30 福 建 电 脑 福 建 电 脑 福 建 电 脑 2009 年第 12 期 基于 AT80C51 单片机的智能小车设计 王应军袁 赵晨萍袁 刘文闯 渊 河南科技学院 河南 新乡 453003 冤 揖摘 要铱院 采用 AT80C51 单片机为控制核心袁设计了一辆智能小车并对其功能进行测试袁利用红外遥控实现小车的启 停和转弯曰利用超声波传感器检测道路上的障碍袁实现了小车的红外遥控控制尧避免撞到障碍物尧行车时间和里程的数码显 示三大功能遥 整个系统的电路结构简单袁可靠性能高袁测试结果满足功能要求遥 揖关键词铱院 智能小车袁单片机袁AT80C51袁红外遥控 0尧引言 随着汽车工业的迅速发展袁 关于汽车的研究也就越来越受 人关注[1]遥 全国电子大赛和各省电子大赛几乎每次都有智能小车 这方面的题目袁全国各高校也都很重视该课题的研究袁可见其具 有重要的研究意义遥 智能小车是一个集环境感知尧规划决策尧自 动行驶等功能于一体的综合系统, 它集中地运用了计算机尧传 感尧信息尧通信尧导航尧人工智能及自动控制等 技术,是典型的高 新技术综合体[2]遥 本设计的智能小车实现了实时显示时间尧里程袁 红外线遥控控制袁自动避障三大功能遥 1尧系统硬件电路设计 系统功能原理图如图 1 所示遥 据两个脉冲信号发生的先后顺序与两个光电耦合器的位置关 其及时获取距障碍物的距离信息渊距离和方向冤遥 测距电路包括 发射电路和接收电路遥 其工作原理为院超声波发射器向某一方 向发射超声波袁在发射的同时开始计时袁超声波在空气中传播袁 途中碰到障碍物就立即反射回来袁超声波接收器收到反射波就 立即停止计时遥 超声波在空气中的传播速度为 340m/s袁根据计 时器记录的时间 t袁就可以计算出发射点距障碍物的距离 s袁即院 s=340t/2遥本系统发射电路的基本要求就是能由单片机控制并产生稳 定的 40KHz 方波袁而接收电路的要求就是把接收到的信号进行 放大到足以引起单片机的外部中断袁使其来控制小车的后续动 作遥 1.2 行车距离检测电路 由于红外检测具有反应速度快尧定位精度高袁可靠性强以及 可见光传感器所不能比拟的优点袁故采用红外光电码盘测速方案遥 为实现可逆记数功能袁我们在测距仪中并列放置了两个槽 型光电耦合器袁遮光盘先后通过凹槽可产生两个脉冲信号遥 根 系袁即可计算出玩具车的行驶方向渊前进或后退冤遥 其测距原理 为院将光栅安装在电机轴上袁当电机转动时袁光栅也随之转动袁同 时安装在光栅一侧的红外发光二极管点亮袁在光栅另一侧的红 外三极管用于接收红外发光二极管发出的红外线信号遥 由于光 栅随电机高速转动袁则红外线三极管接收到的就是一系列脉冲 信号遥 将该信号传输到 AT80C51 单片机的内部计数器计数袁根 据预先实测的数据换算关系即可计算出小车的行车距离遥 1.3PWM 调速电路 为顺利实现电动小汽车的左转和右转袁本设计采用了可逆 PWM 变换器遥 可逆 PWM 变换器主电路的结构式有 H 型尧T 型 等类型遥 本设计中采用了常用的双极式 H 型变换器袁它是由 4 个三极电力晶体管和 4 个续流二极管组成的桥式电路遥 的电压比较器遥 运算放大器工作在开关状态袁稍微有一点输入 信号就可使其输出电压达到饱和值袁当输入电压极性改变时袁输 出电压就在正尧负饱和值之间变化袁这样就完成了把连续电压变 成脉冲电压的转换作用遥 加在运算放大器反相输入端上的有三 个输入信号遥 一个输入信号是锯齿波调制信号袁另一个是控制 电压袁其极性大小可随时改变袁与锯齿波调制信号相减袁从而在 运算放大器的输出端得到周期不变尧脉宽可变的调制输出电压遥 只要改变控制电压的极性,也就改变了 PWM 变换器输出平均电 压的极性,因而改变了电动机的转向遥 改变控制电压的大小袁则 调节了输出脉冲电压的宽度袁从而调节电动机的转速遥 只要锯 