【正文】 五 邑 大 學(xué) 第 十 二 屆 科 技 學(xué) 術(shù) 節(jié) 電子設(shè)計(jì)大賽 技術(shù)報(bào)告 學(xué) 校： 隊(duì)伍名稱 ： Robot L 課題名稱： 躲避障礙物小車 參賽隊(duì)員： 目錄 第一章 緒論 課題設(shè)計(jì)的目的及意義 課題設(shè)計(jì)的意義 躲避障礙物小車的設(shè)計(jì)思路 超聲波模塊的設(shè)計(jì)原理 躲避障礙物小車的原理框圖如下圖 課題設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求 ． 1 設(shè)計(jì)躲避障礙物小車的任務(wù) 的 要求 第二章 小車系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 車模 的 選擇 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 的 選擇 電源模塊的選擇 第三 章 躲避障礙物小車機(jī)械設(shè)計(jì) 第四 章 躲避障礙物小車硬件電路設(shè)計(jì) 小車的控制模塊 51單片機(jī)最小系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 電源模塊的硬件設(shè)計(jì) 路況檢測(cè)模塊的硬件設(shè)計(jì) 第五 章 躲避障礙物小車軟件設(shè)計(jì) 主程序流程圖 兩塊超聲波模塊的發(fā)生、接收和計(jì)算的設(shè)計(jì) 主從機(jī)串口通信程序設(shè)計(jì) 直流電機(jī)控制程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試 第六 章 總結(jié) 創(chuàng)新點(diǎn) 目前尚存在的不足與改進(jìn)方向 致謝 參考文獻(xiàn) 第一章 緒論 課題設(shè)計(jì)的目的及意義 隨著科技技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波在各個(gè)科技領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，比如說超聲波探傷儀、超聲波測(cè)厚儀、超聲波測(cè)距儀等等，但在實(shí)際生活的應(yīng)用卻不多，人們可以 具體利用的超聲波技術(shù)在實(shí)際生活中還十分有限。因此，這是一個(gè)值得開發(fā)而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來，超聲波作為一種新型的非常重要又有用的技術(shù) 在生活的 各 個(gè) 方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位 、 高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求 。比如超聲波清洗儀， 超聲波作用于液體中時(shí)，液體中每個(gè)氣泡的破裂瞬間會(huì)產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個(gè)大氣壓，這種現(xiàn)象被稱之為“空化作用”，超聲波清洗正是用 液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來達(dá)到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用 ?? 隨著超聲波的技術(shù) 發(fā)展，超聲波將從單純的科技應(yīng)用發(fā)展到實(shí)際生活的應(yīng)用，最終向全社會(huì)普及。在新的世紀(jì)里，超聲波在將來將發(fā)揮更大的作用。 課題設(shè)計(jì)的意義 隨著科技的發(fā)展，人們的生活水平的提高，城市發(fā)展建設(shè)加快，城市與城市、城市與農(nóng)村、農(nóng)村與農(nóng)村的道路的迅速建設(shè)，汽車等交 通工具的需求量也在不斷增大。但是，由于各種不可避免的因素，交通安全建設(shè)卻落后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常出現(xiàn)交通事故等現(xiàn)象，使得交通安全問題一直像夢(mèng)囈一樣糾纏著人們的生活。而設(shè)計(jì)躲避障礙物小車進(jìn)行躲避障礙物的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證小車在地面上能自由躲避障礙 物行走，是躲避障礙物小車的設(shè)計(jì)研制的核心部分。 這個(gè)應(yīng)用，如果應(yīng)用在生活中的汽車上，用超聲波來測(cè)量?jī)绍嚨木嚯x，達(dá)到一定的距離的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)提示或者報(bào)警或者控制汽車正確剎車停車 ?? 這樣，就可以減少人為的交通事故的發(fā)生。而控制系統(tǒng)核心部分就是超聲波測(cè)距的研制。因此，設(shè)計(jì)好的超聲波測(cè)距就顯得非常重要了。這也就是我們?cè)O(shè)計(jì)躲避障礙物小車的意義所在。 