30 福 建 电 脑 2009年第 12期 基 于 AT80C5 1单片机 的智能小 车设计 王 应 军 ，赵 晨 萍 ，刘 文 闯 (河 南科技 学 院 河 南 新 乡 453003) 【摘 要 1： 采用 AT80C51单片机为控 制核 心，设计 了一辆智能小车并对其 功能进行测试 ，利 用红 外遥控 实现小车的启 停 和 转 弯 ：利 用 超 声 波传 感 器检 测 道路 上 的 障碍 ，实现 了小 车 的 红 外 遥 控 控 制 、避 免 撞 到 障 碍 物 、S-i-~ 时 间 和 里 程 的 数 码 显 示三大功能。整个 系统的电路结构简单，可靠性 能高．测试结果满足功能要 求。 【关 键 词 】： 智能 小 车 ，单 片机 ，AT80C51，红 外 遥控 O 引 言 其 及 时 获 取距 障 碍物 的距 离 信 息 (距离 和 方 向 )。测 距 电路 包 括 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fl1 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 ．全 国 各 高校 也 都很 重 视 该 课题 的研 究 。可见 其 具 有 重 要 的研 究 意义 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 发射 电路 和接 收 电路 。其 工 作原 理 为 ：超 声波 发 射 器 向某 一 方 向发 射超 声 波 ．在 发 射 的 同时 开始 计 时 ，超 声 波 在空 气 中传 播 ， 途 中 碰 到障 碍 物 就立 即 反射 回来 ．超 声 波接 收 器 收 到反 射波 就 立 即 停止 计 时 超 声 波在 空 气 中的 传播 速 度 为 340m／s，根 据计 时 器记 录的 时 间 t．就 可 以 计算 出发 射 点距 障 碍 物 的距 离 s，即 ： 感 、信 息 、通 信 、导 航 、人 工 智 能 及 自动 控 制 等 技 术 ，是 典 型 的 高 新技 术 综 合体 本 设 计 的智 能 小 车实 现 了 实 时显 示 时 间 、里程 ， 红外 线 遥 控控 制 ．自动 避 障 三大 功 能 。 1、系统 硬 件 电路 设 计 系统 功 能 原理 图 如 图 1所 示 ^ }DC51 1竺 l ~71rALI ～ I U AD I ~ ． L且 豇而 0 — 丑 墩 墨 ： 嚣溺 臣 ￡ { 犏 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 。开 始 由手 动 启动 小 车 ．并 复位 ，当有 红 外 遥 控信 号 时 。根 据信 号 进 入相 应 的行 驶 状 态 在 运 动过 程 中由超 声 波 传感 器 和 红外 光 电 传 感器 检 测 ，通 过 单 片 机控 制 小 车开 始 记数 显 示 并避 障 ：系统 的 自动避 障 功能 通 过超 声 波传 感 器 正 前方 检 测 ，由单 片机 控 制实 现 ；在小 车行 驶 过 程 中 ，采 用 双 极式 H 型 PWM 脉 宽 调 制技 术 。以提 高系 统 的静 动态 性 能 ：采 用 动态 共 阴显 示 行 驶 时 间和 里 程 。 1．1超 声 波 测距 电路 为 了使智 能 小 车 能 自动 避 障行 驶 ，就 必 须有 测 距 电路 ．以使 基 金 项 目：河 南 科技 学 院校 选 项 目基 金 资助 (06060，06055) s=340t／2。 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 ．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 ．使 其 来 控 制小 车 的后 续 动 作 。 1．2行 车 距 离检 测 电 路 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。 为 实 现 可逆 记数 功 能 ．我 们 在 测距 仪 中并 列放 置 了 两个 槽 型 光 电耦 合 器 ．遮 光 盘先 后 通 过 凹槽 可 产 生 两个 脉 冲信 号 。 