基于单片机的超声波智能避障小车论文
基于51单片机的超声波智能避障小车
所在院系：电气与控制工程学院
作者：
2015.7.7
论文题目：基于51单片机的超声波智能避障小车
专业：微电子学1201
学生：
指导老师：刘晓荣柴钰王健
摘要
随着国内外智能小车的迅速发展，我们在本次课设中进行了超声波智能避障小车的设计，超声波避障小车主要是运用超声波测距进行数据传输，最后通过单片机控制电机进行避障，这次小车设计的意义在于探索智能小车的设计理念及设计方法，有些生活中的实际问题便是由于人的反应时间过长所引起，而智能车实现了自动应急，为生命保障做最后一道壁垒。
关键词：智能小车，单片机，超声波，测距，避障
1绪论
二十一世纪是计算机技术、科学技术和汽车工业迅猛发展的时代，在此大环境下，汽车与电子信息产业逐渐的一体化，向电子化、多媒体化和智能化方向发展，智能超声波避障小车则是其中的代表，它的研究及应用无疑成为关注的焦点。
1.1概述
本小车使用一台STC89C52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，在小车与障碍物的距离小于安全距离（用软件设定）时自动拐弯，以避开障碍物。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。
本系统设计的简易智能小车分为几个模块：单片机控制系统、超声波路面检测系统、前进、转弯控制电机。
1.1.1 基于51单片机的超声波智能避障小车的发展
随着社会的不断发展和科学技术水平的不断提高，人类渴望创造出一种取代人力的劳动工具解放劳动力，于是出现了“机器人”这个代名词。1959年诞生世界上第一台机器人，至今已有50多年的历史，机器人技术在科学领域也取得了质的飞跃，目前已发展成一门机械、电子、计算机、自动控制、信号处理，传感器等多学科为一体的尖端技术。智能超声波避障小车经历了三代技术创新变革。
第一代超声波避障小车可编程的示教再现型，不需要装载任何传感器，只是采用简单的开关控制，通过编程来设置小车的路径与运动参数，在工作过程中不能根据环境的变化而改变自身的运动轨迹。
第二代超声波避障小车支持离线编程，具有一定感知和适应环境的能力。这类小车装有简单的传感器，可以感觉到自身的运动位置速度等其他物理量，电路是一个闭环反馈的控制系统，能适应一定的外部环境变化。
第三代超声波避障小车是智能的，多种外部传感器构成感官系统，通过采集外部的环境信息，精确地描述环境的变化。智能小车能独立完成任务，有知识基础和多信息处理系统，在结构化或半结构化的工作环境中，根据环境变化做出决策，有一定的适应能力、自我学习能力和自我组织的能力。为了让小车能独立工作，一方面应具有较高的智慧和更广泛的应用，研究各种新机传感器，另一方面，也掌握多个多类传感器信息融合的技术，这样小车可以更准确，更全面的获得所处环境的信息[1]。
1.2智能车国内外的研究现状
1.2.1国内的研究
我国开展智能车辆技术方面开始于20世纪80年代，相比于国外研究起步比较晚。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一系列的成果。
（1）中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程自动化学院于2003年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下的高速公路上，行驶的最高稳定速度为13km/h,最高峰值速度达170km/h，并且具有超车功能，总体技术性能和指
标已经达到世界先进水平。
（2）南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了7B.8军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。计算机系统采用两台Sun10完成信息融合、路径规划，两台PC486完成路边抽取识别和激光信息处理，8098单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。其体系结构以水平式结构为主，采用传统的“感知-建模-规划-执行”算法，其直线跟踪速度达到20km/h，避障速度达到5-10km/h。
智能车辆研究也是智能交通系统ITS的关键技术。目前，国内的许多高校和科研院所都在进行ITS关键技术、设备的研究。随着ITS研究的兴起，我国已形成一支ITS技术研究开发的技术专业队伍。各交通、汽车企业越来越加大了对ITS及智能车辆技术研发的投入，整个社会的关注程度在不断提高。交通部已将ITS研究列入“十五”科技发展计划和2010年长期规划。相信经过相关领域的共同努力，我国ITS及智能车辆的技术水平一定会得到很大提高。我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。我们要结合我国国情，在某一方面或某些方面，对智能车进行深入细致的研究，为它今后的发展及实际应用打下坚实的基础。
1.2.2国外的研究
国外智能车辆的研究历史较长，开始于上世纪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）。该系统只是一个运行在固定线路上的拖车式运货平台，但它却具有了
智能车辆最基本得特征即无人驾驶。早期研制AGVS的目的是为了提高仓库运输的自
动化水平，应用领域仅局限于仓库内的物品运输。随着计算机的应用和传感技术的发展，智能车辆的研究不断得到新的发展。
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，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索。在美洲，美国
于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC），其目标之一就是研究发展智
能车辆的可能性，并促进智能车辆技术进入实用化。在亚洲，日本于1996年成立了高
速公路先进巡航/辅助驾驶研究会，主要目的是研究自动车辆导航的方法，促进日本智
能车辆技术的整体进步。进入80年代中期，设计和制造智能车辆的浪潮席卷全世界，
一大批世界著名的公司开始研制智能车辆平台。
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.梅隆大学机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车
的研究，取得了显著的成就。
目前，智能车辆的发展正处于第三阶段。这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车辆的主要发展方向。在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构研发的智能车辆具有代表性的有：德意志联邦大学的研究1985年，第一辆VaMoRs智能原型车辆在户
外高速公路上以100km/h的速度进行了测试，它使用了机器视觉来保证横向和纵向的车
辆控制。1988年，在都灵的PROMRTHEUS项目第一次委员会会议上，智能车辆维塔（VITA,7t）进行了展示，该车可以自动停车、行进，并可以向后车传送相关驾驶信息。这两种车辆都配备了UBM视觉系统。这是一个双目视觉系统，具有极高的稳定性。荷
兰鹿特丹港口智能车辆的研究主要体现在工厂货物的运输。荷兰的Combi road系统，采用无人驾驶的车辆来往返运输货物，它行驶的路面上采用了磁性导航参照物，并利用一个光阵列传感器去探测障碍。荷兰南部目前正在讨论工业上利用这种系统的问题，政府正考虑已有的高速公路新建一条专用的车道，采用这种系统将货物从鹿特丹运往各地。日本大阪大学的研究大阪大学的Shirai实验室所研制的智能小车，采用了航位推测系统，分别利用旋转编码器和电位计来获取智能小车的转向角，从而完成了智能小车的定位。另外，斯特拉斯堡实验中心、英国国防部门的研究、美国卡内基梅隆大学、奔驰公司、美国麻省理工学院、韩国理工大学对智能车辆也有较多的研究。
1.3选题意义及目的
1.3.1选题意义
目前，智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。随着汽车工业的迅速发展，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。智能汽车是一种高新技术密集的新型汽车，是在网络环境下利用信息技术、智能控制技术、自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机和机械等多个学科的最新科技成果，使汽车具有自动识别行驶道路、自动驾驶等先进功能。随着控制技术、计算机技术和信息技术的发展,智能车在工业生产和日常生活中已经扮演了非常重要的角色，已成为人工智能领域研究和发展的热点。关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列，全国各高校也都很重视该题目的研究。
