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1、( (毕业论文毕业论文) )智能超声波避障小车的设计与制作智能超声波避障小车的设计与制作江阴职业技术学院项目设计报告项目超声波避障小车的设计与制作 专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 摘 要智能小车是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人它具有制作成本低廉电路结构简单程序调试方便等优点由于具有很强的趣味性智能小车深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱本论文介绍的是具有自动避障功能的智能小车的设计与制作以下简称智能小车论文对智能小车的方案选择设计思路以及软硬件的功能和工作原理进行了详细的分析和论述经实践验收测试该智能小车的电路结构简单调试方便系统反映快速灵活设计方案正确
2、可行各项指标稳定可靠AbstractSmart cars can be programmed to perform a specific task means the miniaturization of robot it has to make cost is low circuit simple structure convenient program test Because of it has strong interest intelligent robot car favored by the majority of the university students enthusia
3、sts and love This paper introduces the is a automatic obstacle avoidance function of intelligent car design and production hereinafter referred to as the smart car the thesis to the intelligence of the car scheme selection design idea and the implementation of hardware and software function and work
4、ing principle of a detailed analysis and discusses After practice acceptance test this intelligent car circuit structure is simple convenient debug fast flexible system reflect correct and feasible design scheme each index is steady and reliable 目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪论111 项目研究背景及意义112 项目主要研究内容
5、 113 设计思路 114 应用场合和功能 2第二章 总体方案321 总体方案概述322 总体电路原理图3第三章 各模块功能介绍431 障碍物测距系统 432 显示模块 533 驱动模块 1034 电源模块 12第四章 软件设计1341 程序设计流程图1342 关键程序设计14第五章 系统调试1751 调试的思路 1752 各模块的调试1753 调试心得19第六章 结论与展望2061 结论 2062 展望 20致 谢21参考资料22附录 231 元器件清单232 样机实物照片 243 电路原理图25相关程序26第一章 绪论 11 项目研究背景及意义 智能作为现代社会的新产物是以后的发展方向他可
6、以按照预先设定的 模式在一个特定的环境里自动的运作无需人为管理便可以完成预期所要达 到的或是更高的目标本设计主要体现多功能小车的智能模式设计中的理论 方案分析方法及特色与创新点等可以为自动运输机器人采矿勘探机器人 家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义同 时小车可以作为玩具的发展对象为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的 弥补实现经济收益形成商业价值 超声波作为智能车避障的一种重要手段以其避障实现方便计算简单 易于做到实时控制测量精度也能达到实用的要求在未来汽车智能化进程中 必将得到广泛应用我国作为一个世界大国在高科技领域也必须占据一席之 地未来汽车的智能化是汽车产业
7、发展必然的在这种情况下研究超声波在智 能车避障上的应用具有深远意义这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科 技领域占据领先地位具有重要作用 本智能小车系统最诱人的前景就是可用于未来的智能汽车上了当驾驶员 因疏忽或打瞌睡时这样的智能汽车的设计就能体现出它的作用如果汽车偏离 车道或距障碍物小于安全距离时汽车就会发出警报提醒驾驶员注意如果 驾驶员没有及时作出反应汽车就会自动减速或停靠于路边 这样的小车还可以用于月球探测等的无人探月车帮助我们传达月球上更 多的信息让我们更加的了解月球为将来登月做好充分准备 这样的小车在科学考察探测车上也有广阔的应用前景在科学考察中有 很多危险且人们无法涉足的地方这时智能
8、科学考察车就能够派上用场在 它上面装上摄像机代替人们进行许多无法进行的工作12 项目主要研究内容本设计题目为智能避障小车设计主要研究小车的避障功能小车遇到障碍物时当距离障碍物大于 40cmPWM 信号自增驱动电机加速小车加速前进当小于 30cm 时 PWM 信号自减驱动电机减速小车减速前进并且小车采取相应的避障措施这里探测装置必不可少因为超声波在距离检测方面的较准确定位所以采用超声波传感器作为探测装置由于超声波遇到障碍物时发生像光一样的反射和散射在经过多次发射之后再回到超声波检测端口会产生较严重的路程差从而影响对距离的检测进而影响对障碍物的较准确定位通过软件内部校准优化消除外部物理条件造成的误
