基于智能小车的高速路道路救援设计.docx

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1、毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目基于智能小车的高速路道路救援设计学院电子信息学院专业电子信息工程学生姓名贺鹏学号159120620指导教师孙燕斌职称高级工程师2019 年 04 月 20学生毕业设计（论文）原创性声明学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆工程学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了

2、谢意。毕业设计（论文）作者（签字）：年月日重庆工程学院本科生毕业设计摘要I摘要移动机器人也称为轮式小车，是一种能够导航路线并执行各种任务的移动机械设备，用于辅助人类完成日常任务或代替人类完成重复和危险任务的工作任务，例如生活中值班，巡逻，生产等简单繁琐的任务。自动导引车 AGV（Automated Guided Vehicle）是移动机器人其中的一种，也被称为直线循迹跟随式移动机器人。如今，AGV 成为交通和未来汽车技术发展的新方向。它是智能移动到另一个地方自驱动器、路径识别、速度控制、自我定位的改变方向，障碍回避，通过操纵环境信息运动目标识别等先进功能的程序设定。轮式移动机器人（WMR）是一

3、个简单的 AGV，受到研究人员的青睐。论文设计采用现有的智能小车的现有基础设计和对 STC98C51 单片机模块化设计基础知识的一定了解设计一款救援系统，运用两个 STC98C51 模块通过对软件程序的编写实现小车的定位，定点的行驶；并且对实现到达指定地点警报。硬件方面；通过对小车载重的测试，使能搭载一定重量的物品，达到小车到达指定地点提供医疗救助物品，如医疗包，工具绳，担架等救援物品。关键词：移动机器人 STC98C51 医疗 救援重庆工程学院本科生毕业设计ABSTRACTIIABSTRACTMobile robot,also known as intelligent car,is a ki

4、nd of mechanical equipment that cannavigate and perform various tasks.It is used to assist human beings to complete normal tasksor replace human beings to complete repetitive and dangerous tasks,such as duty in life,patrol and other simple and tedious tasks.AGV(Automated Guided Vehicle)is a kind ofm

5、obile robot,also known as linear-following mobile robot.Nowadays,AGV has become anew direction of transportation and future automobile technology.It is an advanced functionof intelligent moving to another place,such as automatic driver,path recognition,speedcontrol,self-orientation change direction,

6、obstacle avoidance,moving target recognition bymanipulating environmental information 1.Wheeled Mobile Robot(WMR)is a simple AGV,which is favored by researchers.This paper designs a rescue system based on the existing basic design of intelligent carand the basic knowledge of modular design of STC98C

7、51 microcontroller.TwoSTC98C51modules are used to locate the car and drive at a fixed point by programming thesoftware program,and to realize the alarm of arriving at the designated place.Hardwareaspect:By testing the load of the car,it can carry a certain weight of goods to reach thedesignated loca

8、tion to provide medical aid items,such as medical kits,tool ropes,stretchersand other rescue items.Key words:mobile robot;STC98C51;Path recognition Road;Rescue重庆工程学院本科毕业设计目录目录摘要.IABSTRACT.II1 绪论.11.1 课题背景.11.1.1 国内外相关研究和应用现状.21.1.2 国内外相关研究和应用现状.21.2 课题来源.22 系统需求分析及硬件选型.42.1 需求分析.42.1.1 功能需求.42.2 系统框

9、架.52.3 硬件开发平台.52.3.1 Keil uVision4 开发软件介绍.52.4 器件选型.62.4.1 主控芯片的选型.62.4.2 AT89C51 的内部结构.72.4.3 AT89C51 的内部端口及引脚功能.82.5 红外避障传感模块.92.6 红外循迹模块.102.7 超声波传感.102.7.1 模块参数说明.102.8 步进电机.112.9 本章小结.113 系统的硬件设计.133.1 复位电路.133.2 复位的作用.143.3 相关控制电路.153.3.1 控制灯闪烁.153.3.2 蜂鸣器工作设计.163.4 电源电路设计.16重庆工程学院本科毕业设计目录3.5