根 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 系 ，即 可计 算 出玩具 车 的 行驶 方 向 (前 进 或 后退 )。其 测 距 原理 为 ：将 光栅 安 装 在 电机 轴 上 ，当电 机转 动 时 ，光 栅 也 随之 转动 ，同 时安 装 在 光栅 一 侧 的红 外 发 光 二极 管 点 亮 ．在 光栅 另 ～ 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 。由 于光 栅 随 电 机高 速 转 动 ．则红 外 线 三极 管 接 收 到 的就 是 一 系列 脉 冲 信 号 。将 该 信 号传 输 到 AT80C51单 片机 的 内 部计 数 器计 数 ，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 。 1．3 PWM 调 速 电路 为顺 利 实 现 电动 小 汽 车 的左 转 和 右转 ．本 设 计 采用 了可 逆 PWM 变 换 器 。可 逆 PWM 变 换 器 主 电路 的 结构 式 有 H 型 、T型 等 类 型 本设 计 中 采用 了常 用 的 双极 式 H 型变 换 器 ，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 。 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 的 电 压 比较 器 。运 算 放 大器 工 作 在 开关 状 态 ，稍 微 有 一点 输 入 信 号 就可 使 其 输 出 电压 达到 饱 和 值 。当输 入 电压 极 性 改变 时 ．输 出 电 压就 在 正 、负 饱 和值 之 间 变 化 。这样 就 完 成 了把 连 续 电 压变 成脉 冲电 压 的转 换 作用 。加 在 运算 放 大 器 反 相输 入 端 上 的有 三 个输 人信 号 。 一个 输 入信 号 是 锯 齿 波调 制 信 号 ，另 一 个是 控 制 电 压 ，其极 性 大 小 可随 时 改 变 。与锯 齿波 调 制 信 号相 减 ．从 而 在 运算 放 大 器 的 输 出端得 到周 期 不 变 、脉 宽 可变 的调 制输 出 电压 。 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 。改 变 控制 电压 的大 小 。则 调节 了输 出脉 冲电 压 的宽 度 ．从 而 调 节 电动 机 的转 速 。只要 锯 齿 波 的线 性度 足 够 好 ．输 出脉 冲的 宽 度是 和 控 制 电压 的大 小 成 正 比 的。 1．4显 示 电 路131 数 码 管 由于 显 示速 度 快 ．使 用 简 单 。显示 效 果 简 洁 明 了 而得 到 了 广泛 应 用嗍。本设 计 采 用 8片 74LS373控 制 (下 转 第 39页 ) 

2009年 第 l2期 福 建 电 脑 39 科 学 复 合 型 高 级 人 才 的一 个 重 要 环 节 。 该 环 节 教 育 质 量 的 优 劣 直 接影 响 四年 本 科 教 育 的水 平 通 过 毕 业设 计使 学 生 能 够 达 到 专 业 培 养 目标 的要 求 ．大 四 上 学 期 就 组 织 学 生 教 师 见 面 会 ．毕 业 设 计 课 题 方 向 由 学生 自己根 据 自身 特 点 爱好 选 题 ：学 生 在 掌握 课 外 科 技 活 动 可 以巩 固 、加 深 、扩 展 课 堂教 学 的 内容 ．扩 展 知 识 面 ．开 拓 视 野 ．培养 和锻 炼 学 生 的社 会 活 动 能力 以 及 自我 学 习 的 能力 ，提 高学 生 的综 合 素 质 与 创新 能力 等 。 根 据 专 业 特 点 ．我 系组 织 丰 富多 彩 的 大 学 生 科 技 文 化 活 动 ． 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 为 广 大 学生 开 动 脑 筋 、勤 于思 考 、营 造 良好 的 氛 围 ，如参 加 全 国 ” 课 题 方 向具 有 针 对 性 地 进 行 调 查 研 究 ．做 好 毕 业 设 计 的 基 础 工 作 ，提 高 毕 业 设 计 的 质量 。