(论文)智能超声波避障小车的设计与制作(可编辑).pdf

《(论文)智能超声波避障小车的设计与制作(可编辑).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(论文)智能超声波避障小车的设计与制作(可编辑).pdf（32页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

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班级学号指导教师完成日期S.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可行各项指标稳定可靠Abs

2、tractSmart cars can be programmed to perform a specific task meansthe miniaturization of robot it has to make cost is low circuit simplestructure convenient program testBecause of ithas stronginterestintelligent robot car favored by the majority of the universitystudents enthusiasts and loveThis pap

3、er introducesthe isa automatic obstacleavoidancefunction of intelligent car design andproductionhereinafterreferred to as the smart carthe thesis to the intelligence of the carscheme selection designidea and the implementation of hardwareand softwarefunctionand working principle of a detailedanalysi

4、sand discusses After practice acceptance test this intelligent car circuitstructureis simple convenient debug fastflexible system reflectS.correct and feasible design scheme each index is steady and reliable目录摘 要IAbstract II目录III第一章 绪论111 项目研究背景及意义12 项目主要研究容 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3

5、22 总体电路原理图3第三章 各模块功能介绍31 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17S.14.51 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26S.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

6、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

7、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S.科学考察中有 很多危险且人们无法涉足的地方这时智能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

8、主要研究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部校准优化消除外部物理条件造成的误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

9、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S.的外部中断扩展电路组成直流电机 PWM 控制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

10、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

11、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S.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

12、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3

13、2 显示模块S.方案一用 LCD 显示优点辐射小显示容多 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容较少对于本课题的要求我们选择 LCD 实现功能显示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 行等的模块下面以太阳人电子的1602 字符型液晶显示器为例介绍其用法一般1602 字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

14、4555V工作电流 20mA 50V模块最佳工作电压 50V 字符尺寸 295 435 W H 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引脚说明1VSS电源地符号引脚说明 编号符 号9D2 数据2VDD电源正极10 D3 数据3VL 液晶显示偏压12 D5 数据11 D4 数据读写选择 134RS 数据命令选择D6 数据5RW6E使能信号 14 D7 数据7D0 数据15S.BLA背光源正极8D1 数据16 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 V

15、L 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

16、序 1602 液晶模块部的控制器共有 11条控制指令如表-2-2 所示序号 指令RS RWD2 D1 D01清显示D7 D6 D5 D4 D300000000013置输入模2光标返回 000000001S.式 00000001ID S00001D CB01SC RL4显示开关控制005光标或字符移位 000000001DL N F6置功能7置字符发生存贮器地址 0001字符发生存8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地10 写 数 到贮器地址址9读忙标志或地址 01BF 计数器地址CGRAM 或 DDRAM 10要写的数据容DDRAM 读数11读出的数据容11 从 CGRAM 或表-2-2 控

17、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 0 为低电平指令 1 清显示指令码 01H 光标复位到地址 00H 位置指令 2 光标复位光标返回到地址 00H指令3光标和显示模式设置 ID光标移动方向高电平右移低电平左移 S 屏幕上所有文字是否左移或者右移高电平表示有效低电平则无效指令 4 显示开关控制 D 控制整体显示的开与关高电平表示开显示低电平表示关显示 C 控制光标的开与关高电平表示有光标低电平表示无光标 B 控制光标是否闪烁高电平闪烁低电平不闪烁指令5光标或显示移位 SC高电平时移动显示的文字低电平时移动光标指令6功能设置命令 DL高

18、电平时为4位总线低电平时为8位总线 N 低电平时为单行显示高电平时双行显示 F 低电平时显示 5x7S.的点阵字符高电平时显示 5x10 的点阵字符指令 7 字符发生器 RAM 地址设置指令 8DDRAM 地址设置指令9读忙信号和光标地址 BF为忙标志位高电平表示忙此时模块不能接收命令或者数据如果为低电平表示不忙指令 10 写数据指令 11 读数据与 HD44780 相兼容的芯片时序表如下读状态 输入RSLRWHE H 输出D0D7 状态字指令码 E 高脉冲 输出无出 D0D7 数据冲 输出无写数据写指令输入RS LRW LD0D7读数据输入RS HRW HE H输输入RS HRW LD0D7

