无人驾驶车的设计毕业设计.docx
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无人驾驶车的设计毕业设计
无人驾驶车的设计毕业设计
本设计采用Atmel公司生产的8位单片机AT89C2051对小车、循迹以及机械手进
行控制，通过I/O接口输出的信号作为步进电机和蜂鸣器的控制信号，信号由各部分检测
电路送入单片机，继而驱动步进电机进行运行，带动小车进行向前和向后运行，调整小车
前进方向，并且驱动机械手的手抓和释放，同时控制蜂鸣器播放语音。
主要包括循迹电路、
红外检测电路、电动机正反转换向电路和看门狗电路。
设计集检测、微控等技术为一体，
应用了数电、模电和小系统设计技术。
该设计具有一定的可移植性，能应用于一些高难度
作业环境中。
无人驾驶车;手抓;光电检测.
Pilotlessvehicle
Abstract:
ThisdesignusesAtmel's8-bitmicrocontrollerAT89C2051manufacturedrightcar,tracking,and
robotcontrol,throughtheI/Ointerface,theoutputsignalasthecontrolofsteppermotorsandbuzzersignal,
thesignalsentbythepartofthedetectioncircuitintothemicrocontroller,andthendriveasteppermotor
running,drivingcartorunforwardandbackward,adjustingthecarthewayforward,andthedriven
machineryhandclutchandrelease,whilecontrollingbuzzerplayvoice.Partofthecircuitmainlyincludes
thefollowing:
trackingcircuit,infrareddetectioncircuit,powersupplycircuits,motorprosandconsof
conversiontothecircuit,thewatchdogcircuit.Thisdesignisatest,micro-control,suchastechnology
integration,applicationnumberofelectric,modularelectricity,smallsystemsdesign,technologydesign.The
designcanbeappliedtoanumberofverydifficultoperatingenvironment,quicklyandconveniently.
Keywords:
Pilotlessvehicle;Handfingernail;Electro-opticalexamination.
前言....................................................................................................................................................................12智能小车的设计方案论证............................................................................................................................2
2.1小车的前进方案................................................................................................................................2
2.2电动机的选择....................................................................................................................................2
2.3电动机驱动方案的选择....................................................................................................................3
2.4供电电源方1案的选择....................................................................................................................3
2.5障碍物探测方案的选择....................................................................................................................3
2.6看门狗方案........................................................................................................................................43单片机简介....................................................................................................................................................4
3.1单片机发展概况及方向....................................................................................................................4
3.2单片机的特点及应用........................................................................................................................5
3.5AT89C2051单片机简介.....................................................................................................................5
4.1单片机抗干扰设计............................................................................................................................7
4.1.1干扰的来源............................................................................................................................7
4.1.2抗干扰措施............................................................................................................................7