齿波的线性度足够好袁输出脉冲的宽度是和控制电压的大小成 正比的遥 1.4 显示电路[3] 数码管由于显示速度快袁使用简单袁显示效果简洁明了而得 到了广泛应用[8]遥 本设计采用 8 片 74LS373 控制渊下转第 39 页冤 脉宽调制器本身是一个由运算放大器和几个输入信号组成 图 1 系统功能原理图 图 2 主程序流程图 智能小车采用 AT80C51 单片机进行智能控制遥 开始由手 动启动小车袁并复位袁当有红外遥控信号时袁根据信号进入相应 的行驶状态遥 在运动过程中由超声波传感器和红外光电传感器 检测袁通过单片机控制小车开始记数显示并避障曰系统的自动避 障功能通过超声波传感器正前方检测袁由单片机控制实现曰在小 车行驶过程中袁采用双极式 H 型 PWM 脉宽调制技术袁以提高系 统的静动态性能曰采用动态共阴显示行驶时间和里程遥 1.1 超声波测距电路 为了使智能小车能自动避障行驶袁就必须有测距电路袁以使 基金项目院河南科技学院校选项目基金资助渊06060袁06055冤 

2009 年第 12 期 福 建 电 脑 福 建 电 脑 39 课程实践和综合实践基础上在假期社会实践机会集合毕业设计 科学复合型高级人才的一个重要环节遥 该环节教育质量的优劣 直接影响四年本科教育的水平遥 通过毕业设计使学生能够达到 专业培养目标的要求袁大四上学期就组织学生教师见面会袁毕业 设计课题方向由学生自己根据自身特点爱好选题曰 学生在掌握 课题方向具有针对性地进行调查研究袁 做好毕业设计的基础工 作袁提高毕业设计的质量遥 在毕业设计中学生与教师的实际科学 研究相结合袁将教师的科学研究与学生的培养有机地结合起来袁 让学生从当一份工作了解科研工作的方法袁 使得学生在毕业后 能够尽快地参与和承担理论研究与实践应用研究袁为社会所用遥 3.2 在实践教学培养目标上袁 更注重适应社会对专业人才 培养多元化的需求袁 开设跨学科复合课程袁 全面提高学生的综 合素质遥在实践教学内容方面袁应遵循拓宽口径尧打好数学基础尧通 才教育的原则遥 扎实的数学基础是非常重要的袁 这是本专业区 别于计算机专业学生的主要特点袁 也是本专业学生受欢迎尧具 有竞争力的主要原因遥 同时袁为实现课程间的相互联系尧协调和渗透袁我们对实践 教学内容进行了改革遥 开设跨学科复合课程(信息类尧数学建模尧 经济尧金融等)袁 重点是培养学生的分析问题尧解决问题的能力袁 提高学生的综合素质遥 3.3 在实践教学培养理念上袁 更加注重体现地方特色遥 根 据海峡西岸经济区的人才需求大环境袁结合本地的人才需求袁学 校的具体情况探索有专业特色的办学理念遥 经过 20 余年的发展袁闽南地区已成为中国经济最为活跃的 区域之一遥 信息与计算科学专业的培养目标应根据区域企业对 信息类人才的需求情况袁结合学校实际办学条件来定位遥 最近国 务院通过关于支持福建加快建设海峡西岸经济区意见袁 要求把 经济区作为两岸合作先行先试区域袁建交流合作前沿平台遥 根据 海峡西岸经济区的人才需求大环境袁结合泉州尧厦门本地的人才 需求袁 促使我们要根据本地经济发展特色及时调整专业建设目 标袁改革教学课程体系袁为企业输送合格的专业人才袁满足区域 经济尧社会发展和就业市场需要遥 3.4 拓展空间袁建立和完善大学生科技活动机制 渊上接第 30 页冤 数码管作显示器,并具有双重功能,在小车不行驶时显示年月和 时分曰 当小车行驶时袁 分别显示时间和行驶距离遥 通过对 74LS373 的锁存使能端进行控制来实现对 8 个数码管的显示和 更新遥 2尧系统软件设计[4][5] 本设计系统软件采用模块化结构袁由主程序﹑定时子程序尧 避障子程序﹑中断子程序尧显示子程序﹑调速子程序﹑算法子程序 构成遥 主程序流程图如图 2 所示遥 其中院 避障中断服务子程序完成对超声波探测器产生的外 