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1、基于 AT89C51 片机的智能超声波避障小车2目录目录摘要.3一、总体方案概述.3二、总体电路原理图.3三、各模块功能介绍.4（一） 、超声波测距模块.4（二） 、数码管显示模块.4（三） 、步进电机控制模块.6（四） 、语音提示模块.7（五） 、速度自控模块.8（六） 、信号提示模块.8（七） 、单片机控制模块.8四、系统软件设计.9五、元件清单.10六、应用前景.10六、参考文献.113摘要：摘要：现今发达的交通在给人们带来便捷的同时也带来了许多的交通事故。发生交通事故的 因素有很多。当然，如果我们的汽车能够更加智能，就是说事先能预测并显示前面障碍物离 车的距离，当障碍物距离很近时汽车会
2、自动采取一些措施避开障碍物，这样就能够在很大程 度上避免这些事故的发生。在本论文中，我们将会看到能够实现这一功能的智能小车。关键字：关键字：超声波、测量、避障、单片机、语音一、总体方案概述一、总体方案概述 本小车使用一台 AT89S51 单片机作为主控芯片，它通过超声波测距来获取小车距离障碍 物的距离，并且用数码管实时的显示出来，在小车与障碍物的距离小于安全距离（用软件设 定）时，小车会发出“在距您车前方 x（数码显示的实时距离）米的地方有一障碍物，请您 注意避让”的语音提示，并且拐弯，以避开障碍物，同时会点亮相应侧边的发光二极管作为 提示信号。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。 本系统设计的
3、简易智能小车分为几个模块：单片机控制系统、超声波路面检测系统、前 进、转弯控制电机以及方向指示灯系统。它们之间的相互关系如下图 1 所示。二、总体电路原理图二、总体电路原理图IN11 IN22 IN33 IN44 IN55IN66 IN77 IN88 GND9CM10OUT811OUT712OUT613OUT514OUT415OUT316OUT217OUT118U1ULN28031 2 3 4 5P1BJDJ1VCC1 TRIG2 ECHO3 OUT4 GND5U2ultrasonicP101 P112 P123 P134 P145 P156 P167 P178 RST/VPD9 P30/RX
4、D10 P31/TXD11 P32/INT012 P33/INT113 P34/T014 P35/T115 P36/WR16 P37/RD17 XTAL218 XTAL019 VSS20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PESN29ALE/PROG30EA/VPP31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40A1AT89S5120pfC320pfC210uf C1R9S1X1GNDGNDVCCGNDVCCGND1 2 3 4 5 P2BJDJ2OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6
5、 OUT7 OUT8OUT1 OUT2 OUT3 OUT4OUT5 OUT6 OUT7 OUT8VCCGNDTRIGTRIGECHOECHOSS SCLK MOSI MISOe1d2dp3c4g546b73829f10a11112l8LEDQ1Q2Q3Q4VCCLED1LED2LED3LED4LED1LED2LED3LED4aabbccdd eeffggdpdpFIRSTFIRST SECONDSECONDTHIRDTHIRDFORTHFORTH470R1 470R2 470R3470R4470R5470R6470R7470R810kR1010kR1110kR1210kR13RSTS2 S3L
6、2L3L4L5VCCLCD1 LCD2LCD3LCD1LCD2LCD3L1 POWERGNDVccd1LED2RESET3MISO4MOSI5SCLK6SS7Vssa8Analn9MIC+10 MIC-11Vssp212SP-13Vccp14SP+15Vssp116AUD/AUX17AGC18VOL19Rosc20Vcca21FT22PLAY23REC24ERASE25 FWD26INT/RDY27Vssd28I1ISD1760REC1 PLAY1 ERASE1 S5VOL1 S6S4GND4.7KR20R19R0.1ufC140.1ufC154.7KR214.7KR22VCC80KR234.
