目 录
1 前 言 ..................................................................... 7 2 方案设计与论证 ............................................................ 8 2.1 智能行驶方案 ............................................................ 8 2.1.1寻光方案 .............................................................. 8 2.1.2 检障方案 .............................................................. 9 2.2 比较器的选择 ........................................................... 11 2.3 遥控方案的选择 ......................................................... 12 2.4 行车距离检测 ........................................................... 13 2.5 显示系统 ............................................................... 14 2.6 直流调速系统的选择 ..................................................... 15 2.7 前行与倒车的控制 ....................................................... 16 2.8 系统原理图 ............................................................. 17 3 硬件设计 ................................................................. 19 3.1 80C51单片机硬件结构 ................................................... 19 3.2 最小应用系统设计 ....................................................... 20 3.2.1 时钟电路 ............................................................. 20 3.2.2 复位电路 ............................................................. 21 3.2.3 烧写接口电路 ......................................................... 21 3.3 前向通道 ............................................................... 22 3.3.1 前向通道的含义 ....................................................... 22 3.3.2 超声波障碍检测 ...................................................... 22 3.3.4 光源检测电路 ......................................................... 23 3.4 后向通道 ............................................................... 23 3.4.1 PWM脉宽调速 ......................................................... 23 3.4.2 逻辑延时环节 ......................................................... 24 3.4.3 电源的设计 ........................................................... 25 3.5 红外线遥控电路 ......................................................... 25 3.6 显示电路设计 ........................................................... 25 4 软件设计 ................................................................. 20 4.1 设计流程 ............................................................... 20 4.2 软件抗干扰技术 ......................................................... 22 4.2.1 数字滤波技术 ......................................................... 22 4.2.2 软件陷阱技术 ......................................................... 22 4.2.3 “看门狗”技术 ....................................................... 22
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4.3 程序设计 ............................................................... 24 4.3.1 红外解码 ............................................................. 24 4.3.1.1 UPD6121G的编码 .................................................... 24 总 结 .................................................................. 26 附 录 ..................................................................... 27 参考文献 ................................................................... 41 致 谢 ..................................................................... 42
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1 前 言
是一个智能化的时代，各种智能化设备正在逐步替代人为的操作。随着汽车工业的迅速发展，关于智能汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。设计的智能小车能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、红外遥控行驶。
本系统能实现对小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为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍并测量与障碍之间的距离，小车能够的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹和寻光功能。通过对本小车研究，我们可以初步构建智能汽车的模型与理论基础。
对于智能汽车的研究，国内外都有很大的成就，谷歌的无人驾驶汽车，已经能够在高速公路上安全行驶数千公里，在高速行驶下都能有这么好的操控能力，无非是智能汽车领域的一座里程碑。对于智能泊车系统，现在也已经进入了民用领域，很多车型也装配了该系统，有了他，汽车用超声波传感器扫描路面两侧，通过比较停车的空间和车辆的长度，自动寻找合适的停车位。找到合适位置后，驾驶者只需控制刹车，车辆自动控制转向操作，即可将车停进停车位，并且液晶屏会有相应的显示。
本设计选用的80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（PUSH）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。采用40引脚双列直插式DIP（Dual In Line Package），内有128个RAM单元及4K的ROM。80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C51内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振频率。由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心。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。
本设计主要研究内容就是基于80C51设计一部智能小车，小车能够实现自动循迹，自动避障，自动跟随，超声波测量距离，和红外遥控，寻光行驶的智能小车控制系统，包括了对驱动电路，红外通讯等的探索和研究。
本文主要从小车设计方案的选取、硬件设计、软件设计、测试结果方面进行主要论述。在第二章，我们就小车的智能行车、壁障方案的、显示方案、遥控方案、超声波测距方案、直流调速方案、行驶距离测量和倒车与前行方案的选择进行论述。在第三章，我们从单片机的最小系统电路、前向通道、后向通道三个方面对系统的硬件电路进行了论述和分析。在第四章，我们对小车的软件编程方面进行论述，包括如何自纠错，如何提高算法效率。
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2 方案设计与论证
2.1 智能行驶方案
2.1.1寻光方案
为了检测光线的强弱，我们在小车左前方、右前方加了2只光敏传感器，即光敏电阻。光敏传感器根据照射在它上面的光线的强弱，阻值发生变化，输出电压随之变化，通过ADC0809后，得到与光强相对应的数字量，从而引导小车，向光源靠近。不同型号的光敏电阻，暗电阻及亮电阻差别较大，需根据不同参数的光敏电阻，选用不同大小的分压电阻。
光敏电阻：
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；它的特性可以概括为：入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻大致可以分为表2-1几类。
表2-1 光敏电阻的分类
类型 紫外光敏电阻器 红外光敏电阻器 特点 对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。 主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。 可见光光敏电阻器 包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面
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小车行驶时，寻的是自然光源，所以本设计的寻光传感器选择上面选择了可见光光敏电阻作为光线传感器，同时也排除了红外遥控对于寻光行驶的影响。
常用的光敏电阻器有MG41~MG45系列，主要参数如表2-2所示，根据小车系统的参数和缩小体积的原则，我们选用了MG44-2型光敏电阻，该型号体积小，额定功率也能达到小车的系统要求。
表2-2 常用光敏电阻的参数
2.1.2 检障方案
2.1.2.1 传感器的比较
识别障碍的首要问题是传感器的选择，下面对几种传感器的优缺点进行说明（见表2.2）。探测障碍的最简单的方法是使用超声波传感器，它是利用向目标发射超声波脉冲，计算其往返时间来判定距离的。该方法被广泛应用于移动机器人的研究上。其优点是价格便宜，易于使用，且在10m以内能给出精确的测量。
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