19、 数据 E 高脉表-2-3 基本操作时序表读写操作时序如图和所示图 322 读操作时序图 323 写操作时序33 驱动模块方案一采用ULN2003驱动它是由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成具有同时驱动 7 组负载的能力一般用于高速大功率驱动电路所以我们不采用这个方案方案二采用由双极性管组成的H 桥电路 L298N 用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态精确调整电机转速这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下则效率非常高 H 桥电路保证了可S.以简单地实现转速和方向的控制电子开关的速度很快稳定性也很高而且它有更强的驱动能力 L298N 有过电流保护功能当出现电机

20、卡死时可以保护电路和电机等L298N 有过电流保护功能当出现电机卡死时可以保护电路和电机等所以我们选择 L298N下图为 L298 部图图 33L298 部原理图L298 各引脚功能如下表引脚 功能用时可以接地115 SEN1SEN2分别为两个 H 桥的电流反馈脚不23 1Y11Y2输出端与对应输入端 IN1IN2 同逻辑574VS 驱动电压最小值需比输入的低电平电压高 25V输入端 TTL 电平兼容8GND 地IN1IN2611 EN1EN2 使能端低电逻辑电源 457V13142Y12Y2输平禁止输出9VSS1012IN3IN4输入端 TTL 电平兼容出端与对应输入端 IN3IN4 同逻辑

21、表 3-3-1 封装引脚及功能驱动电机的运行 IO 端口状态与电机制动对照表如下IN1IN2IN3IN4EN1EN2转速101011正转1停止停止010111反转11111000011停止XXXX00表 3-3-2 IO 端口状态与电机制动对照表34 电源模块S.我们选择采用 5v 的独立的稳压电源优点稳定可靠且有各种成熟电路可供选用缺点各模块都采用独立电源会使系统复杂且可能影响电路电平综合电源模块的缺优点和电路的实际需求我们采用了两块独立稳压电源一块给小车的电机驱动供电一块给小车的芯片供电这样弥补了单个独立电源供电出现电力不足的情况第四章 软件设计41 程序设计流程图本设计系统软件采用模块化

22、结构由主程序、定时子程序电机驱动子程序、中断子程序显示子程序、算法子程序构成主程序流程图如图41 所示图 41 主程序流程图PWM 产生程序设计void Timer2 voidinterrupt 5TF2 0RCAP2H 0 x0feRCAP2L 0 x33clickifclick100click 0ifclickZK1PWM1 142 关键程序设计S.elsePWM1 0ifclickZK2PWM2 1elsePWM2 02 超声波的发射与接受程序设计voidzd3interrupt 3TH1 0 x0f8TL1 0 x30timerif timer200timer 0TX 1_nop_no

23、p_nop_nop_nop_S._nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_TX 031602 的初始化程序的设计void ini_lcd1602S.write_lcd1602 0 x380delay 1write_lcd1602 0 x0c0delay 1write_lcd1602 0 x060delay 1write_lcd1602 0 x010delay 141602 的写程序的设计void write_lcd1602 uchar cmduchar ilcd_mangrs irw 0e 0_nop_no

24、p_e 1_nop_nop_P0 cmdS._nop_nop_nop_nop_e 051602 的判忙程序的设计void lcd_mangrs 0rw 1e 1_nop_nop_nop_nop_while P00 x80e 0第五章 系统调试51 调试的思路本设计的智能避障小车一共分为四大模块分别是L298 驱动模S.块超声波测距模块 LCD 显示模块以及蜂鸣器报警模块调试的时候我们可以把四大模块分别调试最后再把所有模块组合起来再进行最后的整机调试这样一个调试的思路52 各模块的调试521 LCD 的调试首先根据电路图将显示模块焊好再用万用表检查电路是否出现短路一切都正常的情况下将 LCD 测