1.3.2选题目的
智能小车的研究、开发和应用涉及、传感技术、电气控制工程、智能控制等学科，智能控制技术是一门跨学科的综合性技术，通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。智能控制小车模拟机器人的运作，可以通过自己的动手排除故障，更加可以给学生一个实践操作的空间，加强学生的动手能力和思维能力。由于单片机教学例子有限，因此，单片机智能车能综合学生课堂上的知识来实践，使学习者更好的了解单片机的发展。通过此次的单片机制作，使学生从理论到实践，初步体会单片机项目的设计、制作、调试和成功完成项目的过程及困难，以此学会用理论联系实际。通过对实践中出现的不足与学习来补充教学上的盲点。在制作中提高自身对社会需求方向的灵敏度，发现商机，为自己以后实现创业这个宏伟的目标中打下一个坚实的基础。
2 硬件系统设计
2.1 整体设计方案
系统的总体方案是系统实现的基础，本次课程设计主要研究智能超声波避障小车，采用8051单片机系列中的STC89C52为主芯片，由单片机的IO端口控制L298N芯片
来驱动两个电机正反转，完成电动机的前进、后退、左转、右转等基本操作，信号输入电路，控制电路，执行电路送入单片机的32个IO端口加以完成智能小车的各项功能。
2.2 方案可行性分析
本次课程设计方案如下：（1）采用STC89C52单片机作为主控制器。（2）采用操作方便、稳定性好的直流电机作为两个前轮的动力驱动，用电机驱动芯片L298N控制直流电机。（3）车身正前方的超声波模块实现壁障。
综上所述，可以看出系统方案的可行性，进而先查阅相关资料设计硬件电路原理图，通过Protues软件仿真进一步确定电路的可行性。
2.3系统框图
智能超声波避障小车主要由主芯片单片机STC89C52、电源模块、超声波避障模块、电机模块等组成，实现智能小车的超声波避障等各项功能。系统原理框图如图2.1所示。
图2.1系统的原理框图
2.4硬件原理图
根据系统的结构图设计硬件电路原理图见附录1，有单片机模块、电源模块、超声波避障模块、电机模块等组成，可用Protues软件仿真电路图的可行性。以下对各模块进行说明。
2.5各模块的介绍
2.5.1单片机STC89C52
单片机全称单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），简称SCM，又称微控制器或嵌入式控制器，把一个计算机系统集成到一个芯片上，体积小、质量轻、价格便宜。单片机内部也有和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件。
单片机为集成电路芯片，采用了超大规模的集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、多种I/O端口、中断系统、定时器/计时器、显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
MCS-51系列单片机的内部含有九个功能部件：CPU（运算器、控制器和专用寄存器）、程序存储器（ROM和Flash存储器）、数据存储器、定时/计数器、并行输入/输出（I/O）接口（P0-P3口）、全双工串行接口、中断系统、时钟电路和内部总线。
（1）中央处理器（CPU)
CPU是单片机的核心部件，是一个8位的二进制的中央处理单元，主要负责控制、指挥和调度整个单片机系统的协调工作，完成运算功能并控制输入/输出等操作。
（2）程序存储器（ROM）
程序存储器主要用于存放用户程序、原始数据和表格等。51系列单片机的程序存储器包括片内和片外程序存储器。由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至64k字节。
（3）数据存储器（RAM）
数据存储器主要用来存储程序运算的中间结果、进行数据暂存和缓冲、标志位等。51系列单片机的数据存储器为片内和片外数据存储器。片内存储器为128个字节的用户存储单元和128字节的专用寄存器单元，专用寄存器单元只能用于存放控制指令的数据，用户可以访问但不能存放用户数据。片外存储器最多可外扩至64k字节，（4）中断系统
中断是指CPU暂停正在执行的程序转而处理中断源服务程序，在执行完中断服务程序之后再回到原来正在执行的程序继续执行。MCS-51系列单片机具有5个中断源，其中有两个外部中断、两个内部定时/计数器中断和一个串行口中断。中断系统有2级中断优先权，可以实现两级嵌套。
（5）定时器/计数器
MCS-51系列单片机有2个16位的可编程定时器/计数器，具有四种工作方式。
（6）全双工串行口
MCS-51系列单片机有1个全双工的串行口，用于与外部电路进行串行信息传送。该串口可编程，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。
（7）并行输入/输出（I/O）接口
单片机对外部电路进行控制和交换信息是通过输入/输出（I/O）接口完成的，MCS-51系列单片机有四组8位的并行输入/输出（I/O）接口，分别为P0口、P1口、P2口和P3口，它们都是准双向口，每次可以并行输入或输出8位二进制信息，也可以按位进行输入或输出信息操作。
（8）特殊功能寄存器
MCS-51系列单片机有21个特殊功能寄存器，用于对片内的个功能的部件进行管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM 区。[6]
因此，本次设计选择了STC公司的生产的STC89C52单片机。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，是带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器。一个芯片上拥有8位CPU，并且在系统可编程Flash。STC89C52提供给为众多嵌入式控制应用系统高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，两个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。此外，空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
2.5.2电源模块
采用5伏直流电源作为供电模块。
2.5.3电机驱动模块
L298N的两个H桥的控制方式相同高电平有效。
2.5.4直流电机
采用两个直流电动机，直流电动机的控制方法比异步电动机简单，只需给电机两条控制线加上适当的电压就能使电机旋转，在正常工作电压范围，电压越高直流电机转速越高。直流电动机的参数：额定功率为0.75W，额定电压为5V，额定电流为0.15A。
2.5.5超声波避障模块
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 2.2所示。由于超声波在空气中的传播速度为340m/s，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=VT/2，通过单片机来算出距离。
3系统的软件设计
一个单片机应用系统，硬件电路设计完后，便是软件编写及仿真调试。 3.1 软件工具的简单介绍
单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件。在系统软件设计过程中，涉及到Keil 软件编译程序、STC_ISP_V480下载程序软件、Protues 仿真软件，下面对用到软件做一简单的介绍。 3.1.1Keil C51编译器的简介
C 语言源程序要变为CPU 可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了，机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil 软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil 即可看出。
Keil 提供了包括C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision ）将这些部份组合在一起。运行Keil 软件需要Pentium 或以上的CPU ，16MB 或更多RAM 、20M 以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT 、WIN2000、WINXP 等操作系统。
Keil C51单片机软件开发系统可用于编辑C 或汇编源文件。然后分别由C51编译器编译生成目标文件（.OBJ ）。目标文件与库文件一起经LIB51