4.1.3“看门狗”技术....................................................................................................................8
5硬件系统原理图............................................................................................................................................9
5.1整体工作原理及原理图....................................................................................................................9
5.1.1原理分析................................................................................................................................9
5.1.2整体结构图............................................................................................................................9
5.1.3硬件流程图..........................................................................................................................10
5.1.4整体原理图..........................................................................................................................11
5.2系统模块电路图..............................................................................................................................12
5.2.1循迹电路..............................................................................................................................12
5.2.2红外检测电路......................................................................................................................13
5.2.3电源电路..............................................................................................................................14
5.2.4电动机正反转换向电路......................................................................................................15
5.2.5看门狗电路..........................................................................................................................15
5.3系统控制电路图..............................................................................................................................16
5.3.1主控电路的分析....................................................................................................................16
5.3.2主控电路原理图....................................................................................................................17
6软件设计......................................................................................................................................................18结束语..............................................................................................................................................................24参考文献..........................................................................................................................................................25
无人驾驶车的设计
随着汽车工业经济的发展，关于汽车的研究也越来越受到人们的关注，各类电子设计
大赛中也经常有智能小车的制作课题，全国高校也越来越重视这方面课题的设计，现今社
会的不断发展中，各行各业的生产及运输过程中，无人驾驶小车及机械手的使用已经相当
普及了，在工厂、码头以及在一些高难度作业环境中都可以见到无人驾驶小车，在这样的
情况下我设计了智能化的无人驾驶小车，其目的是为了适应社会的发展以及提高我们的单
片机控制技术。
可以看到，在不同的场合，无人驾驶小车的形状和功能有很多种，无人驾驶小车与传
输带不同，传输带只能使用在一些固定的地方，它不可能像无人驾驶小车一样能够方便、
快捷的进行物品的传输。
随着生产工艺和自动化程度的发展，控制方式有了较大的改变。
不过，虽然它们在方式上存在较多的差别。
但在控制思想和电路原理方面，有很多的共同
之处，中间都少不了检测输入、数据处理、决策判断、驱动控制等环节。
我制作了这个无
人驾驶小车它只是一个模型，但是工业中传输设备也可以用类似的原理制作出来，我的目
的只是掌握了解这种小车的运作原理以及各门功课的联系及应用，以便在以后的工作中可
以自如应用这些知识。
这次毕业设计及制作过程中，我使用了模拟电子技术、数字电子技术，单片机技术，
光电检测技术，电气控制技术以及机械等技术进行设计及制作。
我把这几年中所学的理论
知识基本都融合起来了，这次的设计及制作对理论联系实际有了很大的帮助，使我三年中
所学的理论知识得到了升华，同时也提高了我的独立思考和动手能力。
1
无人驾驶车的设计
方案一：
采用寻光系统设定小车的前进路线，该方案采用的是应用光敏元件（即红外
发光二极管和红外光敏三极管）进行感光，从而测定小车的前进方向，该方案中小车的前