10、本章小结.184 系统的软件设计.194.1 软件程序内容.194.2 软件流程图.194.3 程序展示.194.3.1 Keil 环境配置.194.3.2 智能小车的循迹黑线程序.194.3.3 小车自动避障设计.234.4 本章小结.265 结论与展望.275.1 结论.275.2 展望.27参考文献.28致谢.29重庆工程学院本科毕业设计1 绪论11 绪论1.1 课题背景科技在飞速发展的今天，在“要强盛要复兴就要大力发展科学技术”，的指导下，在 AI（Artificial intelligenc）热门话题的推动下，机器人发展已将成为社会科技发展的焦点，结合当下物联网，通信网等科技的进步的

11、推动下 AI（Artificial intelligenc）必将成为新一代科技技术的重点研究对象，特别是在计算机与互联网的不断完善，和教育的不断普及，机器人已经慢慢的进入我们的生活，也开始在不同的领域单人不同的角色，也正在悄悄的改变我们生活方式1。随着电子科学技术的不断发展与完善，教育的覆盖面积不断扩大及完善，生活中我们也是经常看见智能机器人技术在生活工作中实际运用，智能机器人的大脑中央控制芯片（CPU），这种大脑能够识别不同种类的信息而且还可以据此数据做出相应的判断。最主要的是，机器人的内部 CPU 可以进行合理的动作安排。所以在一定上可以定义智能机器人是具有自主思考能力，具有自主判断的机器

12、人。在众多的机器人领域，有一种有轮胎的机器人，一种轮式机器人可代替人实现货物的搬运、拿取、自动循迹等基本工作，从而得到大量的科研人员的认可与研究。在车辆日益陡增的中国乃至全世界来说，汽车的生产使用已将成为世界经济的一大主流，公安部交通管理局 2018 年 7 月 16 日发布，截至 6 月底，全中国机动车保有量达3.19 亿辆2。面对发展迅速的汽车行业，我们的道路交通环境也变得愈来愈也复杂，然而我们道路救援设备与道路救援系统还没有完善，而大部分情况下，道路在发生交通事故的时候得不到合适的救援，更有的事故如果发生在无人的偏远山区或者夜晚，在在长时间的不到救援的情况下可能会失去生命，所以在信息化发

13、展的今天，智能机器人科学技术将为道路救援提供一个有效，可行的解决方案。基于智能小车的道路救援设计，利用检测模块的相互作用和 AGV 机器人的循迹作用下实现检测事故和道路救援医疗物品的提供，从而达到道路救援设计。该设计，课装配在道路事故多发区域例如，急弯，山区等救援需求较为频繁的高速路道路路段。利用智能循迹小车体积小，全天候待机，搭载能力强等特点结合 STC98C52 芯片的低时延，通信集成化高等3，还可以根据具体事故要求，请求协助模式的选着实现快速，有效的报警，医疗求助等功能。重庆工程学院本科毕业设计1 绪论21.1.1 国内外相关研究和应用现状高端人才不断被培养的年代。智能化世界也即将到来，

14、面对智能化的发展趋势，智能研究也各个国家研究发展的重点。智能机器人的领域在许多国家的学者之间得到开发及利用。有一种带有轮胎的机器人出现在 20 世纪 06 年代，在智能研究领域开创了不同的领域。当时斯坦福研究院(SRI)的 Nils Nilssen 和 charles Rosen 等一众行人，在1966 年至 1972 年中研制出了取名 shakey 的机器人4，这种机器人的移动方式主要采用轮胎的运动方式，智能机器人就此开启了一股设计浪潮，并且从那以后数量不断增多。智能车是一个高端化的产品，利用单片机的特性在完全开发的结果导向下，完成了数据的计算，环境检测，自主的规划决策路径等功能的行驶车辆，

15、在它的研究中还诞生了一些不同于智能小车的其他技术，智能驾驶技术等等，它集中地运用了 CPU 高度集成、高精度传感、数据信息化、趋近于 0 通信时延化、导航及白动控制等技术，是典型的高新技术综合体设计。也是世界高科技发展的重要领域。1.1.2 国内外相关研究和应用现状在中国改革开放以来，随着技术的不断精进。研究智能驾驶技术的科学家越来越多。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。可见其研究意义很大。采用先进的摄像头采集数据采样点，此时要求芯片的运算速度是非常高的。相对于外国的智能小车系统，我们起步晚，发展资源少，创新技术少，所以在智能小车领域