连接定位生成绝对目标
图2.2超声波模块时序
文件（.ABS）。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM 中。
3.1.2 STC_ISP_V394编程器的简介
在运行STC_ISP_V394下载软件之前，应该先给出ISP的C程序源代码ISP.C.要注意的是:此程序是在Keil-C中要建立工程文件,包含IAP.C函数,并且在IAP.C和ISP.C中都要保留STC的定义.传入用户代码时,需要与计算机进行通信,一般采用RS232串行通信,数据协议采用简单协议。
3.1.3 protues的简介
Protues软件是英国Lab center electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。Protues软件具有功能是原理布图、PCB自动或人工布线、SPICE电路仿真。
支持当前的主流单片机，如51系列、A VR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。软件仿真功能如下：1）提供软件调试功能2）提供丰富的外围接口器件及其仿真RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。3）提供丰富的虚拟仪器，利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。4）具有强大的原理图绘制功能。
电路功能仿真特点在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTUES 是单片机课堂教学的先进助手。PROTUES不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。
它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。由于PROTUES提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表。
随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTUES也能获得愈来愈广泛的应用。
3.2软件设计的思路
目前，52系列单片机使用的编程语言主要有汇编语言和C语言这两种。最接近机器的语言是汇编语言，常用来编制与系统硬件相关的程序，如访问I/O口、中断处理程序等，它是一种最快而又最有效的语言,然而汇编语言程序的可读性和可移植性较差，采用汇编语言编写单片机应用系统的周期长[6] 。在程序设计过程中C语言编程设计思想被称为模块化程序设计思想。有的时候为了有效地完成任务，把所要完成的任务分割成若干个相互独立但相互又仍然有所联系的模块，这些模块使得任务变得相对简单，对外的数据交换相对简单、容易编写、容易检测，容易阅读和维护。用C语言来编写目标系统软件会大大的缩短开发周期，增加软件的可读性，可以直接操作计算机硬件。
本设计采用C语言来编译程序。模块化结构程序的设计，可以使系统软件便于调试与优化，也使其他人更好地理解和阅读系统的程序设计。因此，软件的设计上，运用了模块化程序的结构对软件进行设计，使得程序变得更加直观易懂。
在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制生产。为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。所谓“模块”，实质上就是所完成一定功能，相对独立的程序段，这种程序设计方法叫模块程序设计法。模块程序设计法的主要优点是：单个模块比起一个完整的程序易编写及调试；模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。
一个计算机高级语言程序均有一个主程序和若干个子程序组成，程序的运行从主程序开始，子程序由主程序调用执行[5]。因此，主程序主要起到导向和决策作用，决定何时小车该做何动作，小车的各种功能主要通过调用具体的子程序。
3.2.1主程序模块
智能小车是以8051单片机系列中的STC89C52为主芯片，40脚的DIP封装使它拥有32个完全IO端口，通过给单片机的这些端口加以信号输入电路实现功能。系统主程序流程图如图3.1所示。
图3.1主程序流程图
4 系统的总体调试
在软件调试中，使用Microcontroller ISP Software及其配套的单片机对程序进行烧录。软件调试的流程是这样的：先分别对主要的功能程序模块进行模拟仿真调试；然后再将各程序模块组织起来进行统调[4]。
软件的烧录：第一步安装并运行Microcontroller ISP Software软件；第二步点击Options栏的select device选项；这时出现一个对话窗口，按图选择后，点击OK按键，如出现所示窗口，则说明电脑与开发板没连接好或单片机没插好等，需重装检查硬件连接，如果没有出现则说明初始化成功。第三步点击File栏的Load Buffer选项打开已经编译好的HEX文件。点击载入，出现对话框点确定，再点击图“A”字图标，出现对话框后，按软件默认选项，点击“OK”－“OK”―“OK”烧录完成；否则重新检查硬件连接后再重新烧录。
通过软件检查出程序中出现了许多的问题。首先我们设计的软件不能使车子转弯，只能直行，在插入超声波模块后不能实现自动转弯，而且在插入超声波模块后车子不能行使，后来发现是由于对电机驱动板内部H桥没能认识清楚，经过重新设计连线解决了问题，在解决这一问题后又出现了新的问题，车子只能在原地打转，这个问题困扰了我们好久，经过多次调试发现是由于超声波模块软件距离单位不统一，测试距离过远，主程序和壁障程序无法配合运行，经过多次的修改，一步一步的完善程序，来解决出现的问题，最终实现预期目标。
5结论
本次课程设计研究的内容主要是智能超声波避障小车，以8051单片机系列中的STC89C52为主芯片，通过对这些端口加以信号输入电路，控制电路，执行电路共同完成智能小车的以下功能。
(1)小车可以实现超声波避障。
(2)小车保留了扩展功能。超声波避障小车在完成设计预想的前提下，主要考虑了车体结构设计的简单化，降低了制作成本，使之更具有普及性。由于设计要求并不复杂，没有在电路中增加冗余的功能，但是保留了各种硬件接口和软件子程序接口，实现了避障碍功能。
然而，本次课程设计的智能超声波避障小车也存在不足，例如小车准确的测速，电机电源消耗过快等需要改进和完善。本次课程设计使我们对一个项目的整体设计有了初步认识，独立设计出其接口电路，对电路板的制作有了一定的了解。本次课程设计使我们意识到了实验的重要性，在硬件制作和软件调试的过程中，出现了很多问题，最终都是通过实验的方法来解决的。
智能超声波避障小车属于应用开发项目，智能车集中地运用了大学四年来所学的自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科的知识，将电子信息和汽车融为一体。随着控制技术、计算机技术和信息技术的发展，智能车在工业生产和日常生活中已经扮演了非常重要的角色，智能小车的研究越来越备受关注。
心得体会
在这次基于51单片机的超声波智能避障小车的实验中，遇到很多问题，大家也有很迷茫的时候，有时候呆在实验室里，一天下来，发现什么也没能弄成。对于硬件，大家做起来相对来说，顺手一些，在大家的讨论下，花费不多的时间就完成了。但是对于软件，着实让人费了好大的劲，软件看了好几遍，没有什么问题，但是一旦下到单片机里的时候，却不能让小车达到自己想要的功能，然后又开始了软件、硬件的测试。甚至有时候大家都感觉到了灰心，但大家却并没有放弃，在改完一遍又一遍之后，大家突然想起，是自己在写程序的时候，没有注意到测距单位，导致在写程序的时候出错。就是这一个小小的错误，却让我们的成果久久不能出来，甚至让大家感觉到恼火。在这次实验中，让我知道做什么事情都要仔细小心，不能粗心大意。当然，在这次实验中，让我们再一次用到了C语言，再一次温习了C语言，这对我们以后在工作中是非常有用的。在这次实验中，也让我体验到了团队合作的魅力，大家在一起合作同一个项目，感觉到非常的开心，大家之间的友谊、默契度也急剧上升，我非常喜欢这种感觉！
这次的实验，结束了！但是，我们以后会自己来做这些项目，它不仅让人开心，在我们以后找工作或者工作的时候，也是非常有帮助的！
心得体会
