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1、分类号 密级华中农业大学楚天学院本科毕业论文基于CORTEX-M3的智能避障小车设计与实现Design and Implementation of Intelligent avoidance car base on CORTEX-M3 学生姓名：明敏敏学生学号：112301010学生专业：计算机科学与技术 （嵌入式方向）指导教师：吴琼飞华中农业大学楚天学院二一五年六月目 录摘 要II关键词IIAbstractIIKey wordsII前言11 课题概述11.1 课题研究的意义与背景11.2 国内外研究现状11.3 智能避障小车的简述21.4 课题主要研究的内容22 系统的分析设计与实现32.1
2、 系统的结构图32.2 软件工作流程43 系统的硬件及软件的设计43.1 嵌入式系统的介绍43.2 CORTEX-M3硬件平台的介绍53.2.1电源模块53.2.2 复位模块53.2.3 晶振模块53.2.4 STM32微控制器63.2.5 JTAG模块63.3 直流电机驱动L298N63.4 超声波测距模块HC-SR0473.5 程序开发软件介绍84 系统测试84.1调试的思路84.2串口的调试84.3超声波测距模块调试94.4 L298N驱动模块调试94.5硬件调试95 系统结果分析与展望10参考文献11致 谢12附录：13摘 要智能技术是按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无
3、需人为管理便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。本系统主要体现多功能小车的智能避障模式，当小车与障碍物距离小于安全距离时，通过单片机控制小车会自动向右转弯逼开障碍物，之后继续直线前进。智能避障系统可用于未来的智能汽车上，与障碍物较近时如果驾驶员未做出反应，汽车会自动减速并避开障碍物,并减速至停靠与路边。同时智能避障小车也可以作为玩具市场的主要发展对象，实现经济效益。本系统通过超声波测距模块测量小车与障碍物的距离情况，并通过 L298电机驱动模块驱动小车避开障碍物运行，整个系统的控制模块以CORTEX-M3嵌入式系统作为主控芯片。本系统可设置最小安全距离，也可调节小车运行速度，当小车与障碍物距
4、离小于安全距离时，通过CORTEX-M3嵌入式系统控制小车会自动向左转弯逼开障碍物，之后继续直线前进，实现智能避障。.关键词智能技术；CORTEX-M3系统；超声波传感器；最小安全距离；AbstractIntelligent technology is automatically operated in a specific environment according to the preset mode, without human management, it can accomplish the expected or higher target.This system is mainl
5、y reflected the car intelligent obstacle avoidance mode, when the car and the obstacle distance is less than the safe distance, through the MCU control car will automatically turn to the right force obstacles, then continue straight ahead.The intelligent obstacle avoidance system can be used in the
6、future smart car, and when the obstacle is near, the car will automatically slow down and avoid obstacles, and slow down to dock and roadside.At the same time, the intelligent obstacle avoidance car can also be the main development object of the toy market, and realize the economic benefit.The syste
7、m through the ultrasonic ranging module measuring car and obstacles of distance and the L298 motor drive module to drive the car to avoid obstacles to run, the system control module based on Cortex-M3 embedded system as the main control chip.The system can set the minimum safe distance, can regulate
8、 the running speed of the car, when the car and the obstacle distance is less than the safe distance, the Cortex-M3 embedded system control car will automatically turn left forced open obstacles, and then continue straight forward and intelligent obstacle avoidance.Key wordsIntelligent technology; C
