智能避障小车课程设计

广东技术师范学院2光机电一体化课程设计题目：智能超声波避障小车院别：机电学院专业：机械电子工程（师范）姓名：路小娃学号：2013095444026同组人员：谢嘉玲欧嘉兴指导教师：杨永日期：2016年6月16日2智能超声波避障小车摘要本设计主要有三个模块包括信号检测模块、主控模块、电机驱动模块。信号检测模块采用超声波测距模块，用以对有无障进行检测。主控电路采用宏晶公司的8051核心的STC89C52单片机为控制芯片。电机驱动模块采用意法半导体的L298N专用电机驱动芯片，单片控制与传统分立元件电路相比，使整个系统有很好的稳定性。信号检测模块将采集到的路况信号传入STC89C52单片机，经单片机处理过后对L298N发出指令进行相应的调整。我们设计的小车已经实现基本的避障功能。关键词：智能避障小车，STC89C52单片机，L298N驱动芯片，信号检测模块，避障3目录摘要..........................................................................2目录..........................................................................31课程设计内容.................................................................41.1项目研究的背景及意义...................................................41.2应用场合和功能：.......................................................41.3项目主要研究内容.......................................................42总体方案论述.................................................................62.1总体方案...............................................................62.2总体功能及性能指标.....................................................62.2.1总体功能.........................................................62.2.2总体电路原理图...................................................62.3系统方案的比较与确定...................................................72.3.1系统方案的比较...................................................72.3.2系统方案的确定...................................................72.4最终实物图.............................................................83硬件电路的设计...............................................................93.1硬件系统的基本结构.....................................................93.1.1障碍物测距系统：.................................................93.1.2驱动模块：......................................................103.1.3电源模块：......................................................124.程序.......................................................................134.1程序流程图............................................................135系统软硬件调试..............................................................145.1硬件调试..............................................................145.2软件调试..............................................................145.3调试中遇到的问题......................................................14结论.......................................................................14参考文献.....................................................................15附录.........................................................................16附录一相关程序...........................................................16附录二使用元器件一览表..................................................23附录三心得...............................................................2441课程设计内容1.1项目研究的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。1.2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STC12C5A60S2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，当小车与障碍物的距离大于30cm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。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。1.3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30cm，驱动电机工作，小车正常前进，当小于30cm时，舵机会接受到单片机的信号，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5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差从而达到对障碍物的较准确定位。62总体方案论述2.1总体方案计划小车使用STC12C5A60S2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，当小车与障碍物的距离大于危险距离时，小车会沿直线前进，当小车与障碍物的距离小于危险距离时，小车转弯以避开障碍物。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。2.2总体功能及性能指标2.2.1总体功能1.通过测距传感器来获取小车距离障碍物的距离。2.当小车与障碍物的距离大于30cm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。2.2.2总体电路原理图图二总体电路原理图72.3系统方案的比较与确定2.3.1系统方案的比较1.方案一（1）设计超声波模块测距，STC12C5A60S2单片机作为主控模块；（2）设定报警阈值（设定30CM，可用键盘调整阈值)，小车通过舵机工作来实现转弯避障；（3）利用STC12C5A60S2的P1口AD转换功能，超声波模块测量距离。2.方案二（1）红外测距器的系统设计，STC12C5A60S2单片机作为主控模块；（2）用动态扫描法实现LED数字显示，红外驱动信号用单片机的定时器完成；（3）单片机使用P1.0端口输出超声波转化器所需的40KHz方波信号ISD1820语音播放距离，并用LED数字显示显示其距离值。2.3.2系统方案的确定我们小组考虑到，超声波测距方向性好，耐脏污，可以在较差环境下使用，价格中等，检测距离远。红外测距的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低、抗干扰能力差、方向性差、测试距离近。激光测距精度高，但是成本较高，制作难度高，对人体安全有影响，且受外界环境影响较大。三者经过相互比较，从经济和我们所学的知识考虑。所以我们最终选择方案一。82.4最终实物图93硬件电路的设计3.1硬件系统的基本结构该智能车系统可分为四个主要模块：单片机主控核心模块，传感器避障模块，电机驱动模块和显示模块。其主要组成构图如下：3.1.1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：红外测距优点：便宜，易制，安全，速度快。缺点：精度低，距离近，方向性差，容易受光干扰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