基于51单片机的循迹避障小车的设计
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基于51单片机的 循迹避障小车的设计
第一部分 研究背景 第二部分 系统方案
目录
第三部分 硬件部分设计
第四部分 调试制作
第一 部分
第一部分 研究背景
研究现状
研究意义
主要内容
研究现状
在世界经济多元化的环境下，很 多国家都在积极开展研究和开发智能 车。在二十世纪高新技术不断发展的 时代，移动机器人是成为机器人技术 的一个重要分支。 世界各国在智能微型车领域进行了很 多研究，己经应用多个领域，在探测和军 事领域使用特别多。近年来，我国也开展 了很多研究工作，以满足不同用途的需要。 世界各国开发、研制星球探测车系统己经 有了多年的历史。
研究意义
智能小车
A
B C D
科研
机器人
娱乐
考古
主要内容
小组预设计：智能车通过感知导引线和障碍物， 可以实现自动循迹、避障等功能，且可以通过一套 完整的控制策略，改善小车的行驶状况，达到更加 稳定的状态。
传感器检测 机械执行 中央处理器
上位机调试
第二 部分
第二部分 系统方案
系统方案确定
主要模块的选择
复位电路
时钟电路
时钟电路是用来产生AT89C51单片机工 作时所必须的时钟信号，AT89C51本身就是 一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式 的实现，AT89C51在唯一的时钟信号的控制 下严格的按时序执行指令进行工作，时钟的 频率影响单片机的速度和稳定性。 我们系统采用内部时钟方式来为系统提 供时钟信号，如图所示。AT89C51内部有一 个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该 放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2它们 跨接在晶体振荡器和用于微调的电容，便构 成了一个自激励振荡器。
该传感器原理：前方无障碍输出高电 平(1)，有障碍输出口（黄色）电平 会从高电平变成低电平(0)，工作原 理已经标在图上。背面图有一个电位 器可以调节障碍的检测距离。
E18-D50NK传感器
第四 部分
第四部分 调试制作
调试软件
系统程序流程设计
调试软件
Keil for C51是美国Keil Software公司出品的C语言软件开发系 统。在功能上、结构性、可读性、可维护性上，相比与汇编，C语言都 具有明显的优势，故易学易用，在国内外得到广泛使用Keil提供了一 个完整的开发环境，其中包括C编译器、宏汇编器、链接器、库管理和 一个功能强大的仿真调试器，通过一个集成开发环境（uVision）将这 些部分组合在一起。
系统方案确定
本次设计的智能小车实现的基本功能如下： 实时检测路径，并按照指定路线行驶； 实时检测障碍物，并躲过继续行驶； 以AT89C51为主控芯片，主要包括避
障模块、电源模块、电机驱动模块
等，系统框图如图所示。通过传感 器来采集周围环境信息来反馈给CPU，
通过主控的处理，来控制电机的运
转，从而实现寻迹与避障，达到智 能行驶。
AT89C51单片机
AT89C51特性
主控器AT89C51
由于AT89C51单片机要能正常工作必须要有时钟和复位电路等构成单片的最小运 行环境，为此本系统的最小控制电路如图所示
单片机最小系统
复位电路
在单片机系统中，复位电路是非常关键 的，当程序运行不正常或停止运行时，就需 要进行复位。MCS-5l 系列单片机的复位引 脚RST（ 第9 管脚） 出现2个机器周期以上 的高电平时，单片机就执行复位操作。如果 RST一直保持高电平，那么单片机就无限循 环复位。 复位模式基本包括上电自动复位和开关 复位。如图所示,在上电瞬间，电容两端电 压不能突变，且电容负极和reset相连，此 时电压全部加在电阻上，rest引脚电压为高 电平，芯片复位。随后，5V电源开始给电容 充电，电阻上的电压逐渐降低至接近0V，芯 片正常工作。