16、我们还需要不断的学习进步。1.2 课题来源课题的主要来源主要三个方面；一、来源于在生活中，深入了解实际生活状态，在平时多媒体信息中总结部分信息，以佐证该课题的，实用性，科学性。二、来源于结合所学知识的方向进一步研究该领域的更多知识与未知领域。三、来源于工程实际中也经常了解该课题在现如今的市场发展前景与潜力。随着经济水平的不断提高，交通事故也在频繁的发生，面对越来越严重的交通环境，我们应该有完善的体系来面对它，而在生活中我们发生事故以后，就只有等待交通警察来进行现场的处理，或者等待医疗人员，但是在复杂的交通环境，医疗救助设备，不能及时到达事故现场，事故发生后还有可能造成大面积的交通拥堵，这样的救

17、援难度进一步增加。所以在时代的大背景下，我们应该做出相应的改变运用可接力量，来减少没有必要的伤亡和伤害。重庆工程学院本科毕业设计1 绪论3此课题主要的工作是对智能小车的功能开发应用联合 STC98C51 芯片对智能小车部分功能的完善，本设计主要是对智能小车系统的设计与实现的研究，主要工作包括以下几个方面：1.小车元器件选型，根据实际需要，选择适合本设计项目的元器件，通过小车设备的工作环境，电器性能等方面综合考虑分析，为提高系统工作稳定性打下基础，以及原理图设计。2.智能小车/STC89C51 的选型，技术参数的研究，以及综合系统需求分析。3.软件开发，程序的编写、调试、测试。4.硬件部分的调试

18、，修改、工作模式的选择，以及通讯方式选择。5.智能小车道路救援的主要功能实现及系统功能测试。1.3 本章小结本章节主要是对本课题进行了详细的介绍，对开题的方向进行详细的对比及分析，以及本项目设计的研究目的意义以及设计背景介绍，然后详细阐述了智能小车及相关技术的国内外研究现状以及应用现状，简要的说明了本次设计对我们世界的影响，对主要工作进行了梳理，最后对本次课题的主要工作进行了归纳与拓展，对后面的工作形成一个铺垫。为后续的研究工作打下坚实的基础。重庆工程学院本科毕业设计2 系统需求分及析硬件选型42 系统需求分析及硬件选型2.1 需求分析2.1.1 功能需求在经过实际情况的考虑，了解到系统需要多

19、种器件传感器设计，在传感器的工作时会产生一定量的数据，在数据的相互作用下，我们应该考虑到我们应用的处理器等情况是否适合我们数据处理及判断的主要情况，考虑众多问题我们选着了美国 ATMEL 公司生产的一种高性能、低功耗、带 4KFlashMemory的 8位CMOS单片微型计算机芯片 AT89C51 为主控芯片5，另外还需要多种外设联合使用到达预期设计效果。（1）主控制芯片的选择（统一全文 3 级标题下的小标和缩进）该设计需要处理的数据较为多，在面对大量数据的时候，我们往往需要一个强大的芯片来计算和处理多种数据，还需要具备多种复位方式，多种模式下完成工作，并且能够在极端环境下完成设定的工作。因为

20、交通道路环境复杂，我们需要该芯片具有抗噪音的功能，抗冰雪等情况。此外此模块还需要有程序烧录迅速，烧录条件简单，程序兼容性比较好的的特点，考虑到我们成本的问题，在芯片的选择上我们还需要选择经济实惠的芯片。（2）小车循迹功能在设计中我们需要实现道路的循迹功能，因为需要救援时候我们应该依赖循迹功能进行运动，所以循迹功能就格外重要，循迹功能的方式应该简单化，多样化，并且循迹记录清晰明了，在元器件的选择上，循迹的标志应该是我们小车能够完全是别的标志。（3）小车距离检测功能距离检测的作用就是在我们小车工作中检测障碍，在道路中遇到障碍以后，避开道路中的障碍。在实际的道路运行情况，道路环境复杂小车难完成预定情

