基于AT89C51单片机检测障碍小车的设计

第 31 卷 第 5 期2018 年 5 月
江西电力职业技术学院学报
Journal of Jiangxi Vocational and Technical College of Electricity
Vol.31 No.5
Mar.2018
基于AT89C51单片机检测障碍小车的设计
刘子莘1，2
（1.北京兆电电力科技发展有限公司，北京 101300；2.安徽信息工程学院，安徽芜湖 241100）
摘 要：随着科学技术的发展，自动化生产将逐渐代替人工生产，并在人类社会中起到越来越重要的作用。

基于A T89C51单片机使小车具有自动按规定路线前进并检测前进路线是否存在障碍的功能，具有广泛的应用前景。

关键词：检测障碍；A T89C51单片机；自动化
中图分类号：U463.6 文献标识码：B 文章编号：1673-0097(2018)05-0003-02
Design of Obstacle Detection Car Based on AT89C51 Single Chip
LIU Zi-shen1, 2
(1. Beijing Zhaodian Power Technology Development Co., Ltd., Beijing 101300 China; 2. Anhui Institute of Information
Engineering, Wuhu 241100 China)
Abstract: With the development of science and technology, automated production will gradually replace manual production and play an increasingly important role in human society. Based on the AT89C51 microcontroller, the car had the function of automatically advancing along the specified route and detecting whether there are obstacles in the forward route, which has wide application prospects.
Keywords: Detection Obstacle; AT89C51 Single Chip Microcomputer; Automation
0 引言
随着电子技术的发展与完善，单片机的运用越来越广泛。

A T89C51单片机作为基础入门的一个单片机，具有4K字节可编程FLASH存储器、1000写/擦循环、10年数据保留时间、128×8位内部RAM、32可编程I/O 线、5个中断源、低功耗的闲置和掉电模式、全静态工作：0Hz~24MHz等特性［1］，并具有性能强大、易于学习、价格低廉的优点，因此，51单片机至今仍占有大量市场。

1 测障小车的功能分析
自动化机器人具有减少人力、降低生产成本、提升产能、便于管理、避免风险等优点，随着科技的发展，自动化机器人将逐渐代替人成为生产的主流，测障小车可以作为自动化机器人的典型代表。

测障小车需要在没有人工参与的条件下，检测指定路线上是否存在障碍，所以小车需要准确循迹并判断障碍。

小车可以分为三大组成部分：传感器、处理器、执行器。

传感器使用红外模块、压力传感器模块、蜂鸣器模块，红外模块便于采集路面信息并发出信号，准确循迹，压力传感器模块用于检测小车是否遇到障碍；处理器使用A T89C51单片机，接收信号做出处理后发出控制信号；执行器为电机、蜂鸣器，电机用于接收控制信号并响应控制小车前进，蜂鸣器模块用于发出警报，指明报告位置。

2 AT89C51在测障小车中的运用
2.1 系统结构图
该系统以A T89C51单片机为核心，另需要连接复位电路和晶振电路构成最小系统。

使用红外传感器进行路面识别并判断障碍，需要连接红外模块、压力传感器模块，并需要电源电路进行供电，系统结构图见图1［2］。

电源电路
复位电路
晶振电路
电机
蜂鸣器
A T89C51
单片机
红外模块
压力传感器
图1 系统结构图
2.2 电源电路设计
该系统单片机需要5V电源，所以需要输出5V稳压直流电源。

寻迹小车使用9V充电电池进行供电，采用了LM7805芯片构成稳压电路，如图2。

7805输出电压为+5V，输入电压为7-30V，符合要求。

图2中二极管起保护作用，防止接反向电压烧坏芯片，电解电容C起滤波作用，
保证输出电压稳定。

图2 电源电路
2.3 红外模块设计
红外模块用于检测黑线以确定小车位置，红外模块一般由发射和接收两个部分组成。

模块中发射部分为红外发
收稿日期：2018-04-15
作者简介：刘子莘（1997-），男，安徽淮北人，研究方向：电气自动化.
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光二极管，它与普通发光二极管材料不同，当在它两端施加一定的电压时，它将发出肉眼看不见的红外线。

模块中的接收部分为光敏二极管，用来接收红外线。

红外模块具有不干扰其他设备和不影响周边环境的优点，如图3。

红外模块工作原理为发射管发射红外线到地面，如遇到白底则反射，接收管接收到反射光经处理输出低电平；如遇到黑线则红外线被吸收，接收管没有接收到红外线经处理输出高电平。

注意不同红外模块之间尽量不要太近，
防止相互干扰。

图3 红外模块
2.4 压力传感器模块设计
压力传感器模块用于检测小车前方是否存在障碍。

通过压力传感器将压力转换成电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至A/D 转换器，将模拟信号转换成
单片机可以识别的数字信号，如图4［3］。

如小车与障碍接触，单片机接收数值，设定阈值，数值小于阈值视为干扰，
大于阈值确定遇到障碍。

图4 压力传感器模块
2.5 电机PWM 调速设计
小车电机采用PWM 调速的方法进行调速。

PWM 工作原理为：控制电机时，在一个特定的频率下以方波的形式进行供电，通过改变占空比的方式进行调速，因为电机为一个大电感，电感具有阻碍电压突变的作用，所以输入的方波电压信号将被均匀分配到作用时间上，改变方波占空比即改变电机两端电压，从而起到调速的 作用。

PWM 波可由单片机产生，通常有两种方法：（1）用软件方式实现，代码简单易懂；
（2）用硬件产生PWM 波，不占用CPU 处理时间［4］。

2.6 蜂鸣器
蜂鸣器用于发出警报，如单片机确认遇到障碍物，
则发出指令，命令蜂鸣器发出报告障碍物位置。

因单片机驱动不足，使用三极管放大驱动电路，当单片机输出高电平，三极管导通，蜂鸣器发出声音，反之不发声。

如图5。

图5 蜂鸣器
2.7 
最小系统板
图6 最小系统板
3 结束语
分析A T89C51单片机在测障小车中的设计，在本系统中，由A T89C51单片机、复位电路、晶振电路组成最小系统板，外接红外模块、压力传感器模块、电源电路和电机、蜂鸣器，组成完整系统。

电源电路采用LM7805稳压芯片，可输入7-30V ，输出+5V ，介绍了红外模块工作原理、压力传感器工作原理并使用PWM 调速方法对电机进行调速，蜂鸣器报告障碍位置，最后组成完整电路。

本系统通过红外线采集信息，将信号传给单片机，由单片机判断小车是否偏离路线，压力传感器采集压力值，由单片机判断小车是否遇到障碍并报警，通过对单片机编写程序，使其对小车进行控制，制作成本低，可满足测障要求。

参考文献：
［1］ 童诗白,华成英.模拟电子技术基础（第四版）［M ］.北京:高
等教育出版社,2006.
［2］ 张毅刚.单片机原理及接口技术（第二版）［M ］.北京:人民邮
电出版社,2016.
［3］ 郭爱芳.传感器原理及应用［M ］.西安:西安科技大学出版社,2007.［4］ 郭天祥.51单片机C 语言教程［M ］.北京:电子工业出版社,2009.
［责任编辑 袁 懿］。