部中断进行处理袁如果超出预定的危险距离就左转进行避障遥 处理袁对不同的遥控信号产生相应的控制信号遥 在定时中断服务子程序袁完成定时与里程的计算遥 3尧系统功能测试 本设计是以 AT80C51 为核心袁经过调试袁小车基本上可 以 实现红外遥控控制尧遇到障碍物时减速左转避障尧前进尧后退尧左 遥控中断服务子程序完成对遥控信号产生的外部中断进行 课外科技活动可以巩固尧加深尧扩展课堂教学的内容袁 扩展 知识面袁 开拓视野袁 培养和锻炼学生的社会活动能力以及自我 学习的能力袁 提高学生的综合素质与创新能力等遥 根据专业特点袁我系组织丰富多彩的大学生科技文化活动袁 为广大学生开动脑筋尧勤于思考尧营造良好的氛围袁如参加全国" 数学建模"大赛尧"程序设计"大赛尧"网页设计"大赛等遥 通过大学 生科技文化节袁 倡导和培养大学生积极探索尧勇于创新的精神遥 通过开展内容丰富的课外科技活动袁 学生接触和学到的知识大 大超过教材尧课堂所获取的知识量袁能让学生的思维活跃起来遥 与多学科发生联系袁提高了学生的综合素质遥 4尧结束语 从近几年的实践教学来看袁 我们的实践教学取得了较满意 的效果遥 四位一体实践教学体系袁使学生实践能力培养全程化遥 通过实践教学环节袁让学生接触实际袁在实践中学习袁使学生的 实践能力得到显著提高遥 同时袁四位一体实践教学体系更适应社 会对专业人才培养多元化的需求袁更加注重体现地方特色袁对人 才培养和提供高素质的复合型人才起了越来越大的作用遥 当然袁 随着实践经验的增加袁我们将与时俱进袁根据信息与计算科学专 业的特点袁继续进行探索和研究袁办出自己的专业特色遥 参考文献院 2007 年第 4 期遥 1.李苏北.遥 信息与计算科学专业实践教学改革初探遥 徐州教育学院学报 [J]袁2008袁23(3)遥 2.许峰袁方贤文袁许志才遥 信息与计算科学专业教学体系的实践与探索 [J]遥 高等理科教育袁 3.戴祖旭袁刘吉定袁张彦铎袁江世宏遥 谈谈对信息与 计算科学专业的认 识遥 大学数学 [J](社会科学版)袁2004袁20(6)遥 4. 谢平袁林洪彬遥 工科专业课教学中创新精神与实践能力的培养遥 教 学研究[J]袁2007袁30(2)遥 5.宋海农 朱红祥 周永信 王双飞遥 改革专业实验教学内容袁提高 工科学生创新实践能力遥 高教论坛[J]袁2006袁12(6)遥 6.信息与计算科学专业教学规范(试行稿)[J]. 大学数学,2003,19(1): 6 -10. 7.教育部数学与统计学教学指导委员会数学类指导分委员会. 关于叶信 息与计算科学曳专业办学现状与专业建设相关问题的调查报告[ J]. 大 学数学,2003,19(1):1- 5 右转尧显示行车时间和里程等功能遥 但有些功能还需改进袁比如 小车的调速系统反应时间还有待缩短等遥 4尧结语 本文给出了基于高性能单片机 AT80C51 的智能小车的硬 件和软件模块设计遥 采用单片机作为核心处理芯片袁具有编程灵 活尧易于控制尧稳定性好尧扩展方便的优点遥 整个系统采用模块化 设计袁使得系统具有良好的可升级性和扩展性遥 参考文献院 1.齐英鑫.基于 80C51 单片机的智能电动小车[J].科技信息袁2008渊31冤院 36-37. 2.寸晓非.基于 16 位单片机的智能小车设计[J].荆门职业技术学院学报袁 2008袁23渊3冤院38-42. 3.董涛袁刘进英袁蒋苏.基于单片机的智能小车的设计与制作[J].计算机测 量与控制袁2009袁17渊2冤院380-382. 4.电子工程师论坛 [EB/OL].http://pdf.18ic.com/bbs_index.html. 5.21ic 中国电子网[EB/OL].http://www.21ic.com 