21、况的设计，所以下车检测道路障碍功能在设计中显得格外的重要，当检测到道路障碍时结合我们所选的芯片，配合程序，通过检测数据的分析结合实际情况，做出相应的判断。（4）警报功能小车行驶到我们所设定障碍应该及时的做出反应，在检测到已有的障碍我们应该发出相应的警报功能，这也体现了小车自主的灵活性，而且在实际情况的发生可预警后来车辆进行减速慢行的作用。重庆工程学院本科毕业设计2 系统需求分及析硬件选型52.2 系统框架本救援小车控制系统主要由三大板块构成，也分别对应了物联网技术应用层、网络层、感知层。其传感器板块对应感知层能识别循迹标志物，网络层对应系统的分布式电路通过将各路信号传输到 CPU6；感知层对应

22、语音播报模块和 LED 灯将 CPU 处理后的信号通过可视化、可读化呈现。整个系统的硬件结构图如下所示：2.1 系统框图2.3 硬件开发平台2.3.1 Keil uVision4 开发软件介绍本次设计使用的软件是 Keil uVision4，它是美国 Keil Software 公司推出的一款C 语言开发系统软件，界面如图 2.2，该软件的功能多样，其中包含 C 语言编译器、库管理、仿真调试，测试、链接器等开发工具、方案，集编辑、编译、连接、仿真、调试与一身的的功能，优点有：生成目标代码效率高、编译方便、中断处理和模拟方便、学习起来更容易上手，在现在的互联网运用中发挥着巨大的作用。重庆工程学院

23、本科毕业设计2 系统需求分及析硬件选型6图 2.2 软件平台展示本次设计的核心代码的实现。主要运用该开发平台系统芯片进行程序的编写。2.4 器件选型2.4.1 主控芯片的选型本次设计选择 AT89C51 芯片，该具有完整的输入输出、控制端口、以及内部程序存储空间。作为高校电子信息工程类学习材料综合考虑性能、学习难度、扩展性、价格等AT89C51 具有以下优势：图 2.3 AT89C51 实物图重庆工程学院本科毕业设计2 系统需求分及析硬件选型71.易于学习该芯片所使用的语言类型和计算机使用的 C 语言基本类型，该芯片的使用规则也较为常见，最大的区别就是在于增加了对引脚输入输出控制的语句和命令，

24、需要额外的对引脚进行使能，开放的程序设计，编写程序的主要流程和思路也相似，比如常用的“if-else”、“for”、“while”等判断语句于循环语句。在日常工作中一般使用 Keil 来开发 5 1 进行编程软件，它适用目前流行的开发场景，满足程序的编辑、编译、仿真等需求，该软件还可以编写汇编语言、C 语言源代码，并且编译生成的.hex 配置文件可直接烧录到单片机运行7。使用 AT89C51 系列单片机编程而且在没有条件的情况下还可以进行仿真，仿真软件Protues 可以在没有单片机实物的情况下测试代码，也可以观看简易的效果。2.功能多样类似我们传统的微机原理的特点，在参数的设定允许的情况下可

25、以将外接的 D/A、A/D 转换和集成运放电路相结合实现对传感器发送的信号的收集功能，还能利用 LCD 液晶或者点阵及外接按键实现简易的人机交互。它还具有很强的工业控制能力例如内部I/O 口可以连接步进电机对外面的设计备进一步控制，而且多端口的设计使得本设计可以实现集群控制效果。3.成本低廉在芯片的市场上我们可以看到 AT89C51 的价格还是比较便宜的，大批量的计量仪器进行规模化设计和使用，考虑到本次设计成本问题我们可以采用该芯片进行设计，其单片售价不超过 5 元。2.4.2 AT89C51 的内部结构AT89C-51 是一种高度集成电子芯片集，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的

26、中央处理器 CPU 随机存储器 R AM、只读存储器 OM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上8，从某种意义上来讲，5 1 就是一个进程高度的CPU 电脑，构成的一个小而完善的计算数据的系统。如图 2.1 所示。重庆工程学院本科毕业设计2 系统需求分及析硬件选型8图 2.4CPU 的内部结构2.4.3 AT89C51 的内部端口及引脚功能表 2.1AT89C51 引脚参数功能引脚名引脚名作用作用RST为复位输入端，该引脚需要最少 2 个机器周期的高电平，才能实现复位功能。GND为电源引脚

