紅外線避障小車（附程序）及紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與編程

電子工程設(shè)計(jì)報(bào)告PAGE10誠信申明本人申明：我所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下對四年專業(yè)知識而進(jìn)行的研究工作及全面的總結(jié)。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中創(chuàng)新處不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京化工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而已經(jīng)使用過的材料。與我一同完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的同學(xué)對本課題所做的任何貢獻(xiàn)均已在文中做了明確的說明并表示了謝意。若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。本人簽名：年月日紅外線避障小車摘要隨著生產(chǎn)自動化的發(fā)展需要，機(jī)器人已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)自動化上，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的傳感器種類也越來越多，其中紅外傳感器已經(jīng)成為自動行走和駕駛的重要部件。紅外的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動避障功能就必須要感知障礙物，感知障礙物相當(dāng)給機(jī)器人一個視覺功能。智能避障是基于紅外傳感系統(tǒng)，采用紅外傳感器實(shí)現(xiàn)前方障礙物檢測，并判斷障礙物遠(yuǎn)近。由于時間和水平有限，我們暫選最基本的避障功能作為此次設(shè)計(jì)的目標(biāo)。本設(shè)計(jì)通過小車這個載體再結(jié)合由AT89S51為核心的控制板可以達(dá)到其基本功能，再輔加由漫反射式光電開關(guān)組成的避障電路、555組成的轉(zhuǎn)速控制電路、電源電路、差分驅(qū)動電路就可以完善整個設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：避障光電開關(guān)紅外線漫反射差分控制InfraredobstacleavoidancecarAbstractWiththedevelopmentneedsoftheproductionautomation,robotshavebeenmoreandmorewidelyappliedtotheautomationofproduction,withthedevelopmentofscienceandtechnology,therobotmoreandmoretypesofsensors,includinginfraredsensorshasbecomeanimportantcomponentoftheautomaticwalkinganddriving.InfraredTypicalapplicationsforautonomousintelligentnavigationsystems,roboticstoachieveautomaticobstacleavoidancemustbeperceivedobstacles,perceivedobstaclestotherobotquiteavisualfunction.Intelligentobstacleavoidancesystembasedoninfraredsensor,infraredsensorfrontobstacledetectionanddeterminetheobstacledistance.Duetothelimitedtimeandthelevelofourmostbasicobstacleavoidancetemporaryasthedesigngoal.DesignbycarcarrierrecombinationbyAT89S51asthecoreofthecontrolpanelcanachieveitsbasicfunctions,supplementedplusdiffusephotoelectricswitchobstacleavoidancecircuit555comprisingaspeedcontrolcircuit,powercircuit,adifferentialdrivecircuit.Youcanimprovetheentiredesign.Keywords:obstacleavoidancephotoelectricswitchinfrareddiffusereflectancedifferentialcontrol目錄TOC\o"1-2"\h\z\u前言 1第1章課題研究價(jià)值 2第1.1節(jié)選題背景 2第2章課題設(shè)計(jì) 3第2.1節(jié)設(shè)計(jì)要求 3第2.2節(jié)總體設(shè)計(jì) 3第3章方案論證 5第3.1節(jié)單片機(jī)選擇論證 5第3.2節(jié)傳感器設(shè)計(jì)方案 5第3.3節(jié)控制算法設(shè)計(jì)方案 6第4章智能小車硬件設(shè)計(jì) 7第4.1節(jié)智能小車硬件分配 7第4.2節(jié)AT89S51單片機(jī)簡介 10第4.3節(jié)電路設(shè)計(jì) 12第5章智能小車軟件設(shè)計(jì) 18第5.1節(jié)總體流程圖 18第5.2節(jié)最少拍控制算法 19第6章開發(fā)流程 22第6.1節(jié)編譯環(huán)境 22第6.2節(jié)下載調(diào)試 24第6.3節(jié)單片機(jī)的I/O分配 24結(jié)論 26附錄A 27附錄B 30附錄C 31參考文獻(xiàn) 35致謝 36前言隨著生產(chǎn)自動化的發(fā)展需要，機(jī)器人已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)自動化上，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的傳感器種類也越來越多，其中紅外傳感器已經(jīng)成為自動行走和駕駛的重要部件。紅外的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動避障功能就必須要感知障礙物，感知障礙物相當(dāng)給機(jī)器人一個視覺功能。智能避障是基于紅外傳感系統(tǒng)，采用紅外傳感器實(shí)現(xiàn)前方障礙物檢測，并判斷障礙物遠(yuǎn)近。由于時間和水平有限，我們暫選最基本的避障功能作為此次設(shè)計(jì)的目標(biāo)。本設(shè)計(jì)通過小車這個載體再結(jié)合由AT89S51為核心的控制板可以達(dá)到其基本功能，再輔加由漫反射式光電開關(guān)組成的避障電路、555組成的轉(zhuǎn)速控制電路、電源電路、差分驅(qū)動電路就可以完善整個設(shè)計(jì)。第1章課題研究價(jià)值第1.1節(jié)選題背景國內(nèi)外隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制技術(shù)，信息技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)的生產(chǎn)和管理進(jìn)入了自動化，信息化和智能化的時代，智能化已經(jīng)成為時代發(fā)展的需要。第三代單片機(jī)包括了Intel公司發(fā)展MCS-51系列的新一代產(chǎn)品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,還包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51為核心推出的大量各具特色﹑與80C51兼容的單片機(jī)。新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)Microcomputer完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如A/D﹑PWM﹑PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列)﹑WDT(監(jiān)視定時器)﹑高速I/O口﹑計(jì)數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。