25、试程序烧到芯片中观察 LCD 的显示是否正确如图 521 一开始可能什么都不显示这个时候我们只需调整 LCD 3 脚的变阻器阻值即可图 521LCD 测试图522 超声波的调试超声波模块一共有四个脚一个是 VCC 一个是 GND 还有两个分别是超声波的发射和接收引脚连接电路时候只需引出四根插线分别连接到 89S52 的对应引脚烧制好测试程序测试结果图如 522 本设计四根插线分别连接到VCCGND还有发射和接收引脚分别为P30和P32 口图 522 超声波测试图523 蜂鸣器报警调试蜂鸣器的连接很简单只需用一个 PNP 管来做驱动当低电平到来时蜂鸣器发出声音当高电平到来时没有声音本设计中蜂鸣器

26、连接到 P34 口如图 523 所示图 523 蜂鸣器报警电路53 调试心得通过系统的调试我们可以学到更多的知识我们也可以发现仿S.真和实物调试不同的地方程序设计的结果可能往往和实物调试出的结果不一样这就需要我们去思考去斟酌去改进以达到预期效果通过程序和硬件的调试我们可以更深刻的理解各功能模块之间的联系也可以明白各调试的步骤在调试的过程中我也遇到许多问题例如我在宿舍调试好小车之后带到班级时候在插上电源试图让小车跑起来时候发现超声波模块失去了作用 LCD 不再显示数据了后来我用电脑 USB 口供电发现也不可以检查了许久才发现是超声波模块上的电源线和地线的两根插线出现了断路换线之后 LCD 正常显

27、示数值小车正常行驶整个调试过程需要硬件和软件结合起来调试要仔细检查电路认真思考程序硬件部分调试的步骤检查原理图连接是否正确用万用表检查是否有虚焊引脚短路现象检查原理图与上引脚是否一致680欧的电阻焊成了68千欧这使我深深感受到理论与实际间的差距在调试过程中发现插上编程器后不能烧制程序通过检查电路发现AT89S52芯片的使能端没有接VCC改好之后重新烧制发现还是不可以通过再次检查发现是共阴管的驱动芯片 74LS245 的引脚出现焊接错误通过这些调试提高了我检查电路的能力以及巩固了电路图的知识通过这样的设计提高了我的动手能力每天在实验室除了焊接线路板还可以上机编程使我软件调试知识也提高了本设计采用

28、的是 89S52 单片机这主要是因为该单片机的稳定性比较好还可以采用其它系列的单片机比如采用陵阳单片机就可以简化编程但其稳定性不是很好S.62 展望1 在本课题的基础上我们可以在小车的底座下面装一个吸尘装置这样就可以在小车行驶的过程中吸除一些预先放好的小纸屑2 设计出两辆小车一辆小车放在另一辆的前面当前面一辆小车起动时候后面一辆小车也起动前面一辆小车转弯的时候后面一辆也跟着转弯前面一辆小车停止时后面一辆也跟着停止致历时三个月的毕业设计已经告一段落经过自己不断的搜索努力以及白老师的耐心指导和热情帮助本设计已经基本完成在这段时间里白老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩他的指导使我受益非浅

29、通过这次毕业设计使我深刻地认识到学好专业知识的重要性也理解了理论联系实际的含义并且检验了大学四年的学习成果虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练但是我将在以后的工作和学习中继续努力不断完善这三个月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程为今后的发展打下了良好的基础由于自身水平有限设计中一定存在很多不足之处敬请各位老师批评指正参考资料1 负图传感器集成电路手册第一版化学工业 20045905912 华 MCS-51 系列单片机实用接口技术第三版 1997 年3 红润实用自动控制科技大学 1990 年 1 月S.4 康华光电子技术基础高等教育 1983 年 10 月5 新民微型计算机控