本次课程设计我们选择了“基于51单片机的超声波避障小车”这一课设题目，在确定要做这个题目时我是担忧的，因为我们对于目前掌握的知识还不能灵活的应用，担心选择的题目过大不能按时完成任务，在刚开始的设计环节确实比较辛苦，我们进行了充足的准备，接着我们进行了硬件的焊接，焊接完成后就是特别重要的软件设计环节，在初步完成大体框架设计后，我们首先利用部分软件在没有超声波模块下简单的直接驱动电机，这一工作完成起来比较轻松，接下来就是加入超声波模块，这里我们遇到了第一个问题，加入超声波模块后首先是电机不转，将超声波模块拆除后恢复正常，我们对软件进行了进一步的修改，但是新的问题又出现了，电机可以正常工作但是超声波模块仍然不起作用，这个问题困扰了我们好久，后来在老师的正确指导下，我们对各模块进行了测试，对测试结果进行分析后发现逻辑功能是正确的，我们对软件又重新整理发现在超声波模块中进行距离计算的公式出了问题，测试距离过远以至于无法正常运转，再找出了问题后我们进行了重新设计，终于恢复正常。
这次的单片机课设对我们意义重大，让我充分体会到团队的重要性，这也是我们做的第一个成品，在理论与实际之间是有着巨大的区别的，尤其是在实际产品设计过程中的经验，对软件硬件的认识程度都对是否能完成一个作品有着重大作用，在这次单片机课设后我一定要多练习，多了解，为进入社会打下坚实基础，最后感谢老师在这两周时间里对我的无私帮助。
心得体会
在这次为期两周的单片机课程设计中，我选了“基于51单片机的自动超声波避障小车”在确定这一题目时，我是抱着挑战一下自己的能力的想法。我是期望通过这次课程设计提升自己的能力，提到自己的动手实践能力。为以后的毕业设计打好基础。
说实话，刚开始时真的是毫无头绪，只能大量查阅资料。在我们的努力下首先连好了硬件电路，并且也对硬件进行了测试。查出电路没有问题。然后就开始软件设计。在软件的设计中就有比较大的问题，最开始的程序只能驱动小车前进，超声波模块是没有起到作用的。后来经过修改，出现了单片机输出逻辑正确，但是接上电机驱动板后，使得单片机逻辑出错的问题，这一问题使得我的设计几乎陷入停滞了，后来在老师的正确指导下我重新进行测试，后来这个问题就这样被解决了。后来我改变了软件的架构，放弃了定时器，使用了一个计时函数，重新改写了程序。但是这一次出现了超声波时零时不灵的情况。后来经过长时间调试，终于发现了问题的所在，原来是测距模块输出距离是以米为单位，而避障模块的单位是厘米，就导致了单位的不匹配。使得测距模块和避障模块无法进行配合。后来对测距模块单为进行换算，终于解决了问题。我们实现了预期目的。但是这个设计仍有一些问题，例如我们提供的电压不够，使得速度很慢等。
两周的单片机课程设计结束了，但是我的设计之路才刚刚开始，我会在以后的学习生活中更加细心。感谢老师提供的帮助。
参考文献
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[4] 王守中编著．51单片机开发入门与典型实例.第1版. 人民邮电出版社，2007:103-108
[5] 龚尚福，贾彭涛编著．C/C++语言程序设计.第1版.中国矿业大学出版社，2006:12-11
[6] 柴钰．单片机原理及应用．西安：西安电子科技大学出版社，2009:2-127
附录1 硬件原理图
附录2 程序代码
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uint distance;
sbit Trig = P2^0 ;
sbit Echo = P2^1 ;
sbit out1 = P1^2 ; //P1.2到P1.5是电机驱动输出控制端sbit out2 = P1^3 ;
sbit out3 = P1^4 ;
sbit out4 = P1^5 ;
int shu,i;
void delay(uint z) //延时
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
void delay_us() //计时函数
{ uchar t ;
for(t=0;t<10001;t++)
{if(Echo==1)
shu=t;
else
break;}
}
void turn_on() //超声波测距初始化函数{
Trig=Echo=0;
delay(1);
Trig=1;
delay(1);
Trig=0;
while(Echo!=1);
delay_us();
}
void bizhang()
{
if (0 { out1=0; out2=1; out3=0; out4=1; } else { out1=0; out2=1; out3=1; out4=0; } } void main() { while(1) { turn_on(); distance=shu*0.45/2.0; delay(5); for(i=0;i<2;i++) {bizhang(); delay(20);} } } 附录3硬件实物图 硬件实物图1 硬件实物图2 H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 设计题目：超声波避障小车 院系：电气学院自动化测试与控制系 班级： 设计者： 学号： 指导教师：周庆东 设计时间：9.2~9.13 哈尔滨工业大学 哈尔滨工业大学课程设计任务书 *注：此任务书由课程设计指导教师填 开题报告 1立项依据 1.1立项目的 （1）设计一辆利用超声波传感器来实现避障功能的小车，使小车对其运动方向受到的阻碍作出各种躲避障碍的动作。 （2）进一步学习单片机原理及其应用，提高程序的编写能力。 （3）掌握单片机系统外扩器件的连接与使用，了解超声波传感器的工作原理。 （4）掌握软件和硬件调试的基本技巧与方法。 1.2立项意义 在当今社会，汽车成为了越来越普遍，人们不可缺少的交通工具。但汽车的不断增加，随之而来就是越来越多的交通事故。交通事故成为了现在越来越严重的安全隐患。所以随着汽车工业的快速发展，我们必须加强对汽车安全性能的考虑。所以，智能汽车概念应运而生，他既是汽车产业的机遇也是汽车产业的挑战。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。 2主要设计内容及方案 2.1总体方案 系统采用51单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制,在超声波检测到障碍物之后,主控芯片根据距离值控制直流电机的转动,在与障碍物距离较大的情况下，快速前进，在与障碍物距离较小但还未到达临界转弯方向值的时候，慢速前进。在与障碍物距离很近需要转向避障时，方案上将尝试进行转向，来进行避障。 2.2设计原理 该智能车系统可分为三个主要模块：单片机主控核心模块，传感器避障模块，电机驱动模块。系统主要原理是：通过超声波避障模块（即感测模块）实时监测路面情况并及时传输给单片机。由单片机主控核心模块根据感测模块给予的信息控制小车两电机转动工作状态。电机驱动模块驱动两电机转动，实现前进或者左、右转。 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、可行，各项指标稳定、可靠。 Abstract Smart 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' enthusiasts 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 working 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. 毕业论文：智能避障小车 摘要 避障是智能小车应具备的基本功能之一以P89C51RA芯片为核心采集前方障碍信息并对智能小车进行控制选用红外避障传感器检测智能小车前方的障碍物设计了智能小车的自动避障系统并阐述其工作原理该系统设计简单成本低实时性好在室环境中取得了预期的实验结果使智能小车无碰撞到达目的地关键词P89C51RA智能红外避障传感器 Abstract The obstacle avoidance is one of the main functions that an independently intelligent carriage should be provided Use the P89C51RA as a key component collecting the environmental information and controlling the intelligent carriage a kind of obstacle avoidance system of intelligent carriage is designed In this system infrared obstacle avoidance sensors are used to detect the barrieswhich are front of distance between the intelligent carriage and the barriers The systems design is simple and has lower cost and better real time features And at the same time this system has obtained anticipated experimental results in the indoor environment That is the intelligent carriage can arrive at the destination without any collision Keywords P89C51RA intelligent infrared obstacle avoidance sensors 河南科技学院新科学院2012届本科毕业论文 智能小车运动控制技术研究 学生姓名：xxx 所在院系：新科学院信工系 所学专业：计算机科学与技术导师姓名：xxx 完成时间：2012年5 月5日 智能小车运动控制技术研究 摘要 本系统采用STC89C52单片机为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，然后把数据传送给单片机，当超声波检测到距离小车前方20CM有障碍物时单片机就发出指令让小车左转一定角度，然后停止运行继续探测.