這一代單片機(jī)中，在總線方面最重要的進(jìn)展是為單片機(jī)配置了芯片間的串行總線，為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更加靈活的方式。Philips公司還為這一代單片機(jī)80C51系列8ｘC592單片機(jī)引入了具有較強(qiáng)功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線CAN(ControllerAreaNetworkBUS).新一代單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。該項(xiàng)目可以應(yīng)用于機(jī)車頭自動尋跡，工廠自動化，倉庫管理，可提高勞動生產(chǎn)效率，改善勞動環(huán)境。在柔性自動化生產(chǎn)線，智能倉庫管理及物流配送等領(lǐng)域，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境惡劣時，工人不能完成的任務(wù)如物料運(yùn)輸和裝卸等，可采用智能尋跡小車完成相應(yīng)的任務(wù)?；谏a(chǎn)現(xiàn)場和日常生活的實(shí)際需要，研究和開發(fā)智能尋跡小車系統(tǒng)具有十分重要的意義。第2章課題設(shè)計(jì)第2.1節(jié)設(shè)計(jì)要求在本次設(shè)計(jì)中，要求所設(shè)計(jì)的小車具有自動避障的功能，能在紅外探頭探測到前方有障礙物的時候先進(jìn)行后退大約2秒再進(jìn)行向左轉(zhuǎn)180度角，第二次探測到前方障礙物的時候再后退大約2秒再進(jìn)行向右轉(zhuǎn)180度角，這樣循環(huán)下去。很明顯，我要設(shè)計(jì)的小車是要能遇見障礙物自動窺探到障礙物并立即倒退和轉(zhuǎn)動方向重新行駛，當(dāng)然小車行駛速度不會有太大的變化。第2.2節(jié)總體設(shè)計(jì)單片機(jī)單片機(jī)AT89S51指示燈紅外發(fā)射紅外接收電機(jī)驅(qū)器電機(jī)M1電機(jī)M2紅外發(fā)射紅外接收紅外接收紅外發(fā)射圖2.1系統(tǒng)框架圖說明智能避障小車能避障主要是由前方的兩對紅外發(fā)射與接收探頭來完成的。根據(jù)光有反射的特性。所以說當(dāng)紅外發(fā)射出來的光線遇到物體時，就會形成反射的光線，而這個經(jīng)反射的紅外光線剛好被紅外接收探頭接收到。當(dāng)紅外接收探頭接收到信號后，再將信號送到單片機(jī)由單片機(jī)內(nèi)部程序來控制電機(jī)，由電機(jī)完成小車的前進(jìn)，轉(zhuǎn)向。第3章方案論證第3.1節(jié)單片機(jī)選擇論證在單片機(jī)選擇提供兩種選擇一種是8031另一種是AT89S51。選用8031單片機(jī)系統(tǒng)8031單片機(jī)內(nèi)不帶程序存儲器ROM，使用時用戶需外接程序存儲器8255和一片2764，來進(jìn)行擴(kuò)展。電路復(fù)雜。選用AT89S51單片機(jī)系統(tǒng)AT89S51里有4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。不用擴(kuò)展外部存儲器。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。由此可見選用AT89S51單片機(jī)。第3.2節(jié)傳感器設(shè)計(jì)方案在傳感器方案的選擇中，有以下兩種方案供參考：方案一：使用CCD傳感器來采集路面信息。使用CCD傳感器，可以獲取大量的圖像信息，可以全面完整的掌握路徑信息，可以進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的預(yù)測和識別圖像復(fù)雜的路面而且抗干擾能力強(qiáng)。但是對于本項(xiàng)目來說，使用CCD傳感器也有其不足之處。首先使用CCD傳感器需要有大量圖像處理的工作，需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的存儲和計(jì)算。因?yàn)槭且詫?shí)現(xiàn)小車視覺為目的，實(shí)現(xiàn)起來工作量較大，電路復(fù)雜。方案二：使用光電傳感器來采集路面信息。使用紅外傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡明，實(shí)現(xiàn)方便，成本低廉，免去了復(fù)雜的圖像處理工作，反應(yīng)靈敏，響應(yīng)時間低，便于近距離路面情況的檢測。但紅外傳感器的缺點(diǎn)是，它所獲取的信息是不完全的，只能對路面情況作簡單的黑白判別，檢測距離有限，而且容易受到諸多擾動的影響，抗干擾能力較差，背景光源，器件之間的差異，傳感器高度位置的差異等都將對其造成干擾。經(jīng)過綜合考慮，在本設(shè)計(jì)中采用紅外光電傳感器作為信息采集元件。第3.3節(jié)控制算法設(shè)計(jì)方案在小車的運(yùn)行中，主要有方向和速度的控制，即舵機(jī)和電機(jī)的控制，這兩個控制是系統(tǒng)軟件的核心操作，對小車的性能有著決定性的作用。對電機(jī)的控制，要達(dá)到的目的就是：在任何情況下，總能給電機(jī)一個合適的高低電壓，保證小車能始終遇見障礙物時可以隨時轉(zhuǎn)動運(yùn)行的方向。在電機(jī)的控制方案中，有以下兩種方案可供選擇：方案一：比例控制這種控制方法就是在檢測到車體偏離的信息時給小車一個預(yù)置的反向偏移量，讓其回到跑道。比例算法簡單有效，參數(shù)容易調(diào)整，算法實(shí)現(xiàn)簡單，不需要復(fù)雜的數(shù)字計(jì)算。在實(shí)際應(yīng)用中，由于傳感器的個數(shù)與布局方式的限制，其控制量的輸出是一個離散值，不能對舵機(jī)進(jìn)行精確地控制，容易引起舵機(jī)左右搖擺，造成小車行駛過程中的振蕩，而且其收斂速度也有限。方案二PID控制PID控制在比例控制的基礎(chǔ)上加入了積分和微分控制，可以抑制振蕩，加快收斂速度，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膮?shù)可以有效地解決方案一的不足。不過P，I，D三個參數(shù)的設(shè)定較難，需要不斷的進(jìn)行調(diào)試，憑經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定，因此其適應(yīng)性較差。方案三：最少拍控制最少拍設(shè)計(jì)，是指系統(tǒng)在典型輸入信號（如階躍信號，速度信號，加速度信號等）作用下，經(jīng)過最少拍（有限拍），使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。所以，最少拍控制系統(tǒng)，也稱最少拍無差系統(tǒng)，最少拍隨動系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是時間最優(yōu)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的性能指標(biāo)就是系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間最短或盡可能短。可以看出系統(tǒng)對閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的要求是快速性和準(zhǔn)確性。也就是說讓小車在行駛出跑道后，能在最短的時間內(nèi)回到跑道上。最少拍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與被控對象的零極位置有很密切的關(guān)系。在本次設(shè)計(jì)中小車只要求按照跑道行駛，跑道簡單。能有快速性，準(zhǔn)確性的反應(yīng)就可以，經(jīng)過綜合考慮后，采用最少拍控制。第4章智能小車硬件設(shè)計(jì)第4.1節(jié)智能小車硬件分配本設(shè)計(jì)的小車硬件設(shè)計(jì)分為兩部分，一部分是機(jī)械設(shè)計(jì)，一部分是電路設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)主要是對小車的機(jī)械部件進(jìn)行選件與組裝。