27、，可直接连接 5.0V 的直流电，GND 接地。EA-/Vpp用于选择外/内ROM和ROM供电使用，当引脚为0低电平时只能访问外部ROM。ALE/PROG-地址锁存允许/编程脉冲，对内部 FLASH 编程时用于输入编程脉冲。PSEN-如果每个机器周期出现 2 此有效信号，可以选择外部 ROM，输出外部 ROM 读取选通信号。在设计中，我们会遇到大量的芯片，它们都具有不同的端口，特定的端口还具有同的意义，使用方法也大有不同。本设计采用 5 1 单片机 8 位 I/O 口的 P 0P 3 口为三种状态双向口，存器驱动器、输出缓冲器输出驱动器是每一个端口都必备的。但这四个端口的功能不是全相同，5 1

28、 单片机的 4 个端口都可作为 I O 口使用,并不是说只有 P1 口能作为 I O 口.应该是 P0、其中的两端口 P 2、P 3 还具有其他功能9。如表 2.2所示。重庆工程学院本科毕业设计2 系统需求分及析硬件选型9表 2.2 单片机的端口的第二功能端口号第二功能备注P1只具有 IO 口功能。无P0具有可作为数据总线口,它可以对外部存储器低 8 位读写。无P2具有也可以作为系统 扩展时的高 8 位地址.P3 口除了 IO 口功能外,也还还有第二功能。无P3.0具有串行输入口 RXD。无P3.1可以串行输 TXD。无P3.2可以外部中断/0INT0。无P3.3外部中断 1无P3.3具有定时

29、器 0 外部 中断 T0。无P3.5具有定时器 1 外部中断 T1。无P3.6具有外部存储器写/WR。无P3.7具有外部存储器读/RD。无2.5 红外避障传感模块硬件组成：红外避障模块由左右两组红外对管(LEAS1、RC1、LEAS2、RC2)、电压比较芯片（U5）、电位器（RW1、RW2）、状态指示灯组成。图 2.5 红外避障模块重庆工程学院本科毕业设计2 系统需求分及析硬件选型10工作原理：智能小车上电后红外对管就开始工作，当红外对管前方一定距离内有障碍物 出现时会把发射管发射的红外光反射回来此时被接收管接收到，通过电压比较芯片分析后输 出相应的信号，当红外对管前方一定距离内有障碍物出现时

30、状态指示 LED灯亮起，电位器 用于调节检测障碍物的距离。2.6 红外循迹模块硬件组成：红外寻迹模块由智能小车底板上 2 组红外对管(U1、U2)、电压比较芯片（U5）、电位器（RW3、RW4）、状态指示灯 LED2、LED3 组成图 2.6 红外循迹实物图工作原理：利用判断黑白线来完成寻迹，红外光有一个反射特性8。但对于不同的物体反射特性是不同，特别是对白色反光的物体，红外光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。那么我们就可利用这个特性来完成黑与白的判断10。选择此模块的主要其优势在于能近距离的测量，且测量较为准确。2.7 超声波传感2.7.1 模块参数说明本模

31、块性能稳定，测度距离精确。能和国外的 SRF05,SRF02 等超声波测距模块相媲美。模块高精度，盲区（2cm）超近,稳定的测距是此产品成功走向市场的有力根据！此模块完全谦容 GH-311 防盗模块8。重庆工程学院本科毕业设计2 系统需求分及析硬件选型11表 2.3 模块参数详情功能功能参数参数供电电压：DC5V电流：小于 20mA测量范围感应角：小于 15距离：2cm-45cm传输信号8 个至少 10us 40khz 方波图 2.7 超声波传感器实物图2.8 步进电机步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求

32、量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为 100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（vr）、永磁式步进电机（pm）、混合式步进电机（hb）和单相式步进电机等。2.9 本章小结本小

33、节主要对功能进行全面的分析，对功能的定位做了全面的比较，总结了软件开发平台，和软件搭载平台的优势、选择理由等。元器件选型方面我们选择了较为经济化重庆工程学院本科毕业设计2 系统需求分及析硬件选型12的元器件，例如红外避障模块等，超声波测距的主要能，我们需要完成的工作。在芯片的选择的方面对比了芯片的端口引脚的模式，了解芯片的程序编写技巧，注意事项等等工作。以便后期工作能更好的展开。重庆工程学院本科毕业设计3 系统的硬件设计133 系统的硬件设计3.1 复位电路复位电路在设计中起到一个至关重要的作用，在参考文献蒋华龙基于单片机的轮式机器人设计 中我们可以了解到13，复位电路在可以帮助我们解决程序的