如果前方20CM没有障碍物就直走，否则继续左转一定角度。如此通过超声波不断的循环检测周边环境的情况进行自动避障。该系统在驱动方面采用L298驱动4个直流电机带动小车运行。并且，用PWM系统调速,控制小车前进的速度。 关键词：STC89C52，PWM调速，电动小车，超声波 I SMART CAR MOTION CONTROL TECHNOLOGY Abstract The system uses STC89C52 single chip to control the core,The use of ultrasonic sensors to detect road obstacles,Then send data to the microcontroller,When ultrasonic testing to distance the car in front of 20CM there is an obstacle, the microcontroller issued a directive to allow the car to turn left at an angle,Then stop the run to continue detection,If the front 20CM there are no obstructions on the straight,Otherwise, continue to turn left at an angle,So by the ultrasonic continuous loop to detect the surrounding environment, the automatic obstacle avoidance,This system L298 drive 4 DC motors to drive the car running in the drive,And speed control of the PWM system to control the forward speed of the car. Keywords:STC89C52;PWM control;electric car; ultrasonic II 2015年吉林化工学院电子设计竞赛智能寻光避障小车 参赛队员：刘立民李宏达张阵雨 指导教师：于军 吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology 摘要 本作品智能寻光避障小车实现了可以从发车区出发，并自动进入光源区寻找光源，在寻找光源前进的过程中可以自动避开障碍物的干扰，找到光源并可以自动启动制动装置停车；停车后还可以自动开启车前闪烁灯光，并根据灯光的闪烁频率，开启同频智能报警。在智能寻光、避障的过程中利用了安装在车前角的光电开关的检测，使小车可以成功的避开前进过程中遇到的障碍物；利用了安装在车上部的光敏二极管的检测，保证了小车的前进方向。 关键词：寻找光源避开障碍 摘要....................................................................................................................... I 2.3各模块方案的选择............................................................................- 4 - 2.3.1电机驱动模块.........................................................................- 4 - 2.3.2障碍检测模块.........................................................................- 4 - 2.3.3光源检测模块.........................................................................- 5 - 第3章系统的软件设计................................................................................- 5 - 3.1主程序流程图....................................................................................- 5 - 第4章测第1章方案选择与论证..........................................................- 1 - 1.1车体设计与论证................................................................................- 1 - 1.2系统控制基本方案...........................................................................- 1 - 1.3各模块方案的选择............................................................................- 1 - 1.3.1电机与驱动模块的选择.........................................................- 2 - 1.3.2障碍检测.................................................................................- 2 - 1.3.3光源检测.................................................................................- 2 - 第2章系统的硬件设计................................................................................- 3 - 2.1系统硬件的基本组成部分................................................................- 3 - 2.2控制器部分........................................................................................- 3 - 试结果与总结 (7) 4.1测试方法 (7) 4.2测试仪器 (7) 4.3 测试结果 (7) 4.4整车测试 (7) 4.5总结 (7) /****************************************************************************** *****************************/ //5路超声波避障实验：51单片机 + HC-SR04超声波 // /******************************************************************************************* ****************/ #include 目录 摘要 (2) ABSTRACT (2) 第一章绪论 (3) 1.1智能小车的意义和作用 (3) 1.2智能小车的现状 (3) 第二章方案设计与论证 (4) 2.1 主控系统 (4) 2.2 电机驱动模块 (4) 2.3 循迹模块 (6) 2.4 避障模块 (7) 2.5 机械系统 (7) 2.6电源模块 (8) 第三章硬件设计 (8) 3.1总体设计 (8) 3.2驱动电路 (9) 3.3信号检测模块 (10) 3.4主控电路 (11) 第四章软件设计 (12) 4.1主程序模块 (12) 4.2电机驱动程序 (12) 4.3循迹模块 (13) 4.4避障模块 (15) 第五章制作安装与调试 (18) 结束语 (18) 致谢 (19) 参考文献 (19) 智能循迹避障小车 肖维 物理与电子信息学院电子信息工程专业 2006级9班指导教师：刘汉奎 摘要：利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。 