電路設(shè)計(jì)是對核心單片機(jī)、還有復(fù)位操作方式、晶振頻率、傳感器電路設(shè)計(jì)、電源管理模塊、驅(qū)動模塊進(jìn)行介紹。組裝注意事項(xiàng)請看附錄B4.1.1機(jī)械部分材料清單材料清單分為：電動機(jī)芯裝配材料清單與小車裝配清單表4.1電動機(jī)芯裝配材料清單序號名稱規(guī)格1電機(jī)131U=6V10000轉(zhuǎn)/分2蝸桿M=0.5Z=13二牙軸Φ2*184二牙片M=0.5Z=10/205三牙軸2.5*2.5*68方軸6三牙片M=0.5Z=12/38方孔7電機(jī)夾板A8四牙軸2.5*2.5*z8方軸9四牙片M=0.5Z=42方孔10電機(jī)夾板B11自攻螺絲M2.5*812機(jī)制螺絲M3*30表4.2小車裝配清單序號名稱規(guī)格數(shù)量1底板12機(jī)制螺絲M3×84對3機(jī)芯24后輪25開關(guān)16機(jī)制螺絲M2×82對7雙聯(lián)極片38前輪29前輪架210單聯(lián)極片211機(jī)制螺絲M3×84對12前輪軸Φ3×118113前輪固定圈24.1.2電路板硬件材料清單表4.3材料清單位號名稱備注位號名稱備注M1電機(jī)1接線座SIU1LED數(shù)碼管M2電機(jī)2接線座IR1紅外接收頭X1前端探測板接線座RX110K排阻DC電源接線座Z111.0592晶振R115KIC1AT89S51R2220IC2MAX232CPER3150KIC3LG911集成電路R41MIC4LG911集成電路R547KC110uF/16vR6560C2104R7560C3104R8560C4104R9560C510uF/16vR10560C610uF/16vR11560C730PFR12560C830PFR13560C9104R14220C1010uF/16vR1510KC1110uF/16vR16560C1210uF/16vR1710KC1310uF/16vR18560D1-D8紅色發(fā)光二極管R19560D9綠色發(fā)光二極管R20560S1按鍵開關(guān)R21560S2按鍵開關(guān)R22560S3開關(guān)R23560COM19針串行端口R24560D1-D2LED發(fā)光二極管前板用R2510KV1紅外發(fā)射頭前板用R26560V2紅外接收頭前板用RL1光敏電阻V3紅外發(fā)射頭前板用SB1蜂鳴器V4紅外接收頭前板用B1話筒V5紅外接收頭前板用R1220前板用V6紅外發(fā)射頭前板用R2220前板用R3560前板用R415K前板用R515K前板用R6220前板用R7560前板用R815K前板用COM數(shù)據(jù)線第4.2節(jié)AT89S51單片機(jī)簡介AT89S51作為本設(shè)計(jì)的核心芯片如圖所示3-1，是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。以下是詳細(xì)介紹。圖4.1AT89S514.2.1AT89S51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)系列的存儲器用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即將程序和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各有自己的尋址方式、尋址空間和控制系統(tǒng)。AT89S51的存儲器可分為五類：程序存儲器，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，特殊功能寄存器，位地址空間，外部數(shù)據(jù)存儲器。4.2.2AT89S51單片機(jī)管腳簡介AT89S51有40引腳雙列直插（DIP）、44引腳（PLCC）、44引腳（TQFP）封裝形式。AT89S51的引腳功能如圖3-2所示。AT89S51系列單片機(jī)采用了CMOS技術(shù)制造，它集成度高、速度快、功耗低。4.2.3AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)片內(nèi)總體結(jié)構(gòu)的詳細(xì)框圖如圖3-3所示，主要由9個部分組成，分別是：1個8位中央處理器；4KBFlash存儲器；128B的數(shù)據(jù)存儲器；32條I/O接口線（P0、P1、P2、P3）；2個定時/計(jì)數(shù)器；1個具有6個中斷源、4個優(yōu)先級的中斷嵌套結(jié)構(gòu)；用于多處理機(jī)通信、I/O擴(kuò)展或全雙工UART的串行口；特殊功能寄存器（SFR）；1個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。圖4.2 40引腳雙列直插（DIP）封裝圖4.3AT89S51單片機(jī)片內(nèi)總體結(jié)構(gòu)圖第4.3節(jié)電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中電路設(shè)計(jì)非常重要包括復(fù)位操作方式、晶振頻率、傳感器電路設(shè)計(jì)、電源管理模塊、驅(qū)動模塊的設(shè)計(jì)。這些電路設(shè)計(jì)都以簡單、使用為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中復(fù)位電路、晶振電路和電源構(gòu)成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)。下面是詳細(xì)介紹。4.3.1復(fù)位操作方式復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化外，由于程序運(yùn)行時出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為使單片機(jī)正常工作，也需按復(fù)位鍵以從新啟動。除PC之外，復(fù)位操作還對其它特殊功能寄存器有影響。復(fù)位操作還對單片機(jī)的個別引腳信號有影響。它們的復(fù)位狀態(tài)見附錄表例如；在復(fù)位期間ALE和PSEN信號變?yōu)闊o效狀態(tài)，即ALE=1，PSEN=1。(1) 復(fù)位信號及其產(chǎn)生RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩脈沖周期（即兩個機(jī)器周期）以上。若使用頻率為6MHZ的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4微秒才能完成復(fù)位操作。整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號（RST）送施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機(jī)器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。(2) 復(fù)位操作方式復(fù)位操作有上電自動復(fù)位、按鍵電平復(fù)位、外部脈沖復(fù)位和自動復(fù)位四種方式。圖4.4 AT89S51復(fù)位電路本次設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位，上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，只要電源VCC的上升時間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。4.3.2晶振頻率晶振電路是單片機(jī)不可缺少的，這種電路是單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路，由只需要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳邊接一個晶體振蕩器或一個陶瓷振蕩器，并通過兩個電容后接地即可，XTAL1和XTAL2分別為單片機(jī)片內(nèi)反相器的輸入和輸出端口，因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部工作需要時鐘，產(chǎn)生機(jī)器周期，振蕩電容一般選取10-30PF，振蕩電路的頻率要滿足單片機(jī)的工作頻率要求，單片機(jī)才能正常工作。如圖4.5所示。