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1、课程设计报告设计题目:院 系:专 业:学 生:学 号:指导老师:日 期：目录第1章 引言 .3第2章 总体方案 .42.1 需求分析 42.2 总体分析 42.3 方案确定 4第 3 章 硬件方案 .63.1 车体设计 .63.2 主控制器模块 .63.3 电源模块 .63.4 电机驱动模块 .63.5 点机模块 . 83.6 壁障模块 .83.7 最终方案 .8第 4 章 硬件实现及单元电路设计 .84.1 主控模块 .84.2 电源设计 .94.3 驱动电路 .10第 5 章 系统软件设计方案 . . .115.1 系统主程序流程图 .125.2 测距子程序流程图 .14第 6 章 系统的
2、安装及调试 .156.1 安装步骤 .156.2 电路的调试 .15第 7 章 心得与总结 .16第 8章 问题补充 .16附录一整机电路图 .17附录二实物图 .17第一章 引言随着汽车工业的快速发展，关于汽车的研究也越来越受到人们的关注。智能汽车概 念的提出给汽车产业带来机遇也带了挑战。 汽车的智能化必将是未来汽车产业发展的趋 势，在这样的背景下，我们开展了基于超声波和红外线的智能小车的避障研究。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
3、据一席之地，未来汽车的智能化是汽车 产业发展必然的，在这种情况下研究超声波红外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。针对一种基于超声波和红外传感器的避障小车，通过对整体方案、电路、算法、调 试、车辆参数的介绍，详尽地阐述小车通过传感器系统感知外界环境和自身状态 , 在复 杂的环境中自主移动并完成相应的任务。超声波和红外传感器以其独有的特征而被青 睐。本文利用超声波传感器对障碍物进行定位从而使机器人顺利到达绕过障碍物的目 标。该智能小车系统涉及直流电机控制技术、路径识别、传感技术、电子设计、程序设 计等多个学科，磨练我们的知识融
4、合和实践动手能力的培养。 摘要:智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个 环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探用途。本设计中智能小车采 用 STC89C52 单片机作为检测和控制的核心，实现智能小车的智能控制，包括红外避障、 超声波避障等功能。驱动电机采用直流减速电机。电机驱动由 L298N 驱动电路完成。 关键词 智能小车；单片机；超声波；红外线；避障第二章 总体方案基于项目的功能特性以及我们的设计目的，我们选择 Cortex-M0 作为本课程设计 的控制器，它能够很好的实现该课题设计的要求；我们使用 L298 来驱动直流电机的转 动；我们使用三
5、端稳压集成电路 7805 、7812 做成的稳压电源作为电机、 H 桥的工作 电源;我们使用 74HC164 是串行输入,并行输出的 8 位移位寄存器做成的键盘显示板结合 M0 的 SPI 模块实现了人机对话的功能模块。本章主要简要地介绍系统总体方案的选定和总体设计思路，在后面的章节中将整个 系统分为机械结构、控制模块、控制算法等三部分对智能车控制系统进行深入的介绍分 析。2.1 需求分析设计一种基于超声波和红外避障碍的小车移动平台，借助超声波和红外传感器的使 用满足在一定的复杂的环境中自主避障任务 ,使小车可以走出几个弯道的迷宫。2.2 总体设计通过学习和研究相关技术资料了解到，超声波测距模
6、块是系统的关键模块之一，超 声波测距方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣，因此确定超声波测距模块的方法是 决定系统总体方案的关键。避障模块采用超声波传感器的使用检测前面有不可穿越的障碍时 ,便避过障碍 ;优点 是价格相对便宜，在满足系统的要求下具有较高的精度，能很好判断是否有不可穿越的 障碍; 红外传感器虽然不能测距 ,但是当有障碍物时 ,它能够反映在电平的变化 ,而且更廉 价易得，适合简单的避障。2.3 方案确定系统采用 STC89C52 单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制 ,小车车头正中 间超声波传感器检测前方障碍物，用于判断是否需要转弯，左右两边各有一个红外线避 障头，用于检测跑
7、道两边的墙，防止小车碰到墙壁。系统总体的设计方框图如图 1 所示。图 1 系统总体方框图根据系统方案设计，系统包括以下模块：STC89C52主控模块、L298N电机驱动模块、电源模块、超声波测距避障模块、红外避障模块等。各模块的作用如下：STC89C52主控模块，作为整个智能小车的“大脑”，将发送采集超声波等传感器的 信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机等等完成对智能车的控制。电源模块，为整个系统提供合适而又稳定的电源 ; 电机驱动模块，驱动直流电机完成智能车的加减速控制和转向控制 ;超声波测距避障模块 ,负责测距和前方避障功能 ;红外避障模块 ,则能够达到避障功能。第三章 硬件方案根