34、部分问题。因为我们不能确保每个程序都能正常的运行，这时候单片机复位电路就有个很好防范这个错误的出现，复位电路的设计适当程序的实际运行出现差错然后在按键按下的时候重新开始执行程序。在复位过程中，我们需要考虑复位时间的周期是多少，什么情况下我们需要复位电路，等实际硬件设计中问题。单片机的复位电路设计一般遵循电阻电容串并联后构成复位电路：其中一类可以分成上电复位电路，还有种叫做按键复位电路。复位电路的设计原理就是给复位引脚一个大于两个机器周期的高电平。电容的作用是保证上电瞬间的时候充电，保护电路芯片不被瞬间电压烧坏，电容等充完电之后，电容饱和就可以认为是一根导线。电容与按键复位电路并联，当我们按下复

35、位按键的时候就完成复位高电平的设计。如图 3.1 所示3.1 复位电路设计在 51 的设计电路中必须具有保证系统设计可靠，且具有效复位的可能;在 51 的设计电路中必须具有一定较强的抗各种干扰的能力例如电流，等复位作用。在设计中，复位电路的选择很多，多种复位模式才能使我们设计程序是可以有效地进行试验，所以在复位 电路设计时我们应该至少保证一个上电复位和一个手动复位，在复位周期的选择应该考虑到电路周期在中起到的作用。以 5 1 单片机为例，复位脉冲的选择应该是高电平，而且宽度必须大于 2 个 5 1 单片机机器周期，若系统选用 6 MHz那么复位电路中一个机器周期为 2ms，那么根据计算应为 4

36、 ms10。但是在实际应用系统中，系统试用中可能存在晶振的不稳定时间等其他因素，所以在程序设计中必须有足够的余量，电子电路的设计中我们必须考虑电磁对系统晶振的影响等不利因素。利用 R C 充电原理实现上电复位的电路设计，程序运行时关闭开关可重庆工程学院本科毕业设计3 系统的硬件设计14以使程序正常运行，断开开关系统就给引脚上电，开始复位电路的运行。但是要保持 R C电路充电 1 0ms 以上的高电平脉冲才能进行有效的复位，从而使程序的重新运行14。VCC 为电源电压，其中在公式中的 RC 为 RC 电路的时间常数=1K*22uF=22ms，就是一些电气参数。在这个公式的帮助的我们可以了解基本的

37、复位电路的参数。3.2 复位的作用我们所使用的单片机里面存在一定的高斯白噪声，这类的噪声主要来源于按键电路和电路构造设计存在的问题。这些噪声有时会破坏 CPU 内的程序使用状态，对程序运行环境造成破坏，对程序运行存在巨大的安全隐患。1.电路结构形式与抗干扰性能：电路抗干扰设计主要使用的是一些低通滤波器，这一类的滤波器对于脉冲宽度小于3RC 的干扰有很好的抑制作用。在实际的运用过程我们应该考虑整个功率的大小及使用方式。2.复位按钮传输线的影响：复位按钮一般都是安装在开发板的上面，因为按键在单片机的外面，我们可以采用按适中的杜邦线，或者其他线进行代替，但是较长的传输线一般存在电磁干扰。按键复位选择

38、传输线应采用具有抑制电磁感应干扰的性能的双绞线。异或配置斯密特电路，这样用线的作用是可以提高抗干扰能力。3.供电对复位的影响：在使用单片机工作时我们必须考虑供电对复位电路的影响，因为在单片机系统复位必须让主控制器得到稳定电源过后，才开始进行复位电路的工作。所以为了克服直流电源稳定过程中对复位电路的影响，我们可以采用以下的工作措施类似应对此类影响。带电检测是 5 1 复位工作的几种模式的其中一种，我们可以利用电阻与稳压三极管的配置，利用三极管的稳压充电工作的模式，在未达到额定的工作值前，配置复位接口的电压一直等于 0，当充电结束后，三极管的内部电路被击穿，电压达到复位电路设计电压，所以复位电路的