基于AT80C51单片机的智能小车设计 王应军， 赵晨萍， 刘文闯 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： 参考文献(5条) 河南科技学院,河南,新乡,453003 福建电脑 FUJIAN COMPUTER 2009，(12) 0次 1.齐英鑫.基于80C51单片机的智能电动小车[J].科技信息,2008(31):36-37. 2.寸晓非.基于16位单片机的智能小车设计[J].荆门职业技术学院学报,2008,23(3):38-42. 3.董涛,刘进英,蒋苏.基于单片机的智能小车的设计与制作[J].计算机测量与控制,2009,17(2):380-382. 4.电子工程师论坛[EB/OL].http://pdf.18ic.com/bbs_index.html. 5.21ic中国电子网[EB/OL].http://www.21ic.com 相似文献(10条) 1.期刊论文 冯玉爽.罗中明.王黎黎.FENG Yu-shuang.LUO Zhong-ming.WANG Li-li 基于SPCE061A单片机的语音智能小车设计 -哈尔滨理 工大学学报2009,14(z1) 介绍了一种语音智能小车控制系统的设计.该系统方案以凌阳SPCE061A单片机为基础,实现对智能小车的语音控制.给出了系统的硬件构成,简述了SPCE061A 单片机的内部资源,分 析了语音识别的基本原理,从软件设计角度具体阐述了特定人语音识别在智能小车上的实现过程.实验表明这种应用是成功的. 2.期刊论文 张震宇.王华.于爱华.ZHANG Zhen-yu.WANG Hua.YU Ai-hua 基于SPCE061A语音单片机的智能小车的控制 -浙江科技学院学报 2007,19(1) 介绍一种智能小车控制系统的设计.该系统方案以SPCE061A单片机为基础,实现对智能小车的语音控制.文中给出了系统的硬件构成,简述了SPCE061A单片机的内部资源,分析了语 音识别的基本原理,从软件设计角度具体阐述了特定人语音识别在智能小车上的实现过程.实验表明这种应用是成功的. 3.期刊论文 董涛.刘进英.蒋苏.Dong Tao.Liu Jinying.Jiang Su 基于单片机的智能小车的设计与制作 -计算机测量与控制2009,17(2) 主要介绍了一种具有红外遥控、自动避障、智能寻径等功能的智能小车的设计与制作;该车以玩具小车为车体,直流电机及其控制电路为整个系统的驱动部分,STC89C52单片机为 整个系统的控制核心,采用IRM-2638红外一体接收头接收控制信号实现对小车的遥控,加以多种传感器以实现小车的自动避障与智能寻径等功能;为了可以实时观察小车状态,还配备了 两块数码显示管以显示小车状态;该小车工作稳定,可用于各种机器人比赛. 4.学位论文 孙颖 基于路径规划的智能小车控制系统研究 2007 智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是智能交通系统的一个重要组成部分。它在军事、民用、太空开发等领域有着广泛的应用前景。 本文对智能小车的控制系统进行了研究，设计实现一个基于路径规划处理的智能小车控制系统。 本文概要介绍了与智能小车相关的智能车辆领域的国内外研究现状，系统介绍 了智能小车控制系统的基本功能，给出了系统的总体设计方案与各功能模块的设计思路，并详细介绍了智能小车上位机系统与下位机系统的设计与实现。上位机系统利用AutoCAD二 次开发工具处理小车路径，下位机系统以凌阳单片机SPCE061A板作为核心处理器。 本文重点研究了智能小车路径的处理和步进电机的控制。路径处理以AutoCAD为工具进行二 次开发，用户可以启动AutoCAD软件，在其中打开或绘制路径图形，拾取小车路径的起始图元，对路径处理后得到控制小车行驶所需的位移和转角数据。电机控制选用凌阳十六位单 片机SPCE061A板为核心处理器，以开环控制方式驱动步进电机工作。 