躲避障礙物小車的設(shè)計(jì)思路 超聲波模塊的設(shè)計(jì)原理 發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度υ在空氣中傳播，在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被反射返回，由接收器接收，其往返時(shí)間為 t，由 s=vt/2 即可算出被測(cè)物體的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 v 與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ? 表 11 超聲波波速與溫度的關(guān)系表 躲避障礙物小車的原理框圖如下圖 單片機(jī)發(fā)出 40kHZ 的信號(hào)，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為 t，再由 程序進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)，然后經(jīng)過單片機(jī)程序處理，得到的數(shù)據(jù)來對(duì)小車的電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制。 圖 11 超聲波測(cè)距儀原理框圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 課題設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求 ． 1 設(shè)計(jì)躲避障礙物小車的任務(wù)： （ 1）了解超聲波測(cè)距的原理。 （ 2）學(xué)習(xí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的原理。 （ 3）根據(jù)其原理設(shè)計(jì)好硬件結(jié)構(gòu)電路。 的 要求： (1) 設(shè)計(jì)出超聲波測(cè)距模塊 的硬件結(jié)構(gòu)電路。 (2) 對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。 (3) 根據(jù)測(cè)出 來的距離進(jìn)行判斷，從而能使小車躲避障礙物。 第二章 小車系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 基于 課題 要求，系統(tǒng)可化為幾個(gè)基本模塊，如 下圖 所示，下面對(duì)各個(gè)模塊的方案進(jìn)行 設(shè)計(jì)： 車模 的 選擇 方案一：選擇遙控玩具小車，對(duì)小車進(jìn)行改裝，這種車速度較快，反應(yīng)靈敏。然而，這種小車，轉(zhuǎn)彎扭力較小，且速度較快，不容易控制 。 方案二：選擇直流減速電機(jī)的小車，這種車扭力較大，可以轉(zhuǎn)過曲率很大的彎道。然而，車速較慢。處于彎道曲率并非很大，我們選擇了方案二。 路況檢測(cè) 電源供電 單片機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電 機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選擇 方案 1:采用繼電器的方法 ,使用繼電器作為開關(guān)作用 ,通過單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)某個(gè)繼電器的打開和關(guān)閉，打開和關(guān)斷其中一個(gè)或兩個(gè)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎和停止。但實(shí)際證明當(dāng)有繼電器的方案時(shí) ,小車在減速時(shí)不能碰到任何障礙物 ,否則車子很容易停下來 ,說明穩(wěn)定性不高 . 方案 2:采用達(dá)林頓管搭成的 H橋型電路 ,通進(jìn) H橋型電路可方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正 ,反轉(zhuǎn)和突然剎車 ,但由于自己搭制的橋型電路體積龐大且調(diào)試穩(wěn)定性不高所以我們沒有采用 . 方案 3:采用 L298 驅(qū)動(dòng)芯片 ,L298 驅(qū)動(dòng)芯片是大功率的內(nèi)集成有兩個(gè) H 型電路 的驅(qū)動(dòng)芯片 ,由于是集成芯片體積小 ,且穩(wěn)定性高 ,驅(qū)動(dòng)力強(qiáng) ,所以我們采用了這種方法 . 電源模塊的選擇 常用的電源有串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源（ LM29 7805 等）和開關(guān)型穩(wěn)壓電源（ LM259 LM2575 等）兩大類。前者具有紋波小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是效率較低，功耗大；后者功耗小，效率高，但電路卻比較復(fù)雜，電路的紋波大。對(duì)于單片機(jī)，需要提供穩(wěn)定的5V 電源，由于 7805 的穩(wěn)壓的線性度非常好，所以選用 7805 單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行供電；而其它模塊則需要通過較大的電流，而 LM2596