39、接入端口为高电平，单片机就开始复位，当电容的电压上到 2V时，复位就结束了，这样完成了带电检测复位电路的设计。4.并联放电二极管的必要性：在复位电路的设计中我们会用到放电二极管，利用放电二极管的物理特性来实现复位电路的设计，其原理就是当电源断开，因为放电二极管里面储存的自由移动的电荷，所以二极管就会迅速的放电能从而产生电压差，待电源回复是就能达到复位的效果，一般放电二极管不会对程序产生影响，因为断电时干扰脉冲比较宽，迅速放电，待电源恢重庆工程学院本科毕业设计3 系统的硬件设计15复后通过上电自动复位11，就可以进入程序的正常的运行状态;反之电路自动复位就不会完成实现。5.I/O 接口芯片的延时

40、复位：（标号要统一）芯片进行常规的信息初始化是我们在设计中经常运用的步骤，在单片机系统内，不同的复位时延设计就会产生不同设计效果，程序设计实践表明我们复位结束后不能直接对程序进行初始化，我们需要在程序内部进行 1 10ms 的延时，在进行程序的初始化设计，这样才能保证我们程序进行初始化成功。总结：1、复位电路的原理是要大于时钟脉冲的周期，在一般时钟电路的晶振只有 6 MS 的电路中只要保证电容的充放电时间大于或者等于 2 m s 即可实现对单片机复位，可已经对电容值进行调整。2、51 单片机的时钟系统复位中，因为短路电容的设计，没有了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。3.3 相关控制电路3

41、.3.1 控制灯闪烁单片机控制灯闪烁在现实生活中运用是比较广泛的，在实际的生活中，设计师们可以利用灯闪烁实现路灯的指示工作。运用到一些夜景中，完成城市美化作用的工作，在实验中我们采用八位 LED 灯闪烁，完成本次工作的实验，在程序中控制单片机内部接口，给内部接口高低电平从而实现灯的亮度，再利用内部时钟的特性，可以实现灯的闪烁。如图 3.3 所示。图 3.3 流水灯外部设计重庆工程学院本科毕业设计3 系统的硬件设计163.3.2 蜂鸣器工作设计压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器是现在市面上主流的两款蜂鸣器。压电式蜂鸣器是利用陶瓷在电路下作用发出声音，在使用中功率会比较小一些，电磁式蜂鸣器是通过线圈通电震

42、动发音，在实际工作过程中体积比较小。与单片机使用高低电平一样。按照方式驱动方式有无，可以分为有振荡源蜂鸣器和无振荡源蜂鸣器。有源蜂鸣器内部是自带了振荡源，给 BUZ-Z 引脚低电平，蜂鸣器就会直接响，反之无源蜂鸣器需要一个振荡源的作用下才能实现蜂鸣的一系类工作价格的差异决定了品质的好坏，有源蜂鸣器里振荡电路的电路设计，驱动发音也比较简单，就是靠电平就可以驱动，而无源蜂鸣器价格比较便宜，此外无源蜂鸣器可以通过声音的频率来控制发音的效果，因而可以进一步的开发利用产生一些简单的歌曲，如图 3.4 所示。图 3.4 有源蜂鸣器3.4 电源电路设计程序写好后需要进行烧录，在市面上我们已经可以见到很多的烧

43、录软件，一般是通过 I-SP 下载。这是单片机 5 1 的主要下载方式，当然在下载的时候需要用到 USB 的接口数据线。常用芯片有 M-AX232、CH3-40G 等。下面介绍以 CH340G 芯片设计的 I-SP下载电路。R-XD 和 T-XD 分别为单片机下载程序的两个不同用处的接口，这两个接口就相当于两个是通信口，在不同的环境下配合不同的芯片模式，配合不同的工作流程就可以实现不同的通讯内容，232 通信模式可以用 M-AX232 来实现连接下载，RS-485 通讯模式可以用 M-AX3082 来连接单片机。下载的烧录程序正是通过这两个接口来实现的程序的实现。但是这些接口除了下载的作用意外

44、还有其他的功能，如图 3.5 所示。重庆工程学院本科毕业设计3 系统的硬件设计17图 3.5 单片机电源电路设计CH3-40G 的下载电路如下图 3.6 所示。图 3.6 H340G 下载电路P 2 为 USB 接口，CH3-40G 的 TXD 与单片机的 RXD 连接，CH340G 的 RXD 和单片机的TXD 连接。图中的 CH.-340G 用的是单片机 5V 供电，如果使用过程中用 3.3V 供电，第 4脚要连接到 3.3V。由于 STC51 单片机在下载程序的时候需要特别注意一下的是要断电再重新上电，所以单片机部分的电源设计如下图 3.7 所示。图 3.7 部分电源设计重庆工程学院本科