本文所设计的智能小车控制系统是将机械CAD/CAM技术应用在智能控制领域的一个尝试，可实现对任意无 碰路径曲线的跟踪。它对智能车辆控制系统的试验研究与应用有着重要的价值。 5.期刊论文 王鹏.孙加存.WANG Peng.SUN Jia-cun 基于PIC单片机的简易智能小车的设计 -苏州市职业大学学报2008,19(2) 以PIC单片机为控制核心,使用多种传感模块进行检测的智能小车设计方法,实现了小车自动寻迹、障碍物避让和非平整路面自动寻找水平点等功能.实验结果表明,该智能小车具 有很好的识别与检测的能力,具有定位精度、运行稳定可靠的特点. 6.期刊论文 寸晓非.CUN Xiao-fei 基于16位单片机的智能小车设计 -荆门职业技术学院学报2008,23(3) 给出了一套智能小车的设计方案.该小车通过16位单片机SPCE061A进行调控,结构简单,电机控制快速准确,行走稳定,并具有语音播放功能.对于其系统组成做了分类介绍,给出了 相关软件设计方案. 7.期刊论文 游雨云.丁志勇 单片机PWM信号控制智能小车的实现方法 -技术与市场2009,16(12) 本文介绍了使用51单片机的输出端口产生四路占空比可调的PWM信号,驱动四轮两路智能小车的软件实现方法.程序中T0定时器采用中断的方式控制PWM信号的频率,T1定时器采用 查询的方式控制PWM信号的占空比;并通过单片机自带的串行口接收主机传输过来的控制智能小车运动方向和速度(即占空比)的信号,方便、及时、可靠、简洁地控制智能小车的运动 状态. 8.期刊论文 田拓.郭中华.丁帅华.杭默涵.TIAN Tuo.GUO Zhong-hua.DING Shuai-hua.HANG Mo-han 基于AT89C52单片机智能小车的设计 -宁夏工程技术2005,4(4) 设计了一种基于AT89C52单片机为检测和控制核心的智能小车.以反射光耦为核心的传感器自动检测黑线,通过软件对其行进路线进行控制调节;投币识别系统采用磁芯和光电传感 器识别金属硬币;采用线圈感应金属模式实现站点识别.同时,设置了16×16的点阵,滚动显示预先设置的站名和每次投币的钱数,在启动和停靠时有蜂鸣提示.该系统的制作已在实验室 完成,可为发展机器智能系统提供一个研究平台. 9.期刊论文 程志江.李剑波.Cheng Zhijiang.Li Jianbo 基于遗传算法的智能小车模糊控制系统的研发 -自动化仪表2009,30(8) 基于遗传算法的智能小车模糊控制系统具有道路检测和跟随功能.该系统以飞思卡尔公司生产的16位单片机MC9S12DG128B为控制核心,同时配以红外光电传器、测速装置等外围设 备.使用遗传算法工具箱对模糊控制器的隶属度函数进行了优化,并确定了模糊控制器的参数.此外,开发了模糊控制程序,实现了直道、蛇形弯道以及大半径弯道这3种典型道路的自动 驾驶.运行效果表明,智能车对任意道路具有较好的跟随性和较高的车速. 10.期刊论文 汪明健.李德骏.马孝辉 图书馆自动循迹智能小车控制系统设计 -科技创新导报2009(22) 本文主要研究的是以HCS12单片机为核心控制器的应用于图书馆的智能车系统,采用多个传感器进行信息的采集,运用发射接收为一体的红外传感器设计路径检测模块,通过对小车 速度的控制,使小车能按照任意给定的黑色引导线平稳地寻迹.并能够把所要运送的书籍自动准确送到图书馆管理员所设定的位置,大大减轻了工作人员的体力.此外,本文详细分析了 PID算法在舵机控制和速度控制中的应用,使智能小车能更加准确的在曲折道路上畅通无阻. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_fjdn200912019.aspx 下载时间：2010年3月15日