进与后退是在同一路线上进行的，光线照射道路面上，根据在路上的线路的路面颜色的不
同，反光系数的不同，影响的反射光的强弱从而检测到所要走的线路，利用发光二极管以
及光敏电阻组成发射与接收装置，来测定所要走的路线，该方案传感器必须装在小车的底
盘前沿，靠近地面。
方案二：
利用单片控制小车的路线，使其在所指定的路线上进行特定环境的运行，是
操作和运行更加便捷、快速。
这样同时在设计上也避免了一些技术上的难题，这使得设计
的无人驾驶车在一定的场合得到相对应的应用，也避免了在没有光或者光线较暗的场合不
能应用但是却增加了软件上一些难题，使程序复杂化。
方案三：
采用普通发光二极管和光敏电阻组成的发射接收方案，该方案在实际的应用
中，容易受外界光源的干扰，有时甚至检测不到，主要是因为可见光的反射效果跟地面的
平坦程度，地表材料的反射情况均对检测效果产生直接影响虽然可以采取超高亮度发光二
极管降低一定的干扰，但是在一定程度上增加了额外的功率消耗。
比较三种方案，方案一的应用较为方便、快捷，而且避免电路的复杂性，使得操作和
制作过程简单化，也使得应用的更加方便快捷，在小车的设计上避免了小车因没有方向感
而不能到达目的地，也使软件的设计上少了很多的不必要的麻烦，但必须装在小车的底盘
前沿，靠近地面。
为避免设计上的一些难题和外界环境的影响，本设计采用第一种设计方案。
方案一：
采用步进电机，步进电机的一个显著特点就是具有快速启停能力，如果负荷
不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。
另一个显著
特点是转换精度高，正转反转控制灵活。
方案二：
采用普通直流电机。
直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调
整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反
转；能满足各种不同的特殊运行要求。
由于普通直流电机更易于购买，并且电路相对简单，所以采用方案二。
2
无人驾驶车的设计
方案一：
采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速目的。
但是
电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵，且可能存在干扰。
更主
要的问题在于一般电动机的电阻比较小，但电流很大，分压不仅会降低效率，而且实现很
困难。
方案二：
采用继电器对电动机的开与关进行控制，通过控制开关的切换速度实现对小
车的速度进行调整。
这个电路的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间长，易损
坏，寿命较短，可靠性不高。
方案三：
采用四个大功率晶体管组成H桥电路，四个大功率晶体管分为两组，交替
导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控制电动机的运行。
该控制电路由
于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下，效率非常高，并且大功率晶体管开关的
速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的电路。
由于方案三效率高，稳定性强，速度快，所以电动机驱动电路选择方案三。
方案一：
采用两个电源供电。
将电动机驱动电源与单片机以及其周电路电源完全隔
离，利用光电耦合器传输信号。
这样可以使电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系
统的稳定性，但是多一组电池，增加了车身重量，增大了小车的惯性。
方案二：
采用单一电源供电。
电源直接给电动机供电，因电动机启动瞬间电流较大，
会造成电源电压波动，因而控制与检测部分电路通过集成稳压块供电。
其供电电路比较简
单。
在单片机中设置高低电平采用的是电池供电的方法。
通过比较，小车的机动性和灵活性更为重要，所以选用方案二为电路供电
方案一：
脉冲调制的反射式红外发射接收器。
由于交流分量的调制信号，可大幅度减
少外界干扰；另外红外发射接受管的最大工作电流取决于平均电流，如果采用占空比小的
调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流很大（50~100mA），则大大提高了信噪比。
并且其反映灵敏，外围电路也很简单。
方案二：
采用超声波传感器，如果传感器接受到反射的超声波，则通知单片机前方有
障碍物，否则通知单片机可以向前行驶。
如电动车前行遇到障碍时，此超声波信号被障碍
物反射回来，由接收机接受，再通过一系列的信号处理，将信号转化成高低电平，继而送
入单片机中进行处理。
3
无人驾驶车的设计
市场上很多红外光电探头也都是基于方案一的原理。
这样不但能准确完成测量，而且
能避免电路的复杂性，因此建议选择方案一。
实现硬件看门狗技术的方案有很多种，目前采用较多的方案有以下几种：
1.采用微处理器监控器；
2、采用单稳态电路来实现“看门狗”单稳态电路可采用74LS123；
3、采用内带振荡器的计数芯片
本设计采用第三种方案来实现“看门狗”电路。
下面就对该方案做一简单论证：
方法一：
采用CD4060使带振荡器的十四位计数器由该芯片构成的看门狗电路。
看门狗电路必须由硬件逻辑组成，不宜由可编程计数器充当，因为CPU失控后，可能会修改可编程计数器的参数，使看门狗失效，4060的RST线上阻容组成的微分电路很
重要，因为扫描输入信号是CPU产生的正脉冲，若此信号变“1”后，由于干扰，程序乱
飞，微分电路只能让上升沿通过，不会封死4060，看门狗仍可以计数起作用。
若没有微
分电路，扫描信号上的“1”状态封死4060，使之不能计数，看门狗不起作用。
CPU必须在正确完成所有工作后才能发扫描输入信号，且程序中发扫描信号的地方
不能太多，否则正好在哪里有死循环，看门狗就不产生计满输出信号，不能重新启动CPU。
4060的计满输出信号不但要接到MCS-51的RST脚，而且还应接到其他芯片的RST，因为程序乱飞后，其他具有RST脚的芯片也混乱了，必须全部复位。
方法二：
选用MAX813L构成的看门狗电路，这种电源监视器件的功耗很低，主要功
能有三个：
复位、电源电压的监视、看门狗定时器。
为减少系统的功率消耗，本系统采用的是方法二，应用MAX813L组成的看门狗电路。
单片机即“单片微型计算机”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”，单片机一词起源于
英文“SingleChipMicrocomputer”，简称SCM。
在单片机产生时，由于其原理和组成皆
源于计算机，所以SCM是单片机的最好的称谓。
现在的单片机已经不是单单的计算，而是
控制，国际上也逐渐采用“MCU”，即微控制器来代替SCM，形成了单片机界公认的、最终
的统一名词。
4
目前,八位高性能单片机以成为主流,单片机发展具体体现在以下几个方面:
无人驾驶车的设计1.CPU功能增强；
2.内部资源增多；
3.引脚的多功能化；
4.低电压低功耗。
目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，今后单片机的发展趋势将是进一步向
着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等方向发展。
单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。
在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也
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