圖4.5晶振的應(yīng)用原理圖4.3.3傳感器電路設(shè)計(jì)尋跡傳感器模塊的設(shè)計(jì)是整個智能小車設(shè)計(jì)中最重要的一部分，其作用相當(dāng)于人的眼睛和耳朵，采集外部路面的信息并將其送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其能否正常工作直接影響著小車隊(duì)路面的判斷以及小車下一步的行動，因而其布局的合理性與有效對小車穩(wěn)定而又快速的行駛起著關(guān)鍵的作用。我們認(rèn)為在傳感器的布局中，要解決兩個問題：信息檢測的精確度和信息檢測的前沿性。（1）本設(shè)計(jì)中選用的傳感器如圖3-6所示，白色為：紅外發(fā)射探頭（連續(xù)的發(fā)射紅外光線）。黑色為：紅外接收探頭（接收反射回來的紅外光線）圖4.6紅外發(fā)射管與紅外接收探頭本設(shè)計(jì)中安裝了三組（也可兩組）紅外探頭，排成三角形。傳感器電路圖如圖所示4.7詳細(xì)全圖見附錄圖4.7紅外發(fā)射與接收探頭相關(guān)的匹配電阻220電阻：紅外發(fā)射器的降壓與限流電阻（完成對紅外發(fā)射器的保護(hù)）。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的電源是5V，流過放光二極管的電流小于20MA，放光二極管的管壓降為1.7V~2V。所以根據(jù)單片機(jī)電源減去二極管管壓降除以流過二極管電流，就可以得到所需要的電阻。15K電阻：紅外接收探器的光信號變電信號電阻（完成將反射回來的光信號）。15K的電阻選擇是隨意選擇的，也可以選擇10K，20K。因?yàn)榧t外接收探頭在工作時，就相當(dāng)于一個開關(guān)，所以電阻是隨意的。紅外發(fā)射與紅外接收器V1紅外發(fā)射器：主要完成紅外線的發(fā)射V2紅外接收器：主要完成將反射回來的紅外光線接收到后再由電阻轉(zhuǎn)換為電信號。（3）避障小車的避障原理避障小車之所以能夠避障，主要是由前方的兩對紅外發(fā)射與接收探頭來完成的。我們知道光有反射的特性。所以說當(dāng)前方的紅外發(fā)射出來的光線遇到物體時，就會形成反射的光線，而這個經(jīng)反射的紅外光線剛好被紅外接收探頭接收到。當(dāng)紅外接收探頭接收到信號后，再將信號送到單片機(jī)由單片機(jī)內(nèi)部的程序來控制小車的運(yùn)行情況。那么如何知道是如何有障礙物呢？原來紅外光線有一個反射特性。但對于不用的物體反射特性是不一樣的，特別是對白色反光的物體，紅外光線的反射量將會多一點(diǎn)。而沒有明顯障礙物，紅外反射量將會大量的減少。那么我們就可以利用這個特性來完成障礙物的判斷。通過電路的合理安裝，可以將這種接收到的紅外光線變化量轉(zhuǎn)換為電壓值傳送到單片機(jī)中。返回的電壓值為低電平，而單片機(jī)就可以進(jìn)行各種智能化控制了。例如，完成避障的轉(zhuǎn)動功能，還有倒車停車的功能。4.3.4驅(qū)動模塊直流電機(jī)的控制一般由單片機(jī)的PWM信號來完成，因?yàn)閱纹瑱C(jī)產(chǎn)生的信號很小，所以采用電機(jī)驅(qū)動芯片L9110驅(qū)動器。電路圖示見4.7，器件管腳圖見4.8，管腳定義見表4.1圖4.8驅(qū)動芯片使用電路圖4.9器件管腳圖表4.1引腳說明圖4.10管腳波形圖描述：L9110是為控制和驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。該芯片有兩個TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性;兩個輸出端能直接驅(qū)動電機(jī)的正反向運(yùn)動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過750~800mA的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá)1.5~2.0A；同時它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開關(guān)功率管的使用上安全可靠。4.3.5電源管理模塊方案1：采用交流電經(jīng)直流穩(wěn)壓處理后供電采用交流電提供直流穩(wěn)壓電源，電流驅(qū)動能力及電壓穩(wěn)定性最好，且負(fù)載對電源影響也最小。但由于需要電線對小車供電，極大影響了避障小車行動的靈活性及地形的適應(yīng)能力。而且避障小車極易把拖在地上的電線識別為障礙物，人為增加了不必要的障礙。故放棄了這一方案。方案2：采用干電池組進(jìn)行供電采用四節(jié)干電池降壓至5V后給單片機(jī)及其他邏輯單元供電，。這樣電機(jī)啟動及制動時的短暫電壓干擾不會影響到邏輯單元和單片機(jī)的工作。所以采取此方案。第5章智能小車軟件設(shè)計(jì)第5.1節(jié)總體流程圖開始開始系統(tǒng)初始化執(zhí)行主程序小車前進(jìn)電機(jī)模式選擇電機(jī)左轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)右轉(zhuǎn)N遇見障礙物否控制算法控制算法控制算法遇見障礙否遇見障礙否遇見障礙否NNYNYYY流程圖說明：首先開始啟動，進(jìn)入系統(tǒng)初始化定義引腳，執(zhí)行主程序小車前進(jìn)。根據(jù)小車的指示燈來判斷小車的運(yùn)行情況。如果小車遇見障礙物，會給單片機(jī)一個低電平信號進(jìn)入電機(jī)模式選擇，例如：小車遇見障礙物，傳感器開始掃描，當(dāng)紅外接受探頭接受到紅外光線，給單片機(jī)底電平信號，這時經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部程序的處理設(shè)置合理的托退和轉(zhuǎn)動時間函數(shù)，同時電機(jī)后退加轉(zhuǎn)動。直到小車跑回沒有障礙物的軌道，正常前進(jìn)。反復(fù)的重復(fù)這樣的動作就可以實(shí)現(xiàn)一直蔽障的功能。第5.2節(jié)最少拍控制算法最少拍設(shè)計(jì)，是指系統(tǒng)在典型輸入信號（如階躍信號，速度信號，加速度信號等）作用下，經(jīng)過最少拍（有限拍），使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。所以，最少拍控制系統(tǒng)，也稱最少拍無差系統(tǒng)，最少拍隨動系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是時間最優(yōu)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的性能指標(biāo)就是系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間最短或盡可能短?？梢钥闯鱿到y(tǒng)對閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的要求是快速性和準(zhǔn)確性。也就是說讓小車在遇見障礙物后，能在最短的時間內(nèi)躲開障礙物。最少拍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與被控對象的零極位置有很密切的關(guān)系。下面先從簡單情形開始介紹最少拍控制器的設(shè)計(jì)。對最小拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求是：（1）調(diào)節(jié)時間最短，即系統(tǒng)跟蹤輸入信號所需的采樣周期數(shù)最少；（2）在采樣點(diǎn)處無靜差，即對特定的參考輸入信號，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)在采樣點(diǎn)能精確實(shí)現(xiàn)對輸入信號的跟蹤；（3）設(shè)計(jì)出來的數(shù)字控制器必須是物理上可以實(shí)現(xiàn)的；（4）閉環(huán)系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的。最小拍閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的確定首先根據(jù)對控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求和其他約束條件，構(gòu)造系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。