关键词：智能小车；STC89C52单片机； L298N；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Xiao Wei School of Physics and Electronic Information,Grade 2006 Class 9 ,Instructor:Liu Hankui Abstract：Based infrared detection of black lines and the road obstacles, and use a STC89C52 MCU as the controlling core for the speed and direction, A electronic drived, which can automatic track and avoid the obstacle, was designed and fabricated. In which, the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52. Keywords: Smart Car; STC89C52 MCU; L298N; Infrared Emitting Diode 智能超声波避障小车 ： 班级： 学号： 目录 摘要 (3) 一、总体方案概述 (3) 二、总体电路原理图 (3) 三、各模块功能介绍 (4) （一）、超声波测距模块 (4) （二）、步进电机控制模块 (5) （三）、单片机控制模块 (6) 四、系统软件设计 (6) 五、应用前景 (7) 六、参考文献 (8) 摘要： 现今发达的交通在给人们带来便捷的同时也带来了许多的交通事故。发生交通事故的因素有很多。当然，如果我们的汽车能够更加智能，就是说事先能预测并显示前面障碍物离车的距离，当障碍物距离很近时汽车会自动采取一些措施避开障碍物，这样就能够在很大程度上避免这些事故的发生。在本论文中，我们将会看到能够实现这一功能的智能小车。 关键字：超声波、测量、避障、单片机 一、总体方案概述 本小车使用一台AT89S51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，并且用数码管实时的显示出来，在小车与障碍物的距离小于安全距离（用软件设定）时，小车会发出“在距您车前方x（数码显示的实时距离）米的地方有一障碍物，请您注意避让”的语音提示，并且拐弯，以避开障碍物，同时会点亮相应侧边的发光二极管作为提示信号。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。 本系统设计的简易智能小车分为几个模块：单片机控制系统、超声波路面检测系统、前进、转弯控制电机以及方向指示灯系统。它们之间的相互关系如下图1所示。 二、总体电路原理图 图1：智能小车简要原理框架图 三、各模块功能介绍 （一）、超声波测距模块 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340m/s，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=VT/2，通过单片机来算出距离。 图1：超声波模块时序图 南 京 理 工 大 学 毕业设计说明书(论文) 作 者 : 薛玉洁 号： 6 教 学点 : 工业职业技术学院 专 业 : 电子工程 题 目 : 超声波在小车避障技术的应用设计 指导者： (姓 名) (专业技术职务) 评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 倪瑛 副教授 副教授 戴娟 2013 年 5 月 毕业设计说明书（论文）中文摘要 毕业设计说明书（论文）外文摘要 目次 1 引言 (1) 1.1 研究背景与意义 (1) 2 超声波的避障技术 (4) 2.1 小车的避障技术 (4) 2.2 超声波的传播特性 (5) 2.3 超声波测距技术 (5) 2.4 基于单片机的超声波测距系统 (6) 2.5 超声波的衰减 (6) 3 超声波避障系统硬件设计 (8) 3.1 方案概述 (8) 3.2 方案设计 (8) 3.3 元器件介绍 (9) 3.4 超声波发射系统电路 (16) 3.5 超声波接收系统电路 (16) 3.6 相关软件、电路模块和器件清单。 (17) 4 超声波避障系统的软件设计 (19) 4.1 直流电机控制软件设计 (19) 4.2 超声波测距模块软件设计 (19) 4.3 超声波避障技术软件设计 (21) 4.4 软件与硬件的整合软件与硬件的整合 (22) 5 超声波避障系统调试 (23) 5.1 调试过程 (23) 5.2 问题分析 (26) 5.3 误差分析 (26) 致 (29) 参考文献 (30) 1 引言 1.1 研究背景与意义 随着机器人技术的发展,自主移动机器人以其活性和智能性等特点,在人们的生产、生活中的应用来越广泛。自主移动机器人通过各种传感器系统感知外界环境和自身状态, 在复杂的已知或者未知环境中自主移动并完成相应的任务。而在多种探测手段中, 超声波传感器系统由于具有成本低, 安装方便, 不易受电磁、光线、被测对象颜色、烟雾等影响，时间信息直观等特点, 对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力, 因此在移动机器人领域有着广泛用。 本设计主要体现多功能小车的智能避障模式，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。 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。 超声波测距与避障系统包括硬件及软件两个部分。硬件开发基STC89S52微控制器，集成了传感器电路、信号处理电路、微控制器外围电路及电源电路等；软件设计主要包括测距算法设计和避障算法设计。其中，避障算法由单传感器避障策略、多传感器精确避障策略以及多传感器模糊避障策略组成。 超声波测距及红外避障小车的设计 发表时间：2018-06-11T11:51:58.193Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：赵勇柳青张腾文 [导读] 摘要：介绍一种超声波测距及红外避障小车的设计，根据功能需求，进行系统方案设计，进而进行系统模块设计。 （沈阳理工大学信息科学与工程学院辽宁沈阳 110159） 摘要：介绍一种超声波测距及红外避障小车的设计，根据功能需求，进行系统方案设计，进而进行系统模块设计。本小车将超声波测距和红外避障结合起来，增加了系统的可实现性。 关键词：超声波测距；红外避障；小车；设计 概论 在当今世界，复杂的环境不断对科技提出越来越高的要求，要求我们探寻更为合适的技术来适应复杂环境的变化。超声波测距因其可以直接测量近距离目标，纵向分辨率高，适用范围广，方向性强，并具备不受光线、烟雾、电磁干扰等因素影响，且覆盖面积大等优势被广泛应用；红外避障则是通过检测红外光遇到障碍物反射来感知障碍物的存在，反馈至控制器，单片机进行驱动报警以有效避障。本智能小车将超声波测距技术和红外避障技术相结合，为现代智能化生活中，非接触特殊环境下的探测及测距、安全保护、车载倒车等提供可靠、实时有效的保障。 1.功能需求 该超声波测距及红外避障小车将测距功能和避障功能相结合，在获得距离信息的基础上进行有效避障，并将距离显示在LCD1602液晶显示屏上，当距离小于一定数值时，小车将转向。小车使用电机进行驱动，采用AT89S52单片机作为核心控制器进行有效控制。 2.系统方案设计 本智能小车由超声波测距系统、温度补偿系统、摄像头传输系统、红外避障系统、WIFI系统、显示系统六部分组成。小车的运行由AT89S52芯片作为核心控制器，测距和红外避障由超声波传感器和红外传感器进行数据采集，显示系统部分由LCD1602液晶显示屏来完成，温度传感器采集外界环境温度进行温度补偿，摄像头和WIFI模块完成画面的传输和设备的控制，如图1所示。 图1 系统硬件组成 3.