AT89C51主要特性 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 兼容MCS-51的指令集和输出管脚 拥有4Kbite可编程可擦除只读存储器 可循环擦除/写入1000次 10年的数据保留时间 全静态工作频率0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 128×8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 闲置和掉电模式-低功耗 拥有片内振荡器和时钟电路
时钟电路
循迹模块
小车循迹，采用红外检测的方法，红外 检测法是通过黑线和白色对红外线的吸收效 果不同，当红外光线射到白色底板时，会发 生漫反射反射到智能车的接受管上，而射到 黑线则会被吸收不会产生发射，智能车红外 接收管就接收不到。故，整个智能车通过红 外接收管是否接收到红外线来判断黑线和白 线的，从而实现循迹。但需要主要的是，红 外传感器的检测距离有限，一般在3cm之内。 红外光电传感器由1个红外发射管（发射器） 和1个光电二极管（接收器）所构成，循迹 示意图如图所示。
系统程序流程设计
本智能小车通过实时检测各个模
块传感器的输入信号，利用红外对 管检测黑线实现寻迹,通过光电传 感器实现避障，把所有采集到的信 息送到主处理器，让小车做出正确
的行驶路线。小车的启动与停止，
均采用了声控模块，实现对小车的 声音控制，其程序流程图如图所示。
请
多
指
教
主要模块的选择
A
主控器
B
传感器
C
驱动电机
D
电机驱动
51单片机
红外对管ST188+多集 成模块E18-D50NK
直流电机
功率三极管
（供电单元采用多节电池串联供电）
第三 部分
第三部分 硬件部分设计
主控器AT89C51
复位Hale Waihona Puke Baidu路和时钟电路
传感器模块
主控器AT89C51
AT89C51实物图和引脚图如图 主要特性如下表
循迹示意图
红外光电传感器ST188结构与实物图
避障模块
本设计避障模块拟选用的是集成模块E18-D50NK，该传感器是一种红外光电管。
这是一种集发射与接收于一体的光电式传感器，其检测距离可以根据我们的需要
进行调节。 此传感器探测距离远，抗干扰性强，且价格低廉，容易使用，已在机器人行
业中得到广泛应用，是我们避障功能设计的最佳选择。该传感器实物图如图：
第一部分 研究背景 第二部分 系统方案
目录
第三部分 硬件部分设计
第四部分 调试制作
第一 部分
第一部分 研究背景
研究现状
研究意义
主要内容
研究现状
在世界经济多元化的环境下，很 多国家都在积极开展研究和开发智能 车。在二十世纪高新技术不断发展的 时代，移动机器人是成为机器人技术 的一个重要分支。 世界各国在智能微型车领域进行了很 多研究，己经应用多个领域，在探测和军 事领域使用特别多。近年来，我国也开展 了很多研究工作，以满足不同用途的需要。 世界各国开发、研制星球探测车系统己经 有了多年的历史。
研究意义
智能小车
A
B C D
科研
机器人
娱乐
考古
主要内容
小组预设计：智能车通过感知导引线和障碍物， 可以实现自动循迹、避障等功能，且可以通过一套 完整的控制策略，改善小车的行驶状况，达到更加 稳定的状态。
传感器检测 机械执行 中央处理器
上位机调试
第二 部分
第二部分 系统方案
系统方案确定
主要模块的选择
复位电路
时钟电路
时钟电路是用来产生AT89C51单片机工 作时所必须的时钟信号，AT89C51本身就是 一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式 的实现，AT89C51在唯一的时钟信号的控制 下严格的按时序执行指令进行工作，时钟的 频率影响单片机的速度和稳定性。 我们系统采用内部时钟方式来为系统提 供时钟信号，如图所示。AT89C51内部有一 个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该 放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2它们 跨接在晶体振荡器和用于微调的电容，便构 成了一个自激励振荡器。
该传感器原理：前方无障碍输出高电 平(1)，有障碍输出口（黄色）电平 会从高电平变成低电平(0)，工作原 理已经标在图上。背面图有一个电位 器可以调节障碍的检测距离。