7、7ufC74.7ufC1612P3MICL70.1ufC4GNDVCC0.1ufC64.7ufC5GND0.1ufC94.7ufC8 0.1ufC124.7ufC100.1ufC134.7ufC111 2P4SperkerGNDSS SCLK MOSI MISOGNDGNDGNDVCCVCCVCCGNDGNDGND470R14470R15470R16470R17LCD2L6470R18LCD1P10 P11 P12 P13P14 P15 P16 P17P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17图 1：智能小车简要原理框架图4三、各模块功能介绍三、各模块功能介绍（一）（一）
8、、超声波测距模块、超声波测距模块首先利用单片机输出一个 40kHz 的触发信号，把触发信号通过 TRIG 管脚输入到超声波测距模块，再由超声波测距模块的发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时单片机通过软件开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物返回，超声波测距模块的接收器收到反射波后通过产生一个回应信号并通过 ECHO 脚反馈给单片机，此时单片机就立即停止计时。时序图如图 1 所示。由于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，即：S=VT/2，通过单片机来算出距离。（二）（二） 、数码管显示模块、数码管显示模块1、数码管显示
9、原理数码管有一位、双位、四位等几种。而不管将几位数码管连在一起，数码管和显示原理都是一样的，都是靠点亮内部的发光二极管来发光。数码管的内部电路结构如下页图所示：从（a）可看出，一位数码管的引脚数是 10 个，显示一个 8 字需要 7 个小段，另外还有一个小数点，所以其内部一共有 8 个小的发光二极管，最后还有一个公共端，生产商为了封装统一，单位数码管都封装 10 个引脚。而它们的公共端又分为共阳极和共阴极。上页图的（b）和（c）分别为共阳极和共阴极数码管的原理图。本小车的数码管采用的是 4 位共阳极数码管。所谓“共阳”就是指其内部的 8 个发光二极管的阳极全部接在一起，而它们的阴极是独立的，通
10、常在设计电路时一般把阳极接 VCC，图 1：超声波模块时序图5当我们给数码管的任一个阴极加低电平时，对应的那个发光二极管就点亮了。当使用多位一体数码管时，它们内部的公共端是独立的，而负责显示什么数字的段线全部都是连在一起的，独立的公共端可以控制多位数码管中哪一位点亮。通常我们把公共端叫做“位选线” ，连在一起的段线叫做“段选线” 。2、显示部分 C 源程序的编写：由于在本电子钟中 4 位数码管的段选线是直接接在单片机的 P0 口的，所以我们首先应该计算出显示各个数字所对应的 P0 口输出的二进制编码。例如如果要显示一个“0” ，对照上面的（a）图，我们需要点亮数码管中的 a、b、c、d、e、f
11、，而 g 和 dp 不点亮，故a、b、c、d、e、f、g、dp 对应的二进制编码就为：00000011。再对照数码管段选线与单片机连接的顺序就可得要赋给单片机 P0 口的值应为 10100000，转换为十六进制就是 a0。同理可以得到其它数字对应的十六进制编码：uchar code table10=0xa0,0xbe,0x62,0x2a,0x3c,0x29,0x21,0xba,0x20,0x28;uchar code table_dot10=0x80,0x9e,0x42,0x0a,0x1c,0x09,0x01,0x9a,0x00,0x08;/带小数点的数字段码表abcdefgdpabcdefg
12、dpGND+5(c)位位位(b)位位位Af gedA cdpba a bc defgdp(a)位位位图 2：数码管内部原理图63、数码管实时显示距离用单片机控制四位共阳 7 段数码管来动态显示出测量距离。在总体电路图中是通过单片机的 P1 I/O 口来控制数码管的段选，通过 P3.0 到 P3.3 四个 I/O 口来控制四位数码管的位显示，具体的显示是通过单片机的软件来控制数码管的数据显示，把单片机计算出来的数据距离实时的显示出来。（三）（三） 、步进电机控制模块、步进电机控制模块此模块是用来作为小车前进的动力和控制小车的避障。步进电机是通过脉冲来驱动的，其步距角和转速只与输入的脉冲频率有关，
13、频率越快，其转速越快，因此，只需要控制驱动步进电机的脉冲频率来控制步进电机的工作，而步进电机的驱动脉冲可以通过单片机来输出。但由于步进电机工作时需要较大的工作电流，因此需e1d2dp3c4g546b73829f10a11112l8LED Q1Q2Q3Q4VCCLED1LED2LED3LED4LED1LED2LED3LED4 abcd efgdpFIRSTSECONDTHIRDFORTH图 3：指示灯与数码管显示电路IN11 IN22 IN33 IN44 IN55IN66 IN77 IN88 GND9CM10OUT811OUT712OUT613OUT514OUT415OUT316OUT217OU
14、T118U1ULN28031 2 3 4 5P1BJDJ1VCC1 TRIG2 ECHO3 OUT4 GND5U2ultrasonicGND1 2 3 4 5 P2BJDJ2OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 OUT8OUT1 OUT2 OUT3 OUT4OUT5 OUT6 OUT7 OUT8VCCGNDTRIG ECHOP10 P11 P12 P13P14 P15 P16 P17图 4：步进电机驱动模块原理图7要用步进电机驱动芯片来驱动，如图 4 所示，我们用 ULN2803 芯片来驱动步进电机，并且用单片机的 P0 I/O 口来给 ULN2803 芯片输入不同频率的脉冲，再通过 ULN2803 来驱动步进电机。本小车使用的是两个四相五线的步进电机来驱动。我们知道，四相五线步进电机共有五根线，其中红色的接电源的正极，剩下的四根分别接在了 ULN2803 芯片的四个输出端，其对应的输入端则接在了单片机的 P1.0P1.3 端口，要使电机工作，则只需让四个 I/O 口依次输出高电平。电机励磁表如下所示：励磁顺序AABB11000201003001040001小车的前面两个轮子分别用两个步进电机来驱动，当两个步进电机的转速一样的时候，车子将沿直线前进，而两个步进电机的转速不一样的时候，车子就会拐弯，例如，左边的步进电
