振电路图湖南科技大学本科生毕业设计（论文）3.3.3传感器电路寻迹传感器模块的设计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又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）本设计中选用的传感器如图7所示，白色为：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7 红外发射管与红外接收探头本设计中安装了三组红外探头，排成三角形。（2） 传感器电路图如图8所示，详细全图见附录图8 红外发射与接收探头相关的匹配电阻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1.7v2v。所以根据单片机电源减去二极管管压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）。15k的电阻选择是随意选择的，也可以选择10k，20k。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，v1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由电阻转换为电信号。（3）寻迹小车的寻迹原理寻迹小车之所以能够寻迹，主要是由小车下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。所以说当下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，再将转变成的电信号送到单片机由单片机内部的程序来控制小车的运行。那么如何知道是黑线还是白线呢？原来红外光线有一个反射特性。但对于不同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。而对黑色不反光的物体，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黑与白的判断。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，完成黑白线的寻迹功能，还有倒车停车的功能。3.3.4电机驱动模块供电电路：运动系统供电采用双电源分别对电机和控制器供电。考虑到小车是个不断运动的实验设备，采用干电池供电。总的供电系统是有6v的大功率电池储能，经过电压转换单元。由一个6v转为5v对控制单元供电；另一个6v电池直接对电机的供电端连接。供电部分的分析将在后面结合整个系统的供电电路进行详细介绍。电机驱动和控制电路：通过51单片机，控制端口对直流电机的转速和转向来对电机进行控制。直流电机的控制一般由单片机的pwm信号来完成，因为单片机引脚产生的电流很小，不足以驱动需要大电流的电机，所以在这里我们采用电机驱动芯片l9110，让单片机控制他，来间接的驱动电机，他的输入只要一个单片机信号，输出脚可以输出很大的电流。电路图示见图9，管脚定义见表1。 图9 电机驱动电路图序号符号功能1oaa路输出管2vcc电源电压3vcc电源电压4obb路输出管5gnd地线6iaa路输入管教7ibb路输入管教8gnd地线表1 管脚定义表图10 管脚波形图描述：l9110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，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个ttl/cmos兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性;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靠。3.3.5电源管理模块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扰不会影响到逻辑单元和单片机的工作。建议采用充电电池，这样蓄电池的电量就比较充足，并且可以充电，重复使用，具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能，因为干电池电量有限，所以建议不要使用普通干电池，相比而言，时用充电电池价格更加划算，降低了小车制作成本。所以采取此方案。3.3.6串口通讯模块51 单片机有一个全双工的串行通信口，使单片机和计算机之间可以方便地进行通信。电平范围是电路能够安全可靠识别信号的电压范围。cmos 电路的电平范围一般是从0 到电源电压。cmos 电平中，高电平（3.55v）为逻辑1,低电平（00.8v）为逻辑0.rs232 接口的电平范围是-15v 到+15v,rs232 电平采用负逻辑，即逻辑1:-3-15v,逻辑0:+3+15v.单片机的串口是ttl 电平的，而计算机的串口是rs232 电平，要使两者之间进行通信，两者之间必须有一个电平转换电路，即单片机的串口要外接电平转换电路芯片把与ttl兼容的cmos 高电平表示的1 转换成rs232 的负电压信号，把低电平转换成rs-232 的正电压信号。典型的转换电路给出-9v 和+9v.本设计中实现逻辑电平转换可以采用max232 芯片的转换接口：max232 是maxim公司生产的，包含两路驱动器和接收器的rs-232 转换芯片。max232 芯片内部有一个电压转换器，可以把输人的+5v 电压转换为rs-232 接口所需的10v 电压，尤其适用于没有12v 的单电源系统。与此原理相同的芯片还有max202、ad 公司的addt101 以及sil 公司的ic1232 芯片。图 4.6 max232 芯片引脚由于 protues仿真时不需进行电平转换，所以仿真时没有用上max232 芯片电路，但做实物时需进行电平转换，其硬件连线图如图4.7 所示。max232 芯片的t1in 引脚连接at89c51 单片机的p3.1（txd）引脚，max232 芯片的r1out 引脚连接at89c51 单片机的p3.0（rxd）引脚；max232 芯片的t1out 引脚连接db9 针接口的第2 引脚，max232 芯片的r1in 引脚连接db9 针接口的第3 引脚。3.3.7红外发射与接收模块 一、无线遥控原理 一个完整的遥控电路由发射部分和接收部分组成。无线电发射部分，由一个能产生等幅振荡的高频载频振荡器和一个产生低频调制信号的低频振荡器组成。用来产生载频振荡的电路一般有多谐振荡器、互补振荡器和石英晶体振荡器等。由低频振荡器产生的低频调制波，一般为宽度一定的方法。如果是多路控制可以采用每一路宽度不同的方波，或是频率不同的方法去调制高频载波，组成一组组的已调制波，作为控制信号向空中发射。接收电路从工作方式分，可以分成超外差接收方式和超再生接收方式。超外差原理利用本地产生的振荡波与输入信号混频，将输入信号频率变换为某个预定的频率的电路。其优点是：容易得到足够大而且比较稳定的放大量。具有较高的选择性和较好的频率特性。容易调整。缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。超再生电路实际上是一个受控间歇振荡的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡又是在高频振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡和间歇。间歇振荡的频率是由电路的参数决定的。这个频率选低了，电路的抗干扰性能较好，接收灵敏度降低；反之亦然。超再生式接收方式具有电路简单、性能适中、成本低廉的优点所以在实际应用中被广泛采用。红外信号收发系统的典型电路如图所示图1 红外遥控系统2、 一体化红外接收头红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。一体化红外接收头，如图5所示：图5 红外接收头红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头。红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在22uf以上。有的厂家建议在供电脚和电源之间接入330欧电阻，进一步降低电源干扰。三、红外发射电路m50462功能特点m50462ap集成电路用来产生遥控编码脉冲(即遥控指令)，输出各种红外遥控信号，供遥控操作使用。该ic具有3种功能。产生定时信号和遥控载滤信号的振荡器:产生8种不同时间出现的键位扫描脉冲发生器:将键位码变换 (码值变换)成遥控指令功能码的遥控指令编码器。4 智能小车软件设计开始系统初始化执行主程序小车前进电机模式选择电机左转电机反转电机右转n是否偏离跑道控制算法控制算法控制算法返回跑道否返回跑道否返回跑道否nny nyyy图11 整体程序流程图流程图说明：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情况。如果小车偏离跑道，会给单片机一个低电平信号进入电机模式选择，例如：小车往左跑道偏出，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延时时间函数，同时电机左转。直到小车跑回跑道，正常前进。反复的重复这样的动作就可以实现寻迹的功能。判断用户码是否正确y n 开始改变小车运行状态遥控器发出信号ir1接收数据清空数据图12 遥控中断程序流程图判断光敏电阻状态点亮前端led灯无光 熄灭前