E18-D50NK传感器
第四 部分
第四部分 调试制作
调试软件
系统程序流程设计
调试软件
Keil for C51是美国Keil Software公司出品的C语言软件开发系 统。在功能上、结构性、可读性、可维护性上，相比与汇编，C语言都 具有明显的优势，故易学易用，在国内外得到广泛使用Keil提供了一 个完整的开发环境，其中包括C编译器、宏汇编器、链接器、库管理和 一个功能强大的仿真调试器，通过一个集成开发环境（uVision）将这 些部分组合在一起。
系统方案确定
本次设计的智能小车实现的基本功能如下： 实时检测路径，并按照指定路线行驶； 实时检测障碍物，并躲过继续行驶； 以AT89C51为主控芯片，主要包括避
障模块、电源模块、电机驱动模块
等，系统框图如图所示。通过传感 器来采集周围环境信息来反馈给CPU，
通过主控的处理，来控制电机的运
转，从而实现寻迹与避障，达到智 能行驶。
AT89C51单片机
AT89C51特性
主控器AT89C51
由于AT89C51单片机要能正常工作必须要有时钟和复位电路等构成单片的最小运 行环境，为此本系统的最小控制电路如图所示
单片机最小系统
复位电路
在单片机系统中，复位电路是非常关键 的，当程序运行不正常或停止运行时，就需 要进行复位。MCS-5l 系列单片机的复位引 脚RST（ 第9 管脚） 出现2个机器周期以上 的高电平时，单片机就执行复位操作。如果 RST一直保持高电平，那么单片机就无限循 环复位。 复位模式基本包括上电自动复位和开关 复位。如图所示,在上电瞬间，电容两端电 压不能突变，且电容负极和reset相连，此 时电压全部加在电阻上，rest引脚电压为高 电平，芯片复位。随后，5V电源开始给电容 充电，电阻上的电压逐渐降低至接近0V，芯 片正常工作。
AT89C51主要特性 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 兼容MCS-51的指令集和输出管脚 拥有4Kbite可编程可擦除只读存储器 可循环擦除/写入1000次 10年的数据保留时间 全静态工作频率0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 128×8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 闲置和掉电模式-低功耗 拥有片内振荡器和时钟电路
时钟电路
循迹模块
小车循迹，采用红外检测的方法，红外 检测法是通过黑线和白色对红外线的吸收效 果不同，当红外光线射到白色底板时，会发 生漫反射反射到智能车的接受管上，而射到 黑线则会被吸收不会产生发射，智能车红外 接收管就接收不到。故，整个智能车通过红 外接收管是否接收到红外线来判断黑线和白 线的，从而实现循迹。但需要主要的是，红 外传感器的检测距离有限，一般在3cm之内。 红外光电传感器由1个红外发射管（发射器） 和1个光电二极管（接收器）所构成，循迹 示意图如图所示。
系统程序流程设计
本智能小车通过实时检测各个模
块传感器的输入信号，利用红外对 管检测黑线实现寻迹,通过光电传 感器实现避障，把所有采集到的信 息送到主处理器，让小车做出正确
的行驶路线。小车的启动与停止，
均采用了声控模块，实现对小车的 声音控制，其程序流程图如图所示。
请
多
指
教
主要模块的选择
A
主控器
B
传感器
C
驱动电机
D
电机驱动
51单片机
红外对管ST188+多集 成模块E18-D50NK
直流电机
功率三极管
（供电单元采用多节电池串联供电）
第三 部分
第三部分 硬件部分设计
主控器AT89C51
复位Hale Waihona Puke Baidu路和时钟电路
传感器模块
主控器AT89C51
AT89C51实物图和引脚图如图 主要特性如下表
循迹示意图
红外光电传感器ST188结构与实物图
避障模块
本设计避障模块拟选用的是集成模块E18-D50NK，该传感器是一种红外光电管。
这是一种集发射与接收于一体的光电式传感器，其检测距离可以根据我们的需要
进行调节。 此传感器探测距离远，抗干扰性强，且价格低廉，容易使用，已在机器人行
业中得到广泛应用，是我们避障功能设计的最佳选择。该传感器实物图如图：