45、毕业设计3 系统的硬件设计183.5 本章小结本次章节主要是对硬件电路设计进行了阐述，大致的了解本次的硬件电路设计的基本要求与实现手法。对不同于设计要求的设计做了一定程度上的改变，例如在霍尔电路上我们基本以以往设计相反的设计。采用速度零作为基本值的参考点，也作为系统启动的参考点，还做了一部分的系统改进，比如外接蜂鸣器与外接警报器，使系统的电路硬件设计更加的完善。电路设计的电源电路设计采用一般 51 设计的基本要求即可。重庆工程学院本科毕业设计4 系统的软件设计194 系统的软件设计4.1 软件程序内容本次实验的主要内容是，通过对芯片程序的设计，我们实现小车的循迹、避障等操作，我们设计程序是应该

46、考虑到程序运行的优先级，我们采用黑线来实现实验效果，让小车能在黑线中间运行并按黑线的行驶。避障设计就是设置一定的障碍物，通过传感器的识别作用，能识别障碍并也能够自主让行。4.2 软件流程图（2 级标题前空行）图 4.1 软件流程图-4.3 程序展示4.3.1 Keil 环境配置该款软件在电子设计的作用用途使用非常广泛，完全满足我们对设计要求的准备，我们利用该软件进行了整体的程序设计，了解具体情况的使用情况，里面的利用开发工具可以完全的使用该软件进行编程，仿真设计，设计时应该选中我们需要使用的芯片的模式，选取芯片的类型。该软件还有可以发现已经存在的问题，针对该问题进行基本的程序设计，软件还可以帮

47、助我们进行程序的快速书写等，在使用时我们应该注意软件环境设置等情况。4.3.2 智能小车的循迹黑线程序该程序是模块二中的部分程序，通过小车前面的感应探头对数据的不断更新，AT59c51 的处理形成高低电平以识别，通过感应探头我们可以通过对电机转速的控制，就可以达到差速转弯、后退停止的效果。重庆工程学院本科毕业设计4 系统的软件设计20该程序的运行结果是智能小车中，循迹小车黑线行驶的结果，通过烧录器烧录到单片机，观察实验的结果。通过对实验结果的观察，调整程序编写的时延，数值等程序展示：#include /51 头文件#include/QX-A51 智能小车配置文件unsigned char pw

48、m_left_val=150;/左电机占空比值 取值范围 0-170，0 最快unsigned char pwm_right_val=150;/右电机占空比值取值范围 0-170,0 最快unsigned char pwm_t;/周期void delay(unsigned int z)/毫秒级延时unsigned int x,y;for(x=z;x 0;x-)for(y=114;y 0;y-);/*小车前进*/void forward()left_motor_go;/左电机前进right_motor_go;/右电机前进/*小车左转*/void left_run()left_motor_stop

49、s;/左电机停止right_motor_go;/右电机前进/*小车右转*/void right_run()right_motor_stops;/右电机停止left_motor_go;/左电机前进重庆工程学院本科毕业设计4 系统的软件设计21/*小车后退*/void backward()left_motor_back;/左电机后退right_motor_back;/右电机后退/定时器 0 中断void timer0()interrupt 1pwm_t+;/周期计时加if(pwm_t=255)pwm_t=EN1=EN2=0;if(pwm_left_val=pwm_t)/左电机占空比EN1=1;if

50、(pwm_right_val=pwm_t)/右电机占空比EN2=1;void main()for(;)/死循环if(key_s2=0)/实时检测 S2 按键是否被按下delay(5);/软件消抖if(key_s2=0)/再检测 S2 是否被按下while(!key_s2);/松手检测beep=0;/使能有源蜂鸣器delay(200);/200 毫秒延时beep=1;/关闭有源蜂鸣器break;/退出 FOR 死循环重庆工程学院本科毕业设计4 系统的软件设计22delay(1000);/延时 1 秒TMOD|=0 x02;/8 位自动重装模块TH0=220;TL0=220;/11.0592M 晶