8、据总体方案设计，对硬件结构的要求是：简单而高效，在不断的尝试后确定了以 下的设计方案:3.1.1 车体设计买现成的车模。经过反复考虑论证，我们制定了买左右两轮分别驱动，后万向轮转 向的车模方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流减速电机进行驱 动，后装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动 车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的 90度和180度的转弯。3.1.2 主控制器模块采用STC89C52单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既 定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上， 单片机就显
9、现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分 发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。 51 单片机具有功能强大的位操作指令，I/O 口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设 计也绰绰有余，更可贵的是 5 1单片机价格非常低廉。3.1.3 电源模块采用6节1.5 V干电池共9V做电源，经过7805的电压变换后为单片机，传感器供 电。经过实验验证小车工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求， 而且电池更换方便。3.1.4 电机驱动模块采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原 理简单，加速能力强，采用
10、由达林顿管组成的 H型桥式电路（图3）。用单片机控制达 林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。这种电路由于工作 在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的 控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的PWM调速技术。现市 面上有很多此种芯片，我选用了 L298N（如图2），L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使 能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。图 2L298N图3第7页共18页3.1.5 电机模块本系统为智能电动车，对于
11、电动车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重 要。所以我采用直流减速电机（图在附录 2）。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量 轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速） 齿轮组，可以产生大扭力。能够较好的满足系统的要求。3.1.6 避障模块采用超波模块加红外光电开关（图在附录 2）组合在一起避障考虑到本系统需要检测障碍物的距离，避开障碍物，为了使用方便、系统稳定性、 便于操作和调试。3.2 最终方案经过反复论证，我们最终确定了如下方案：1、车模用两驱车模2、采用 STC89S52 单片机作为主控制器。3、用 6 节干电池供电。4、用超声波模块加红外光电开
12、关进行避障。5、L298N 作为直流电机的驱动芯片。第四章 硬件实现及单元电路设计4.1 主控制模块主控制最小系统电路如图 4 所示。4.2 电源设计电源部分的设计主要采用 7805芯片，使用7805芯片搭建的电路的优点是简单、实 用，并且完全能够满足壁障小车单片机控制系统和L298N芯片的逻辑供电的供电需要。 7805芯片有3个引脚，分别为输入IN端、输出OUT端和接地GND端，通常情况下可以 提供1.5A的电流，在散热足够的情况下可以提供大于1.5A的电流。7805芯片的输入电 压可以为9V、12V、15V不等，输出电压稳定在5V，正负误差不超过0.2V。7805芯片如 图5。基于这样的情
13、况再结合电机的工作电压，选取了 9V电源作为7805的输入电源， 搭建的电源部分电路如图 6.图57805芯片4.3 驱动电路电机驱动一般采用H桥式驱动电路，L298N内部集成了 H桥式驱动电路，从而可以采 用L298N电路来驱动电机。通过单片机给予L298N电路PWM信号来控制小车的速度，起 停。其引脚图如7，驱动原理图如图8。图7L298N引脚图CUHEN 1 SENSING OUTPUT -1CJllWUT 自INPUT 4LUABLL JINPUT JLOGIC SUPPLY VOL TAOE V;5SGNDKPUT 士LUABL2 AlHUTSLPPLWCLAfiL VsOUTPUT 2OUTPUT 1CUPREN 1 SENDING A图8电机驱动电路第 5 章 系统软件设计方案该方案的编程思路是先确定主程序，之后根据各硬件电路功能来设计子程序模块， 最后再将各模块嵌入主程序中。这样编程结构简单，由于子程序模块与硬件电路一一对 应，所以调试起来十分方便。本设计软件方框图如图 9 示。图95.1 系统主程序流程图如图 10 为系统主程序流程图。图 10
