淮南师范学院2013届本科毕业论文
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图3.1 AT89C51单片机
AT89C51实物图和引脚图如图3.1，其主要特性如下表3.1：
表3.1 AT89C51特性
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 AT89C51主要特性 兼容MCS-51的指令集和输出管脚 拥有4Kbite可编程可擦除只读存储器 可循环擦除/写入1000次 10年的数据保留时间 全静态工作频率0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 128×8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 闲置和掉电模式-低功耗 拥有片内振荡器和时钟电路 由于AT89C51单片机要能正常工作必须要有时钟和复位电路等构成单片的最小运行环境，为此本系统的最小控制电路如图3.2所示：
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引用网络图片
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自动寻迹、避障智能小车设计
图3.2 单片机最小系统
3.2 复位电路
在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞（运行不正常）或死机（停止运行）时，就需要进行复位。MCS-5l 系列单片机的复位引脚RST（ 第9 管脚） 出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST一直保持高电平，那么单片机就无限循环复位[8]。
复位模式基本包括上电自动复位和开关复位。这两种复位方式如图3.3所示,在上电瞬间，电容两端电压不能突变，且电容负极和reset相连，此时电压全部加在电阻上，rest引脚电压为高电平，芯片复位。随后，5V电源开始给电容充电，电阻上的电压逐渐降低至接近0V，芯片正常工作。
图3.3 复位电路 图3.4 晶振系统
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在并联电容器两端的复位按钮，在复位按钮不压在电路上电复位芯片，在正常工作时，按下按钮，RST引脚的高水平，手动复位的效果。复位按钮并联在电容的两端，当复位按钮未被按下的时候电路实现上电复位，在单片机正常工作后，通过复位按钮使RST引脚出现高电平，达到复位的效果。通常，在RST引脚上输入10ms以上的高电平，就可以使单片机复位[9]。图中所示的复位电阻和电容只是常用值，实际可以根据需要采用同一数量级的电阻和电容代替。 3.3 时钟电路
时钟电路是用来产生AT89C51单片机工作时所必须的时钟信号，AT89C51本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现，AT89C51在唯一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作，时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。通常时钟由于两种形式：内部时钟和外部时钟[10]。
我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号，如图3.4所示。AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容，便构成了一个自激励振荡器。
电路中的C1、C2的选择在30PF左右，但电容太小会影响振荡的频率、稳定性和快速性。晶振频率为在1.2MHZ~12MHZ之间，频率越高单片机的速度就越快，但对存储器速度要求就高。为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的NPO电容，采用的晶振频率为12MHZ。 3.4 寻迹模块
小车循迹，我们通常采用红外检测的方法，红外检测法是通过黑线和白色对红外线的吸收效果不同，当红外光线射到白色底板时，会发生漫反射反射到智能车的接受管上，
而射到黑线则会被吸收不会产生发射，智能车红外接收管就接收不到。故，整个智能车通过红外接收管是否接收到红外线来判断黑线和白线的[11]，从而实现循迹。但需要主要的是，红外传感器的检测距离有限，一般在3cm之内。红外光电传感器由1个红外发射管（发射器）和1个光电二极管（接收器）所构成。
本次设计，红外光电传感器我们采用是的ST188，其是由发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管构成，它使用的非接触式检测方式，且检测距离范围较大，一般为4~13mm。
寻迹传感器红外光电对管ST188实物及内部结构图如下图所示：
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图3.5 ST188结构与实物图
3.5 避障模块
本设计避障模块选用的是集成模块E18-D50NK，该传感器是一中红外光电管。这是一种集发射与接收于一体的光电式传感器，其检测距离可以根据我们的需要进行调节。
此传感器探测距离远，抗干扰性强，且价格低廉，容易使用，已在机器人行业中得到广泛应用，是我们避障功能设计的最佳选择。该传感器实物图如图3.6：
图3.6 E18-D50NK传感器 图3.7 声音传感器
该传感器原理：前方无障碍输出高电平(1)，有障碍输出口（黄色）电平会从高电平变成低电平(0)，工作原理已经标在图上了。背面图有一个电位器可以调节障碍的检测距离。 3.6 声控模块
通过声音传感器（如图3.7）检测当前是否有语音命令，来控制小车的行驶与停止，从而达到声控的效果。声音传感器的阈值，我们可以通过人工设置，来调节阈值的大小，从而降低外界的干扰，保证系统的正常检测。 3.7 H桥电机驱动
图3.8中所示为一个典型的直流电机控制电路。因其形状酷似H字母，故人们称其
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为“H桥驱动电路”。H桥驱动电路，由4个三极管和一个电机构成[12]。只有导通对角线上成对的三极管，才能使电机正常运转。
图3.8 H桥驱动电路
根据不同三极管对的导通情况，电流的流向也不同，可能从左至右，也可能从右至左，由于流过电机的电流方向的不同，故电机的转向也会不同。
如图3.9所示，当Q1管和Q4管这对三极管导通时，电流则会由电源正极经Q1从左向右流过电机，最好经Q4回到电源负极。如图中电流指向所示，此流向的电流则会驱动电机沿顺时针方向转动。若Q2和Q3这条对角线上的三极管导通时[13]，电流从右向左流过电机，此时则会驱动电机沿另一方向转动。
图3.9 桥电路驱动电机顺时针转动 图3.10 H桥驱动电机逆时针转动
而L298N内部集成了H桥式驱动电路，从而我们采用L298N电路来驱动电机。通过单片机给予L298N电路PWM信号来控制小车的速度，起停，保证小车的循迹、避障等功能，为整个小车的运行垫底基础。其引脚图如3.11驱动原理图如图3.12。
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