在 毕 业 设 计 中学 生 与教 师 的 实际 科 学 数 学 建 模 ”大 赛 、”程 序 设 计 ”大 赛 、”网页设 计 ”大赛 等 。通过 大学 生 科 技 文 化 节 ，倡 导 和 培 养 大 学 生 积极 探 索 、勇 于创 新 的 精 神 。 研 究相 结 合 ，将 教 师 的科 学 研 究 与 学 生 的培 养 有 机地 结 合 起 来 ． 让 学 生从 当一 份 工 作 了解 科 研 工 作 的方 法 ．使 得 学 生 在 毕 业 后 通 过 开 展 内容 丰 富 的课 外 科 技 活 动 ．学 生 接 触 和 学 到 的 知 识 大 大 超 过 教 材 、课 堂 所 获 取 的 知 识 量 ．能 让 学 生 的 思 维 活 跃 起 来 。 能 够尽 快地 参 与 和 承 担 理 论 研 究 与 实 践应 用 研 究 ．为社 会 所 用 3．2 在 实 践 教 学 培 养 目标 上 ．更 注 重 适 应 社 会 对 专 业 人 才 培 养 多 元 化 的 需 求 ，开 设 跨 学 科 复 合 课 程 ．全 面 提 高 学 生 的 综 合 素质 。 在 实 践 教 学 内 容 方 面 ．应 遵 循 拓 宽 口径 、打 好 数 学 基 础 、通 才 教 育 的原 则 。 扎 实 的数 学 基 础 是 非 常 重 要 的 ．这 是本 专业 区 别 于 计 算 机 专 业 学 生 的 主 要 特 点 ．也 是 本专 业 学 生 受 欢 迎 、具 有 竞 争力 的主 要 原 因 与 多 学 科 发 生联 系 ，提 高 了学 生 的综 合 素 质 。 4、结 束 语 从 近几 年 的 实 践 教 学来 看 ．我 们 的 实 践 教 学 取 得 了较 满 意 的 效 果 。四 位一 体 实 践 教 学 体 系 ．使 学 生实 践 能 力 培 养 全 程 化 通 过 实 践 教 学 环 节 ，让 学 生 接 触 实 际 ．在 实 践 中学 习 ，使 学 生 的 实 践 能 力 得 到显 著 提 高 。同 时 。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 ．更 加 注重 体 现 地 方 特 色 ．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 当然 ． 同 时 ，为 实 现 课 程 问 的相 互 联 系 、协 调 和 渗 透 ，我 们 对 实 践 教 学 内容 进 行 了改 革 。开设 跨 学 科 复合 课 程f信 息 类 、数 学 建 模 、 随 着 实 践经 验 的增 加 ．我们 将 与 时 俱 进 ．根 据 信 息 与计 算科 学专 业 的 特 点 ．继 续 进 行 探 索 和研 究 ．办 出 自己的 专 业 特 色 。 经 济 、金 融 等)，重 点 是 培 养 学 生 的 分 析 问题 、解 决 问题 的 能 力 ， 提 高学 生 的 综 合 素 质 参 考 文 献 ： 3-3 在 实 践 教 学 培 养 理 念 上 ．更 加 注 重 体 现 地 方 特 色 。 根 据 海 峡 西 岸 经 济 区 的人 才需 求 大 环境 ．结 合 本 地 的 人 才需 求 ．学 校 的具 体 情 况 探 索 有专 业 特 色 的 办学 理 念 经 过 2O余 年 的 发展 ．闽南 地 区 已成 为 中 国 经 济 最 为 活 跃 的 区 域之 一 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 ．结 合 学 校 实 际 办学 条 件 来 定 位 。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 ．要 求 把 经 济 区 作 为 两 岸 合作 先 行 先 试 区域 ，建 交流 合 作 前 沿平 台 。根 据 海 峡 西 岸 经 济 区 的人 才需 求 大 环 境 ．结 合 泉 州 、厦 门本 地 的人 才 需 求 ．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 ．改 革 教 学 课 程体 系 ．为 企 业 输 送 合 格 的专 业 人 才 ，满 足 区 域 经 济 、社 会 发 展 和 就 业 市 场 需要 3．4 拓 展 空 问 ．建 立 和 完 善 大 学 生 科 技 活 动机 制 1．