最小拍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是對特定的參考輸入信號，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)在采樣點(diǎn)處靜差為零。根據(jù)此約束條件可以構(gòu)造出系統(tǒng)的誤差脈沖傳遞函數(shù)。典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示。其中，GP(S)為被控對象H0（S）為零階保持器，D(Z)即為待設(shè)計(jì)的最少拍控制器。DD（z）H0(S)GP(S)最少拍控制器零階保持器被控對象R(S)TE(z)TY(S)TY(z)圖5.1最少拍隨動系統(tǒng)框圖由離散控制理論，最少拍控制系統(tǒng)的誤差脈沖傳遞函數(shù)Φe（z）==1－Φ（z）（5.1）=系統(tǒng)偏差為：E(Z)=Φe（z）R(Z)一般控制系統(tǒng)有三種典型輸入形式：（1）單位階躍輸入：r(t)=1R(Z)=（5.2）（2）單位速度輸入：r(t)=tR(Z)=（5.3）（3）單位加速度輸入：r(t)=t2R(Z)=（5.4）在本設(shè)計(jì)中采用單位階躍輸入，被控對象為直流電機(jī)，零階保持器傳遞函數(shù)已知。只要查出直流電機(jī)傳遞函數(shù)就可以求得最少拍控制器D(Z)。根據(jù)圖4-1求得方法如下。最小拍控制器D(Z)的確定由離散控制系統(tǒng)理論，可以求出圖4-1所示的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：Φ(Z)=（5.5）由此可以得到數(shù)字控制器為D(Z)=（5.6）或D(Z)=（5.7）第6章開發(fā)流程開發(fā)流程是在硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上展開的，主要是把硬件與軟件結(jié)合起來。經(jīng)過編譯、環(huán)境下載調(diào)試、單片機(jī)資源劃分。第6.1節(jié)編譯環(huán)境一．KeilC51介紹KeilC51mVision2集成開發(fā)環(huán)境是KeiSoftwre，lnc/KeilElektronikGmbH開發(fā)的基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內(nèi)以多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，可以完成從工和建立、管理，編譯，連接，目標(biāo)代碼的生成，軟件訪真，硬件訪真等完整的開發(fā)流和。尤其C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率性達(dá)到了較高的水平，而可以附加靈活的控制選項(xiàng)。KeilC51集成開發(fā)環(huán)境的主要環(huán)境的主要功能是以下幾點(diǎn)：（1）mVision2forWindowsTM：是一個集成開發(fā)環(huán)境，它將項(xiàng)目管理，源代碼編輯和程序調(diào)試等組合在一個功能強(qiáng)大的Z1環(huán)境中。（2）C51國際標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化C交叉編譯器：從C源代碼產(chǎn)生可重定位的口標(biāo)模塊。（3）A51宏匯編器：從80C51匯編冤代碼產(chǎn)生可重定位的口標(biāo)模塊。（4）BL51連接/定位器：組合由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標(biāo)模塊，生成絕對目標(biāo)模塊。（5）LIB51庫管理器：從口際模塊生成連接器可以使用的庫文件。（6）OH51目標(biāo)文件至HEX格式的轉(zhuǎn)換器：從絕對目標(biāo)模塊生成IntelHEX文件。（7）RTX-51實(shí)時操作系統(tǒng)：簡化了復(fù)雜的實(shí)時應(yīng)用軟件項(xiàng)口的設(shè)計(jì)。這個工具套件足為專業(yè)軟件開發(fā)人員設(shè)計(jì)的，但任何層次的編程人員都可以使用，并獲得80C51微控制器的部分應(yīng)用。二．KeilC51集成工具和用途mVision2支持所有的Keil80C51的工具軟件，包括C51編譯器、宏匯編器、連接器/定位器和目標(biāo)文件至Hex格式轉(zhuǎn)換器，mVision2可以自動完成便宜、匯編、連接程序的操作。（1）C51便宜器和ASI匯編器由mVision21DE創(chuàng)建的潭文件，可以被C51便宜器或A51匯編器處理，生成可重定位的object文件。KeilC51以直接支持80C51結(jié)構(gòu)的特性。KeilA51宏匯編器支持80C51及其派聲系列的怕有指令集。（2）LIB51庫管理器BL51庫管理器可以從由匯編器和便宜器創(chuàng)建的目標(biāo)文件建立目標(biāo)庫。這些庫是按規(guī)定格式排列的目標(biāo)模塊，可在以后被連接器所使用。當(dāng)連接器處理一個庫時，僅僅使用了庫中程序使用的目標(biāo)模塊而不是全部加以引用。（3）BLSI連接器/定位器BL51連接器使用從庫中提取出來的目標(biāo)模塊和便宜器，匯編器生成的目標(biāo)模塊，創(chuàng)建一個絕對地址目標(biāo)模塊。絕對地址目標(biāo)文件或模塊包括不可重定位的代碼和數(shù)據(jù)，所有的代碼和數(shù)據(jù)都被個在具體的存儲器單元中。（4）mVision2軟件調(diào)試器mVision2軟件調(diào)試器能十分理想地進(jìn)行快速，可靠的程序調(diào)節(jié)，調(diào)試器包括一個同速模擬器，您可以使用它模擬整個80C50系統(tǒng)，包括片上外圍器件和外部器件，當(dāng)您從器件數(shù)據(jù)庫選擇時，這個器件的屬性會被自動配置。（5）mVision2硬件調(diào)試器mVision2調(diào)試器響您提供廠幾種在實(shí)際目標(biāo)硬件上測試程序的方法。按MON51目標(biāo)監(jiān)控器到您的目標(biāo)系統(tǒng)，并通過monitor-51接口下在你的程序，使用高級GDI接口，將mVision2調(diào)試同類似于DP-51S單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)儀或者TKS系列仿真器的硬件系統(tǒng)相連接，通過mVision2的人機(jī)交互環(huán)境指揮連接的硬件完成仿真操作。（6）RTX51實(shí)時操作系統(tǒng)RTX51實(shí)時操作系統(tǒng)是針對80C51微控制器系列的一個多任務(wù)內(nèi)核。RTX51實(shí)時內(nèi)核簡化廠需要對實(shí)時事件進(jìn)行反應(yīng)的復(fù)雜應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試。這個內(nèi)核完全集成在C51編譯器中，使用非常簡單，任務(wù)描述表和操作系統(tǒng)的統(tǒng)一性由BL51連接器/定位器自動進(jìn)行控制。此外Vision2還只有極強(qiáng)的軟件環(huán)境，友好的操作界面和簡單快捷的操作方法，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）豐富的菜單欄；（2）可以快色選擇命令按鈕的工具欄；（3）一些源代碼文件窗口；（4）對話框窗口；（5）直觀明了的信息顯示窗口。第6.2節(jié)下載調(diào)試下載調(diào)試工具有很多，本次設(shè)計(jì)用的下載器為STC_ISP_V483，這類下載器兼容AT，STC系列的單片機(jī)下載程序。下面詳細(xì)介紹下載過程。首先在下載之前必須在KeilC51中生成可下載文件.HEX與.BIN文件。打開下載器主界面如圖5-1步驟一：SelectMcuType選擇單片機(jī)型號步驟二：OpenFile打開文件（KeilC51中生成可下載文件.HEX與.BIN文件）步驟三：SelectCOMPort,MaxBaud/選擇串行口，最高波特率步驟四：設(shè)置本框和右下方‘選項(xiàng)’中的選項(xiàng)步驟五：下載注意：在步驟三中選擇正確的COM口，特別注意的是步驟五先點(diǎn)擊下載，再給單片機(jī)上電，這是單片機(jī)的冷啟動。第6.3節(jié)單片機(jī)的I/O分配以AT89S51為主芯片如圖5-2。40腳的DIP封裝使它擁有32個完全I(xiàn)O端口，通過這些端口加以信號輸入電路，控制電路，執(zhí)行電路共同完成尋跡小車。