系统模块设计 3.1超声波测距模块 本小车设计的测距系统采用脉冲回波法测距，以AT89S52芯片为核心，通过超声波传感器发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到返回波时就立即停止计时。如果设超声波的传播速度为计时器记录的时间为，可计算出发射距离障碍物面的距离，即 3.2温度补偿模块 温度补偿模块主要是对温度进行补偿，以减小测距误差。温度传感器主要运用的是DS18B20。每次温度测量前，首先会将温度寄存器和低温度系数振荡器预置-55℃所对应的基数值，而高温度系数振荡器会根据环境温度确定一个振荡周期。然后，低温度系数振荡器开始振荡，对应的计数器对振荡脉冲进行减计数，直到计数器中被预置的值减为0。此时，温度寄存器的值加1，而低温度系数振荡器的值重新被预置到-55℃所对应的基数值，如此重复直到高温度系数振荡器停振，此时，温度寄存器的值就是所要测的温度值。 3.3摄像头和WIFI模块 摄像头将道路实时画面传输到手机或PC等终端设备上，操作者可以直观地了解到道路信息。通过手机或PC上的WIFI与在小车上的WIFI模块相协同，可以在手机或PC端控制小车的前进、后退、拐弯等动作，该系统便于灵活控制小车动作、易于操作。 3.4红外避障模块 避障传感器利用物体的反射性质来实现避障功能。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失；如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头，传感器检测到这一信号，确认正前方有障碍物，并将信号传给单片机，单片机对信号进行系统的处理分析，从而协调小车两轮工作，完成躲避障碍物的动作。 3.5显示模块 将测得的温度和距离通过传感器送入到单片机中进行处理，将处理后的结果显示在液晶上，可以直观地读出温度和距离参数，使参数可视化，便于实时监测测距精度。 超声波避障小车设 计 Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文） 设计题目：超声波避障小车 院系：电气工程及自动化 班级： 1 21 设计者：张佳炜 学号： 11 0316 指导教师：周庆东 设计时间： .09.14- .09.25 哈尔滨工业大学 课程设计考核表 题目：超声波避障小车 学生姓名：张佳炜班级： 1 21 学号： 11 0316 实验部分考核 总结报告评分 总成绩：指导教师签字： 哈尔滨工业大学课程设计任务书 开题报告 1立项依据 1.1立项目的 （1）设计一辆利用超声波传感器来实现避障功能的小车，使小车对其运动方向受到的阻碍作出各种躲避障碍的动作。 （2）深入学习单片机原理及其应用，提高程序的编写能力。 （3）掌握单片机系统外围电路的设计，了解超声波传感器的工作原理。（4）掌握软件和硬件调试的基本技巧与方法。 1.2立项意义 汽车作为人们不可缺少的交通工具，给人类带来了极大的便利，但随着汽车的量越来越多，交通事故也越来越多。交通事故成为了现在越来越严重的安全隐患。我们必须加强对汽车安全性能的考虑。随着电子技术、信息技术、网络技术的发展，智能汽车概念应运而生，将电子信息网络和汽车接合起来实现汽车的智能化，是传统汽车产业的机遇也是的挑战。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的智能小车的避障研究。 超声波具有穿透力强、方向性好、操作简单、方便、快速和安全等的特点，在很多 领域有着广泛的应用前景。超声波作为智能车避障的传感信号，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。作为一个发展大 单片机系统课程设计轮式移动机器人的设计 学院：通信与电子工程学院 班级：电子131 姓名：初清晨 学号： 2013131013 同组成员：孟庆阳张轩 指导老师：王艳春 日期： 2015年12月24日 组员分工 1、组长：张轩，实物焊接，报告整理，程序设计 2、组员：孟庆阳，实物焊接，仿真测试，报告整理 3、组员：初清晨，实物焊接，报告整理，仿真测试 目录 摘要 (1) 第一章绪论 (2) 1.1智能小车的意义和作用 (2) 1.2智能小车的现状 (3) 第二章方案设计与论证 (3) 2.1 主控系统 (3) 2.2 电机驱动模块 (4) 2.3 循迹模块 (5) 2.4 避障模块 (6) 2.5 机械系统 (7) 2.6电源模块 (7) 第三章硬件设计 (7) 3.1 AT89S52单片机的简介 (8) 3.2总体设计 (11) 3.3驱动电路 (12) 3.4信号检测模块 (13) 3.5主控电路 (14) 第四章软件设计 (15) 4.1主程序框图 (15) 4.2电机驱动程序 (15) 4.3循迹模块 (16) 4.4避障模块 (20) 结束语 (25) 致谢 (26) 附录一循迹加红外避障综合程序 (28) 附录二实物图 (32) 摘要 随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，它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，可应用于科学勘探等用途。智能电动小车就是其中的一个体现。设计者可以通过软件编程实现它的行进、循迹、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示，无需人工干预。因此，智能电动小车具有再编程的特性，是机器人的一种。 本设计采用AT89S52单片机加电机驱动电路和红外遥控及循迹模块还有红外接收一体化传感器设计而成，采用模块化的设计方案，运用红外遥控器控制小车的前进、后退、左转、右转、启动和停止。 关键词：智能小车；STC89C52单片机；L9110；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Abstract：Based infrared detection of black lines and the road obstacles, and use a STC89C52 MCU as the controlling core for the speed and direction, A electronic drived, which can automatic track and avoid the obstacle, was designed and fabricated. In which, the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52. Keywords: Smart Car; STC89C52 MCU; L298N; Infrared Emitting Diode 智能超声波避障小车 智能超声波避障小车 姓名： 班级： 学号： 目录 摘要 (3) 一、总体方案概述 (3) 二、总体电路原理图 (3) 三、各模块功能介绍 (4) （一）、超声波测距模块 (4) （二）、步进电机控制模块 (5) （三）、单片机控制模块 (6) 四、系统软件设计 (6) 五、应用前景 (7) 六、参考文献 (8) 摘要：现今发达的交通在给人们带来便捷的同时也带来了许多的交通事故。发生交通事故的因素有很多。当然，如果我们的汽车能够更加智能，就是说事先能预测并显示前面障碍物离车的距离，当障碍物距离很近时汽车会自动采取一些措施避开障碍物，这样就能够在很大程度上避免这些事故的发生。在本论文中，我们将会看到能够实现这一功能的智能小车。 关键字：超声波、测量、避障、单片机 一、总体方案概述 本小车使用一台AT89S51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，并且用数码管实时的显示出来，在小车与障碍物的距离小于安全距离（用软件设定）时，小车会发出“在距您车前方x（数码显示的实时距离）米的地方有一障碍物，请您注意避让”的语音提示，并且拐弯，以避开障碍物，同时会点亮相应侧边的发光二极管作为提示信号。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。 本系统设计的简易智能小车分为几个模块：单片机控制系统、超声波路面检测系统、前进、转弯控制电机以及方向指示灯系统。它们之间的相互关系如下图1所示。 图1：智能小车简 二、总体电路原理图 三、各模块功能介绍 （一）、超声波测距模块 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340m/s，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=VT/2，通过单片机来算出距离。 