30、制技术人民邮电技术1988 年 3 月6 依军单片机微型接口技术人民邮电技术1989 年 3 月7 广弟单片机基础航空航天大学 20018 胡汉才单片机原理及其接口技术清华大学19969 王毅单片机器件应用手册人民邮电 1995附录1 元器件清单序号 元件名称数量参数11AT89S52 单片机3L298n1112超声波模块4智能避障小车底盘6LCD 液晶屏115蜂鸣器2 样机实物照片3 电路原理图相关程序includeincludedefine uchar unsigned chardefine uint unsigned intunsigned char isbit rs P26sbit r

31、w P25S.定义引脚.sbit e P27sbit TX P30触发信号引脚sbit FM P34sbit PWM1 P36pwm 信号输出sbit PWM2 P37static char click 0unsigned char ZK1ZK2unsigned inttime 0unsigned inttimer 0unsigned long Sbitflag0unsigned char code ASCII190123456789-MJU LIstatic unsigned char DisNum0 显示用指针unsigned long S 0unsigned char disbuff11

32、0void Conut voidtime TH0256TL0TH0 0TL0 0Stime17 100disbuff0 13S.disbuff1 14disbuff2 15disbuff3 16disbuff4 17disbuff5 18disbuff6 S1000100disbuff7 10disbuff8 S100010010disbuff9 S100010 10disbuff10 12void delay_1 void误差 0usunsigned char abfor b 215b 0b-for a 45a 0a-void delay uchar auchar iwhile a-S.fo

33、r i 0i 250i_nop_nop_nop_nop_判忙void lcd_mangrs 0rw 1e 1_nop_nop_nop_nop_while P00 x80e 0S.1602 的写void write_lcd1602 uchar cmduchar i当 i 为 0 的时候为向1602 写指令为 1 写数据lcd_mangrs irw 0e 0_nop_nop_e 1_nop_nop_P0 cmd_nop_nop_nop_nop_e 01602 的初始化void ini_lcd1602S.write_lcd1602 0 x380delay 1write_lcd1602 0 x0c0d

34、elay 1write_lcd1602 0 x060delay 1write_lcd1602 0 x010delay 1void Timer2InterruptRCAP2H 0 x0feRCAP2L 0 x33ET2 1T2 定时器中断EA 1总中断TR2 1T2 定时器void zd0interrupt 1S.允许打开启动.flag 1voidzd3interrupt 3T1 中断用来扫描数码管和计800MS 启动模块TH1 0 x0f8TL1 0 x30timerif timer200timer 0TX 1_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_S.800

35、MS.启动一次模块._nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_nop_TX 0void Timer2 voidinterrupt 5TF2 0T2 定时器发生溢出中断时需要用户自己清除溢出标记RCAP2H 0 x0feRCAP2L 0 x33恢复定时器初始值S.clickifclick100click 0ifclickZK1PWM1 1elsePWM1 0ifclickZK2PWM2 1elsePWM2 0主函数void mainTMOD 0 x19TH0 0TL0 0TH1 0 x0f8TL1 0 x30ET0 1ET1 1TR1 1S.设 T

36、0 为方式 1GATE 12MS 定时允许 T0 中断T1 中断.允许开启定时器.Timer2InterruptEA 1开启总中断ZK1 20ZK2 20ini_lcd1602while 1while INT00当 RX 为零时等待TR0 1while INT01当 RX 为 1 计数并等待TR0 0关闭计数Conut计算ifS 40控制加速FM 1P1 0 xafZK1 ZK1-5ZK2 ZK2-5elseif S 30控制转向S.FM 0ZK1 ZK15ZK2 ZK25P1 0X8Fdelay_1ifZK1 99ZK1 1ifZK1 1ZK1 10ifZK2 99ZK2 1ifZK2 1ZK2 10write_lcd1602 0 x800for i 0i10iwrite_lcd1602 ASCIIdisbuffi1-III-31-S.