P0.0,P0.1,P0.2,P0.3分別通過LG9110電機(jī)驅(qū)動來驅(qū)動電機(jī)1和電機(jī)2。由電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來完成小車的前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)。小車行走時會通過P3.5,P3.6,P3.7的紅外接收探頭來進(jìn)行檢測。當(dāng)走出跑道時，P3.5,P3.6或P3.7將收到一個電平信號，此電平信號將通過相應(yīng)端口傳送入主芯片中，主芯片通過內(nèi)部代碼完成小車的尋跡操作。同時P3.5與P3.6的信號狀態(tài)將通過P2.6和P2.7顯示出來。在小車的左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，后退的過程，可以通過觀看以P2.0和P2.7為指示等的運(yùn)行狀態(tài)。圖6.1系統(tǒng)連線圖結(jié)論尋跡檢測單元的核心部件選擇了紅外探頭傳感器。紅外探頭傳感器具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點(diǎn)；另外再加上AT89S51單片機(jī)與電機(jī)驅(qū)動芯片的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能小車的尋跡功能。綜上所述，我們可以看出電子設(shè)計(jì)自動化逐漸成為重要的設(shè)計(jì)手段，單片機(jī)己經(jīng)成為當(dāng)今電子設(shè)計(jì)應(yīng)用市場上首選的可編程邏輯器件之一。單片機(jī)應(yīng)用在控制領(lǐng)域中，既降低了系統(tǒng)成本也提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。最終在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下對整個尋跡檢測進(jìn)行選件、制造單片機(jī)系統(tǒng)并測試、軟件設(shè)計(jì)后實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制下的尋跡檢測系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)可以在實(shí)際中應(yīng)用。希望通過我們不斷地努力，使單片機(jī)這一重要設(shè)計(jì)手段能夠更好的為我以后的學(xué)習(xí)效力。最后，在此誠懇地希望老師和同學(xué)提出寶貴的批評和意見附錄A#include<reg52.h>//=========================數(shù)據(jù)類型定義=====================signedcharINT8;//重定義有符號字符8位數(shù)據(jù)typedefunsignedcharUINT8;//重定義無符號字符8位數(shù)據(jù)typedefintINT16;//重定義有符號字符16位數(shù)據(jù)typedefunsignedintUINT16;//重定義無符號字符16位數(shù)據(jù)#defineTRUE 1 //邏輯真 #defineFALSE 0//邏輯假#defineNULL0//指針空//========================硬件對應(yīng)端口定義===================sbitFontLeftLed=P2^3;//前左方指示燈sbitFontRightLed=P2^4;//前右方指示燈sbitFontIR=P2^7;//前方紅外接收探頭sbitMA1=P0^1;//左方電機(jī)控制驅(qū)動sbitMB1=P0^0;//左方電機(jī)控制驅(qū)動sbitMA2=P0^5;//右方電機(jī)控制驅(qū)動sbitMB2=P0^6;//右方電機(jī)控制驅(qū)動sbitSB1=P2^1;//蜂鳴器控制端口定義sbitRunLed=P1^5;//運(yùn)行指示燈//===================功能函數(shù)定義=============================voidDelay(UINT16DelayTime)//延時函數(shù){while(DelayTime--);//延時函數(shù)循環(huán)體}voidControlCar(UINT8ConType)//車體控制函數(shù){MA1=0;//左電機(jī)清零MA2=0;//右電機(jī)清零MB1=0;//左電機(jī)清零MB2=0;//右電機(jī)清零FontLeftLed=1;//前左方指示燈滅FontRightLed=1;//前右方指示燈滅switch(ConType)//判斷控制叁數(shù)類型{ case1://前進(jìn) { MA2=1;//左電機(jī)向前運(yùn)動 MB1=1;//右電機(jī)向前運(yùn)動 FontLeftLed=0;//前左方指示燈亮FontRightLed=0;//前右方指示燈亮 break; } case2://后退 { MB2=1;//右電機(jī)向后運(yùn)動 MA1=1;//左電機(jī)向后運(yùn)動 break; } case3://左轉(zhuǎn) { MA1=1;//左電機(jī)向后運(yùn)動MA2=1;//右電機(jī)向前運(yùn)動FontLeftLed=0;//前左方指示燈亮 break; } case4://右轉(zhuǎn) { MB1=1;//右電機(jī)向后運(yùn)動MB2=1;//左電機(jī)向前運(yùn)動FontRightLed=0;//前右方指示燈亮 break; }}}//====================主程序===================================voidmain()//主函數(shù){UINT8RunFlag=1;//運(yùn)行標(biāo)志位ControlCar(1);//前進(jìn)RunLed=0;while(1)//程序主打循環(huán) {if(FontIR==0)/判斷前方紅外接收探頭{ControlCar(2);//小車后退(用于急剎車)Delay(50000);//延時300毫秒 Delay(20000);//小車后退if(RunFlag)//判斷小車運(yùn)行標(biāo)志位 { ControlCar(3);//小車左轉(zhuǎn)} else//為假的情況下 { ControlCar(4);//小車右轉(zhuǎn) } Delay(30000);//左轉(zhuǎn)彎SB1=0;//小車響鈴Delay(30000);//左轉(zhuǎn)彎SB1=1;//小車不響鈴 Delay(30000);//左轉(zhuǎn)彎SB1=0;//小車響鈴Delay(30000);//左轉(zhuǎn)彎SB1=1;//小車不響鈴 ControlCar(1);//小車前進(jìn)RunFlag=!RunFlag;//改變小車運(yùn)行狀態(tài)位 }}}附錄B1、電容有正負(fù)極之分，長正短負(fù)；2、二極管有正負(fù)極之分，長正短負(fù)；3、話筒有正負(fù)之分，負(fù)極與外殼相連；4、蜂鳴器有正負(fù)之分，長正短負(fù)；5、三極管按照電路板封裝焊接；6、集成電路即芯片，安裝時要注意缺口對應(yīng)（缺口對應(yīng)位置和封裝對應(yīng)位置要一致）。（缺口在芯片或芯片底座的一端）7、數(shù)碼管焊接時注意數(shù)碼管上的小數(shù)點(diǎn)要與電路板封裝上的小數(shù)點(diǎn)對應(yīng)。8、強(qiáng)烈推薦電池采用南孚電池或其他高性能電池。附錄CAT89S51(8位微控制單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes可系統(tǒng)編程的存儲器)AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP)也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場介，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。（1）主要性能參數(shù)：?與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼:容?4k字節(jié)在線系統(tǒng)編程(ISP)Flash閃速存儲器?1000次擦寫周期?4.05.5V的工作電壓范圍?