9、ORTEX-M3 system; Ultrasonic sensor; Minimum safe distance前言在我国，由于城市人口的高度集中以及道路纵横交错，汽车给人们的出行提供了方便的同时也带来了许多安全上的问题。专家对各地交通事故统计分析结果表明各地交通事故普遍是由于驾驶员在危急情况发生时反应不及时所造成。因此若驾驶员能前提早意识到会有交通事故发生，并相应的采取了正确措施那么大部分的事故都是可能避免。因此智能避障系统在交通安全中的作用日益凸显。对智能避障的研究也变得尤为重要。智能避障是指汽车的超声波传感器采集的距离数据小于一个安全值时，能够智能的避开汽车周围的障碍物或汽车，在与障碍
10、物碰撞前发出警报提醒驾驶员注意减速或制动，使驾驶员能够及时的采取应急措施，从而达到事先预防避免或减少事故发生。 1 课题概述1.1 课题研究的意义与背景在日常生活过程中95%的信息是通过视觉获得。丧失了视觉或是视力有严重缺陷的人在工作、生活中常遇到莫大的困难,其中之一是在行走中难以了解周围的环境信息以致撞到障碍。他们需要社会给予更多的关怀和照顾,使他们能够更好的独立生活。为此研发一种智能小车,使其具有一定的感知能力、规划能力和动作能力,带领使用者避障碍物,既能帮助和关怀那些视觉存在缺陷的人,又能减轻护理人员的工作任务,因此无论对于社会还是个人都有积极的现实意义。1.2 国内外研究现状机器人的应
11、用越来越广泛,移动机器人是机器人中的一个重要分支。早在60年代国外就已 始进入这方面的研究,特别在80年代,美国国防高级研究计划局，专门立项,制定了地面无人作战平台的战略计划。从此,在全世界拉 了全面研究机器人的序幕,如darpa的“战略计算机”计划中自主地面车辆计划(1983-1990)。国外典型著名机器人较多,例如:“勇气号”火星探测机器人是迄今人类遣往其它行星上第一个大型、自动化的地面机器人,相比“索杰纳”号火星探测机器人“勇气”号用六轮驱动,有很高的越障能力,核心是一台每秒能执行2000万条指令的计算机,具备更强、更可靠的移动,装载有全景摄像机、避危摄像机、微型热散射质谱仪、显微成像仪
12、、磁铁阵列等等传感器截止2010年,该机器人已经连续在火星表面工作了 6年,是人类迄今为止最成功的外星探测机器人。国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代。它的发展历程大体可以分成三个阶段：第一阶段 20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）。第二阶段 从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目开始在这个领域的探索。在美洲，美国成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC）。
13、在亚洲，日本成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会。第三阶段 从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1Navlab10）的研究，取得了显著的成就。Remotec Andros F6A排爆机器人是美国军械制造商Northrop Grumman公司制造,用于排爆、核放射及生化场所的检查和清理、处理有毒、有害物品、特警行动及机场保安。其有轮式和带式移动方式能上下楼梯、爬坡越沟。本田ASIMO仿人形机器人,是日本本田公司研制的目
14、前最先进的仿人行走机器人。ASIMO身高1.3米,体重48公斤,它的行走速度是0-6km/h。人形机器人的控制比较复杂,常作为一种衡量机器人水平高低的标准。导盲机器人是非常有效的辅助盲人步行的工具1,目前大致可分为这几类:电子式导盲器、穿戴式导盲器、引导式手杖、手机语音导盲等,移动式导盲机器人,美国北卡罗莱州立大学研制了一种电子导盲犬有一套综合探测系统,通过对探测信号的综合处理,能将危险提示给盲人,也能给盲人指明方向和前进的路线,但它不能上下楼梯。曰本精工(NSK)在“2011国际机器人展(iREX2011) ”上推出了能为人带路的导盲犬机器人。此款机器人采用了脚部配备有车轮的脚车轮构造,在平
15、地t可用车轮滑行,上下台阶时可换用四脚行走。安装在头部的3D距离图像传感器能识别台阶并加以引导。11本精工计划于2020年将其投入实际应用。我国移动机器人的研究起步较晚,大约于20世纪70年代末、80年代初开始。大多数研究尚处于单项研究阶段,主要的研究工作涉及基于地阁的全局路径规划技术、基于传感器信息的局部路径技术研究、路径规划的仿真技术研究、传感技术、信总融合技术研究和智能移动机器人的设汁实现。清华大学、国防科技大学、南京理工人学、北京理工大学、浙江大学等多所院校合研制的多功能室外智能移动机器人实验平台THMRV,车上装备有彩色摄像机、GPS、磁罗盘光盘定位系统、激光测距仪LMS220等。计算机系统由一台视觉信息处理机和一台信息融合机构成。中科院沈卩丨jf:丨动化研究所研制的基于非结构环境移动机器人能够在复杂多变的环境中使用。近10年来,我国避障机器人的研制在逐步缩小与世界先进水平的差距。1.3 智能避障小车的简述通过超声波测距模块测量小车与障碍物的距离情况，并通过 L298电机驱动模块驱动小车避开障碍物运行，整个系统的控制模块以CORTEX-M3嵌入式系统作为主控芯