9、差从而达到对障碍物的较准确定位13 设计思路直流电机 PWM 控制系统的主要功能包括实现对直流电机的加速减速并且可以调整电机的转速能够很方便的实现电机的智能控制主体电路即直流电机 PWM 控制模块这部分电路主要由 AT89S52 单片机 的 IO 端口定时计数器外部中断扩展等控制直流电机的加速减速以及转弯并且可以调整电机的转速能够很方便的实现电机的智能控制 其间是通过 AT89S52 单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到 L298 驱动芯片来 控制直流电机工作的该直流电机 PWM 控制系统由以下电路模块组成设计控制部分 主要由 AT89S52 单片机的外部中断扩展电路组成直流电机 PWM 控制
10、实现部分主要由电机和 L298 直流电机驱动模块组成设计显示部分 LCD 数码显示部分实现对超声波测的距离的实时显示14 应用场合和功能应用场合智能小车是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人它具有制作成本低廉电路结构简单程序调试方便等优点由于具有很强的趣味性智能小车深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱同时在玩具的应用上深受小朋友的青睐功能本小车使用 AT89S52 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 LED 显示出来当小车与障碍物的距离大于 40cm 时小车会沿直线前进当小车与障碍物的距离小于30cm 时小车转弯以避开障碍物并且此时蜂鸣器报警在避开障
11、碍物后小车会沿直线前进第二章 总体方案21 总体方案概述 本小车使用 AT89S52 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 LCD 显示出来当小车与障碍物的距离大于 40cm 时小车会沿直线前进当小车与障碍物的距离小于30cm 时小车转弯以避开障碍物并且此时蜂鸣器报警在避开障碍物后小车会沿直线前进简要框图如图 2-1图 21 简要框图22 总体电路原理图第三章 各模块功能介绍31 障碍物测距系统方案一超声波视觉 优点价格合理夜间不受影响易于多目标测量和分类分辨率好缺点测量范围小对天气变化敏感不能直接测量距离算法复杂处理速度慢方案二激光雷达 MMW 雷达优点夜间不受
12、影响不受灯光天气影响缺点对水灰尘灯光敏感价格贵 探测障碍的最简单的方法是使用超声波传感器它是利用向目标发射超声波脉冲计算其往返时间来判定距离的算法简单价格合理所以我们选择超声波传感器超声波测距原理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 340ms 根据计时器记录的
13、时间 t 就可以计算出发射点距障碍物的距离即 S VT2 通过单片机来算出距离图 31 超声波测距原理32 显示模块方案一用 LCD 显示优点辐射小显示内容多 低耗能散热小显示的画面稳定不闪烁缺点不适合做图图像还原不好有可视范围限制 方案二用 LED 显示优点亮度高成本低缺点不能显示汉字显示内容较少对于本课题的要求我们选择 LCD 实现功能显示内容多低功耗显示画面稳定不闪烁硬件电路设计简单字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母数字符号等点阵式 LCD 目前常用 161162202 和 402 行等的模块下面以长沙太阳人电子有限公司的 1602 字符型液晶显示器为例介绍其用法一般 1602 字
14、符型液晶显示器实物如图图 3211602 字符型液晶显示器 1602LCD 主要技术参数显示容量 162 个字符芯片工作电压 4555V工作电流 20mA 50V 模块最佳工作电压 50V 字符尺寸 295435 WH mm引脚功能说明 1602LCD 采用标准的 14 脚无背光或 16 脚带背光接口各引脚接口说明如表所示编号符号引脚说明 编号符号引脚说明1VSS电源地9D2 数据2VDD电源正极10 D3 数据3VL 液晶显示偏压11 D4 数据4RS 数据命令选择12 D5 数据5RW 读写选择 13 D6数据6E使能信号 14 D7 数据7D0 数据15BLA背光源正极8D1 数据16
15、BLK背光源负极表-2-1 引脚接口说明表第 1 脚 VSS 为地电源第 2 脚 VDD 接 5V 正电源第 3 脚 VL 为液晶显示器对比度调整端接正电源时对比度最弱接地时对比度最高对比度过高时会产生鬼影使用时可以通过一个 10K的电位器调整对比度第 4 脚 RS 为寄存器选择高电平时选择数据寄存器低电平时选择指令寄存器第 5 脚 RW 为读写信号线高电平时进行读操作低电平时进行写操作当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读忙信号当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据第 6 脚 E 端为使能端当 E 端由高电平跳变成低电平
16、时液晶模块执行命令第 714 脚 D0D7 为 8 位双向数据线第 15 脚背光源正极第 16 脚背光源负极1602LCD 的指令说明及时序 1602 液晶模块内部的控制器共有 11条控制指令如表-2-2 所示序号 指令RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1D01清显示00000000012光标返回0000000013置输入模式00000001ID S4显示开关控制0000001DCB5光标或字符移位 000001SC RL6置功能00001DL NF7置字符发生存贮器地址 0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址 01BF 计数器地址10 写数到CGRAM 或 DDRAM10要写的数据内容11 从 CGRAM 或 DDRAM读数11读出的数据内容表-2-2 控制命令表1602 液晶模块的读写操作屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的说明 1 为高电平