全靜態(tài)工作模式：0Hz33MHz?三級程序加密鎖?128×8字節(jié)內(nèi)部RAM?32個可編程I/O口線?2個16位定時/計(jì)數(shù)器?6個中斷源?全雙工串行UART通道?低功耗空閑和掉電模式?中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)?看門狗(WDT)及雙數(shù)據(jù)指針?掉電標(biāo)識和快速編程特性?靈活的在線系統(tǒng)編程(ISP一字節(jié)或頁寫模式)（2）功能特性概述：AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗（WDT），兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計(jì)數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。（3）引腳功能說明：?Vcc：電源電壓?GND：地?P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫‘1’?P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口寫‘1’?P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口寫‘1’?P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”?RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFRAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。?ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，囚此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR)區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁正ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。?PSEN：程序儲存允許(PSEN)輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S51由外部程序存儲器取指令(或數(shù)據(jù))時，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的PSEN信號。?EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為0000H-FFFFH),EA端必須保持低電平(接地)。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平(接Vcc端)，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程電壓Vpp。?XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。?XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。?特殊功能寄存器：特殊功能寄存器的于片內(nèi)的空間分布的這些地址并沒有全部占用，沒有占用的地址亦不可使用，讀這些地址將得到一個隨意的數(shù)值。而寫這些地址單元將不能得到預(yù)期的結(jié)果。?中斷寄存器：各中斷允許控制位于IE寄存器，5個中斷源的中斷優(yōu)先級控制位于IP寄存器。?雙時鐘指針寄存器：為更方便地訪問內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲器，提供了兩個16位數(shù)據(jù)指針寄存器：DP0位于SFR(特殊功能寄存器)區(qū)塊中的地址82H,83H和DP1位于地址84H,85H，當(dāng)SFR中的位DPS=0選擇DP0，而DPS=1則選擇DP1。用戶應(yīng)在訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)指針寄存器前初始化DPS位。?電源空閑標(biāo)志：電源空閑標(biāo)志（POF）在特殊功能寄存器SFR中PCON的第4位(PCON.4}，電源打開時POF置‘1’?程序存儲器：如果EA引腳接地(GND)，全部程序均執(zhí)行外部存儲器。在AT89S51,假如EA接至Vcc(電源+)，程序首先執(zhí)行地址從0000H-OFFFH（4KB）內(nèi)部程序存儲器，而執(zhí)行地址為1000H-FFFFH(60KB)的外部程序存儲器。?數(shù)據(jù)存儲器：AT89S51的具有128字節(jié)的內(nèi)部RAM，這128字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問，堆棧操作可利用間接尋址方式進(jìn)行，128字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)空間。?看門狗定時器(WDT)：WDT是為了解決CPU程序運(yùn)行時可能進(jìn)入混亂或死循環(huán)而設(shè)置，它由一個14bit計(jì)數(shù)器和看門狗復(fù)位SFR(WDTRST)構(gòu)成。外部復(fù)位時，WDT默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)，要打開WDT，用戶必須按順序?qū)?1EH和0E1H寫到WDTRST寄存器（SFR地址為OA6H},當(dāng)啟動了WDT，它會隨晶體振蕩器在每個機(jī)器周期計(jì)數(shù)，除硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位外沒有其它方法關(guān)閉WDT，當(dāng)WDT溢出，將使RSF引腳輸出高電平的復(fù)位脈沖。?定時器0和定時器1：定時器0和1都是一個16位定時/計(jì)數(shù)器。參考文獻(xiàn)[1]陳伯時，電力拖動自動控制系統(tǒng)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社[2]馮先成，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。北京：航天航空大學(xué)出版社[3]何希才，新型實(shí)用電子電路400例。電子工業(yè)出版社[4]李念強(qiáng)，王玉泰，張魯，張羽，單片機(jī)原理及應(yīng)用。機(jī)械工業(yè)出版社[5]趙負(fù)圖，傳感器集成電路手冊，第一版，化學(xué)工業(yè)出版社[6]康化光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，北京：出等教育出版社。[7]劉雨棣、杜偉略單片機(jī)微型接口技術(shù)，北京：西安電子科技大學(xué)出版社[8]吳建平，傳感器原理及應(yīng)用。清華大學(xué)出版社[9]張磊，C語言程序設(shè)計(jì)，清華大學(xué)出版社[10]張毅剛，新版MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，哈工大出版社[11]求是科技，8051系列單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)完全手冊，人民郵電出版社[12]李劍心基于單片機(jī)的紅外發(fā)射器科技信息：學(xué)術(shù)版200612S[13]孟建華郝晉霞AT89S系列單片機(jī)及在線編程技術(shù)西安工程科技學(xué)院學(xué)報(bào)[14]張莉娟MCS——51單片機(jī)典型程序設(shè)計(jì)的教學(xué)研究致謝歷時四年的大學(xué)生活將結(jié)束了，在大學(xué)四年和論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師張老師，他對我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多你問素材，還在論文的撰寫和排版燈過程中提供熱情的幫助。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學(xué)友批評和指正。電子工程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與編程專業(yè)：通信工程小組：姓名學(xué)號指導(dǎo)老師：完成日期：2