图1：超声波 目录 摘要 (2) 绪论 (2) 2方案设计与论证 (3) 2.1 主控系统 (3) 2.2 电机驱动模块 (4) 2.3 循迹模块 (5) 2.4 避障模块 (6) 2.5 机械系统 (7) 2.6电源模块 (7) 3硬件设计 (7) 3.1总体设计 (7) 3.2驱动电路 (8) 3.3信号检测模块 (9) 3.4主控电路 (10) 4 软件设计 (12) 4.1主程序模块 (12) 4.2电机驱动程序 (12) 4.3循迹模块 (13) 4.4避障模块 (15) 结束语 (19) 致谢 (19) 参考文献 (19) 智能循迹避障小车 摘要利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM 波控制。 关键词智能小车；STC89C52单片机；L298N；红外对管 1 绪论 自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。 随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。 机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车（AVG—auto-guide vehicle）系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。 该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM 功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占 智能超声波避障小车 姓名： 班级： 学号： 目录 摘要 (3) 一、总体方案概述 (3) 二、总体电路原理图 (3) 三、各模块功能介绍 (4) （一）、超声波测距模块 (4) （二）、步进电机控制模块 (5) （三）、单片机控制模块 (6) 四、系统软件设计 (6) 五、应用前景 (7) 六、参考文献 (8) 摘要： 现今发达的交通在给人们带来便捷的同时也带来了许多的交通事故。 发生交通事故的因 素有很多。 当然，如果我们的汽车能够更加智能，就是说事先能预测并显示前面障碍物离车的距离，当障碍物距离很近时汽车会自动采取一些措施避开障碍物，这样就能够在很大程度上避免这些事故的发生。在本论文中，我们将会看到能够实现这一功能的智能小车。 关键字：超声波、测量、避障、单片机 一、总体方案概述 本小车使用一台AT89S51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，并且用数码管实时的显示出来，在小车与障碍物的距离小于安全距离（用软件设定）时，小车会发出“在距您车前方x（数码显示的实时距离）米的地方有一障碍物，请您注意避让”的语音提示，并且拐弯，以避开障碍物，同时会点亮相应侧边的发光二极管作为提示信号。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。 本系统设计的简易智能小车分为几个模块：单片机控制系统、超声波路面检测系统、前进、转弯控制电机以及方向指示灯系统。它们之间的相互关系如下图1所示。 二、总体电路原理图 图1：智能小车简要原理框架图 三、各模块功能介绍 （一）、超声波测距模块 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340m/s，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=VT/2，通过单片机来算出距离。 图1：超声波模块时序图 智能避障小车毕业设计 论文 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT 智能避障机器人设计与研究（硬件） 摘要 在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。而机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。自动避障机器人就是基于这一系统开发而成的。随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。自动避障机器人可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。 本文提出了一种经济实用的智能避障机器人系统设计方法，采用了小车底盘作为载体、直流电机作为执行元件、红外传感器作为检测元件、STC89C52单片机作为主控芯片、L298N作为驱动芯片和稳压电源芯片完成了检测电路设计、主控电路设计、电机驱动电路设计、稳压电路设计等硬件设计和制作，并对系统进行了仿真和综合调试，解决了一系列的难题，成功实现了自动避障功能。 关键词：智能避障机器人，红外传感器，单片机，L298N，PWM调速 THE DESIGN AND STUDY OF INTELLIGENT OBSTACLE AVOIDANCE ROBOT(HARDWARE) ABSTRACT In scientific exploration and emergency rescue often encounter some danger or human can not directly reach the area of detection, these will need to use the robot to complete. The robot's automatic obstacle avoidance movement in complex terrain is an essential and most basic function. Therefore, the automatic obstacle avoidance system development is made. Automatic obstacle avoidance robot development based on this system is made of. With the development of technology for the unknown space and mankind can not be directly accessible to gradually become a hot area of exploration, which makes the automatic obstacle avoidance robot has great significance. Auto matic obstacle avoidance robot can serve as a regional exploration and emergency rescue robot system that allows robots to automatically avoid obstacles in the road. This paper presents an economical and p ractical design of intelligent obstacle avoidance robot system, using the car chassis as the carrier, the DC motor as the actuator, infrared sensors as detection devices, STC89C52 microcontroller as the main chip, L298N as the driver chip and regulated power supply chip to complete the detection circuit design, master control circuit design, motor driver circuit design, voltage regulator circuit design of hardware design and production. A lot of simulation and integrated debugging have been done to the system and a series of problems have been solved. Finally, the automatic obstacle avoidance function is accomplished successfully. KEY WORDS：Intelligent obstacle avoidance robot, infrared sensor, MCU, L298N, PWMspeedadjusting超声波避障小车开题报告
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