李 苏 北 ．。信 息与 计 算科 学专 业 实践 教 学 改 革初 探 。徐 州教 育 学 院 学报 o1，2008，23(3)。 2．许 峰 ．方 贤文 ．许 志 才 。 信 息 与 计 算 科 学 专业 教 学体 系 的 实践 与探 索 田。 高 等理 科 教 育 ， 2007年 第 4期 。 3．戴 祖 旭 ，刘 吉 定 ，张 彦 铎 ．江 世 宏 。 谈 谈 对 信 息 与 计 算 科 学 专 业 的认 识 。 大 学教 学 田(社 会 科 学版 )，2004，20(6)。 4 谢 平 ．林 洪 彬 。 工科 专 业课 教 学 中创 新精 神 与 实 践 能 力 的 培 养 。 教 学研 究U】，2007，30(2)。 5、宋 海 农 朱 红 祥 周 永 信 王 双 飞 改 革 专 业 实 验 教 学 内容 ．提 高 工科 学 生创 新 实践 能 力 。 高教 论 坛 硼，2006，12(6)。 6、信 息 与计 算 科 学 专 业教 学 规 范 (试 行 稿)[J】．大 学教 学．2003．19(1)：6 — 10． 7 教 育 部数 学 与 统 计 学 教 学指 导委 员 会 教 学类 指 导 分委 员 会 ．关 于 《信 息 与 计 算 科 学 》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 ” + -+ 一+ “+ -+ -—+一-+ -—+一---+一 一+ 一—+一一--+一-—-+一-+ · —卜 · (上 接 第 3O页 ) 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 ： 当 小 车 行 驶 时 ， 分 别 显 示 时 间 和 行 驶 距 离 。 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 。 2、系统 软 件 设 计 阿 右转 、显 示 行 车 时 间 和里 程 等 功 能 。但 有 些 功 能 还 需 改进 ，比如 小 车 的调 速 系统 反 应 时 间 还有 待缩 短 等 。 4、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 。采 用单 片机 作 为 核 心 处 理 芯 片 ，具 有 编 程 灵 本 设 计 系统 软 件 采 用 模 块 化 结 构 ．由主 程 序 、定 时 子 程 序 、 避 障子 程 序 、中 断子 程 序 、显 示子 程 序 、调 速 子 程 序 、算 法 子 程 序 活 、易 于 控 制 、稳 定 性 好 、扩 展 方 便 的 优 点 。整 个 系 统 采 用模 块 化 设 计 ．使 得 系 统 具 有 良好 的可 升 级 性 和 扩展 性 。 构 成 。主 程 序 流 程 图 如 图 2所 示 。 其 中 ：避 障 中断 服 务 子 程 序 完 成 对超 声 波 探 测 器 产 生 的外 参 考 文 献 ： 部 中断 进 行 处 理 ．如 果 超 出预 定 的 危 险距 离 就 左 转 进 行 避 障 。 1．齐 英 鑫 ．基 于 80C51单 片 机 的 智 能 电 动 小 车 ⅡJ．科 技 信 息 ．2008(31)： 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 36-37． 处 理 ．对 不 同 的 遥控 信 号 产 生 相 应 的 控 制信 号 。 在 定 时 中断 服 务 子 程 序 ．完 成 定 时 与 里 程 的计 算 。 3 系统 功 能 测 试 本 设 计 是 以 AT80C51为 核 心 ．经 过 调 试 ．小 车 基 本 上 可 以 实 现红 外 遥 控 控 制 、遇 到 障 碍 物 时 减 速 左 转 避 障 、前 进 、后 退 、左 2．寸 晓 非 ．基 于 16住 单 片 机 的 智 能 小车 设 计 Ⅱ】．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 D1．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．htm1． 5．21ic中 国电 子 网 IEB／OL]．http：llwww．21ic．com