摘要： 電子工程設(shè)計(jì)第三階段的任務(wù)是完成基于單片機(jī)的紅外遙控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，并編程實(shí)現(xiàn)按鍵控制，數(shù)據(jù)顯示，最終實(shí)現(xiàn)通過紅外發(fā)射管發(fā)射38KHzASK信號，與模板紅外接收單元的簡單通信聯(lián)系（測試通信協(xié)議），進(jìn)行閉環(huán)溫控的啟動/停止控制，接收模板紅外發(fā)送單元發(fā)出的溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示這幾項(xiàng)功能。在調(diào)試成功基礎(chǔ)上，可進(jìn)行程序固化，從而真正完成紅外遙控系統(tǒng)開發(fā)。 完成硬件電路的設(shè)計(jì)焊接，包括以下幾個單元：單片機(jī)處理：核心單元，完成與各個單元的數(shù)據(jù)，控制線連接，編程實(shí)現(xiàn)對各單元控制，最終實(shí)現(xiàn)遙控；顯示：顯示鍵控定義的值和測溫結(jié)果；按鍵控制：控制顯示和協(xié)議的收發(fā)，以及4060完成的分頻器設(shè)計(jì)（提供ASK信號載頻）與串行數(shù)據(jù)運(yùn)算產(chǎn)生ASK信號。 完成軟件編程實(shí)現(xiàn)測試模塊的基本功能，運(yùn)行完整程序完成各個協(xié)議的收發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)對模板的遙控。經(jīng)不斷調(diào)試及排障，使各個模塊基本達(dá)到了相應(yīng)要求，且編程聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)了遙控的功能。目錄一．課題背景及需求分析……...5二．設(shè)計(jì)方案的選擇及原理…………………..5（一）系統(tǒng)框圖及電路圖………………5（二）顯示部分(方案選擇，設(shè)計(jì)，原理，計(jì)算)……6（三）鍵盤部分(同上)…………………6（四）單片機(jī)及ASK信號產(chǎn)生，紅外接收部分（同上）………………6(五)程序設(shè)計(jì)………8三．焊接和調(diào)試。。。。。。。。。。。?！?21.焊接2.通信協(xié)議部分四．出現(xiàn)問題及解決（方法總結(jié)），提出結(jié)論………………13五．體會與建議………………13六．致謝……….14七．參考文獻(xiàn)………………….14一．課題背景及需求分析需求分析：電子工程設(shè)計(jì)第三階段的任務(wù)是完成基于單片機(jī)的紅外遙控系統(tǒng)，用以代替系統(tǒng)小鍵盤的部分功能，遙控距離不小于3米，通信格式和通信協(xié)議同串行通信。完成硬件電路設(shè)計(jì)，并編程實(shí)現(xiàn)按鍵控制，數(shù)據(jù)顯示，最終實(shí)現(xiàn)通過紅外發(fā)射管發(fā)射38KHzASK信號，與模板紅外接收單元的簡單通信聯(lián)系（測試通信協(xié)議），進(jìn)行閉環(huán)溫控的啟動/停止控制，接收模板紅外發(fā)送單元發(fā)出的溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示這幾項(xiàng)功能。完成相應(yīng)軟件編程，實(shí)現(xiàn)遙控功能。二．設(shè)計(jì)方案的選擇及原理（一）系統(tǒng)框圖及電路圖框圖上圖為系統(tǒng)完整電路圖（二）顯示部分1.原理圖說明：單片機(jī)P0，P1口直接與共陽極數(shù)碼管相連（三）鍵盤部分1.原理圖：說明：四個鍵值分別與單片機(jī)P10—P13連接，按鍵時相應(yīng)口置0。（四）單片機(jī)及ASK信號產(chǎn)生，紅外接收部分1.單片機(jī)電路①復(fù)位電路：分析：電源與地之間接入RC電路。電源接通：向電容充電是RST引腳電壓降低，C應(yīng)足夠大以使復(fù)位信號保持足夠時間。分析：電源與地之間接入RC電路。電源接通：向電容充電是RST引腳電壓降低，C應(yīng)足夠大以使復(fù)位信號保持足夠時間。②.時鐘電路：分析：與內(nèi)部部件共同組成皮爾斯振蕩器，提供芯片工作所需時鐘信號分析：與內(nèi)部部件共同組成皮爾斯振蕩器，提供芯片工作所需時鐘信號2.ASK信號的產(chǎn)生及紅外接收1.ASK信號的產(chǎn)生①載波的產(chǎn)生Qn=2-nQn=2-nfQn：ASK載頻f：晶體振蕩頻率n：分頻此題Qn=5M/27約為39k②ASK信號的產(chǎn)生說明：串行數(shù)據(jù)先求反，再與產(chǎn)生39KHz脈沖的74HC4060的6端口（分頻輸出）相與非，輸出信號通過三極管推動紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。串行數(shù)據(jù)收發(fā)端平時為高電平，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送時，產(chǎn)生一個低電平起始位，而后緊跟8位數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位。若不對串行數(shù)據(jù)取反后發(fā)射，則紅外發(fā)光二極管平常一直處于發(fā)射狀態(tài)，只有當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)射時，發(fā)光管才截止。這樣不僅使電路消耗許多無用功耗，也使當(dāng)發(fā)射機(jī)發(fā)射方向偏離接收機(jī)或被遮擋時，產(chǎn)生誤傳送，即當(dāng)發(fā)射機(jī)沒有發(fā)射信號時接收機(jī)收到信號。把串行數(shù)據(jù)取反后發(fā)射，便可解決此問題。同時，在接收端也要取反。紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離是同消耗在管子上的瞬時功率呈單調(diào)遞增關(guān)系。在紅外發(fā)光二極管最大功耗一定的情況下，要想增大發(fā)射距離，只能把信號調(diào)制到一個小占空比的脈沖載波上。脈沖載波的占空比越小，紅外發(fā)光二極管的瞬時功率才能越大，發(fā)射距離才能越遠(yuǎn)。2.紅外接收Hs0038為Hs0038為紅外接收探頭，接收紅外信號頻率為38kHz，周期約26μs在本設(shè)計(jì)中我們采用紅外一體化接收頭HS0038。HS0038黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達(dá)35m。它能與TTL、COMS電路兼容。HS0038為直立側(cè)面收光型。它接收紅外信號頻率為38kHz,周期約26μs，同時能對信號進(jìn)行放大、檢波、整形，得到TTL電平的編碼信號。三個管腳分別是地、＋5V電源、解調(diào)信號輸出端。(五)程序設(shè)計(jì)1．流程圖2.程序代碼$include(C8051F020.inc) ORG 0000H LJMP INITTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,099H,092H,082H,0F8H ;字符段碼表0-7 DB 080H,090H,088H,083H,0C6H,0A1H,086H,08EH ;字符段碼表8-FINIT: lcall Init_Device JP3:MOVR2,#00H;操作數(shù)據(jù)初始值JP2:MOV R1,#00H MOV A,R1 CJNE R2,#10H,MAIN;FF后從0開始計(jì) SJMPJP3MAIN: MOV DPTR,#TAB ;讀取與A中數(shù)值對應(yīng)的顯示段碼 MOVC A,@A+DPTR MOVP2,A;段碼送并行口顯示MOVA,R2 RLA RLA RLA RLA MOVR3,A MOVA,R2 MOVC A,@A+DPTRMOVP1,A MOVA,R1 ADDA,R3 MOVR3,A MOVA,R1JNBP0.3,FUWEIJP4:NOPJNBP0.4,JIESHOUJP5:NOPJNBP0.5,FASONGJP6:NOP JBP0.2,MAIN;等待按鍵CALLDELAY CALLDELAY CAL