【正文】 system control module based on CortexM3 embedded system as the main control chip. The system can set the minimum safe distance, can regulate the running speed of the car, when the car and the obstacle distance is less than the safe distance, the CortexM3 embedded system control car will automatically turn left forced open obstacles, and then continue straight forward and intelligent obstacle avoidance. Key words Intelligent technology。專(zhuān)家對(duì)各地交通事故統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明各地交通事故普遍是由于駕駛員在危急情況發(fā)生時(shí)反應(yīng)不及時(shí)所造成。 智能避障 是指汽車(chē) 的超聲波傳感器采集的距離數(shù)據(jù)小于一個(gè)安全值時(shí)，能夠智能的避開(kāi)汽車(chē)周?chē)恼系K物或汽車(chē)， 在與障礙物碰撞前發(fā)出警報(bào)提醒駕駛員注意減速或制動(dòng)，使駕駛員能夠及時(shí)的采取應(yīng)急措施，從而達(dá)到事先預(yù)防避免或減少事故發(fā)生。為此研發(fā)一種智能小車(chē) ,使其具有一定的感知能力、規(guī)劃能力和動(dòng)作能力 ,帶領(lǐng)使用者避障礙物 ,既能幫助和關(guān)懷那些視覺(jué)存在缺陷的人 ,又能減輕護(hù)理人員的工作任務(wù) ,因此無(wú)論對(duì)于社會(huì)還是個(gè)人都有積極的現(xiàn)實(shí)意義。國(guó)外典型著名機(jī)器人較多 ,例如 :“勇氣號(hào)”火星探測(cè)機(jī)器人是迄今人類(lèi)遣往其它行星上第一個(gè)大型、自動(dòng)化的地面機(jī)器人 ,相比“索杰納”號(hào)火星探測(cè)機(jī)器人“勇氣”號(hào)用六輪驅(qū)動(dòng) ,有很高的越障能力 ,核心是一臺(tái)每秒能執(zhí)行 20xx 萬(wàn)條指令的計(jì)算機(jī) ,具備更強(qiáng)、更可靠的移動(dòng) ,裝載有全景攝像機(jī)、避危攝像機(jī)、微型熱散射質(zhì)譜儀、顯微成像儀、磁鐵陣列等等傳感器截止 20xx 年 ,該機(jī)器人已經(jīng)連續(xù)在火 星表面工作了 6 年 ,是人類(lèi)迄今為止最成功的外星探測(cè)機(jī)器人。 第二階段 從80 年代中后期開(kāi)始，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)智能車(chē)輛開(kāi)展了卓有成效的研究。第三階段 從 90 年代開(kāi)始，智能車(chē)輛進(jìn)入了深入、系統(tǒng)、大規(guī)模研究階段。 本田 ASIMO 仿人形機(jī)器人 ,是日本本田公司研制的目前最先進(jìn)的仿人行走機(jī)器人。 曰本精工 (NSK)在“ 20xx 國(guó)際機(jī)器人展 (iREX20xx) ”上推出了能為人帶路的導(dǎo)盲犬機(jī)器人。 我國(guó)移動(dòng)機(jī)器人的研究起步較晚 ,大約于 20 世紀(jì) 70 年代末、 80 年代初開(kāi)始。中科院沈卩丨jf:丨動(dòng)化研究所研制的基于非結(jié)構(gòu)環(huán)境移動(dòng)機(jī)器人能夠在復(fù)雜多變的環(huán)境中使用。 課題主要研究的內(nèi)容 按照課題的基本要求，本設(shè)計(jì) 主要包含以下 3 個(gè)模塊 ： (1)超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì) 根據(jù)超聲波測(cè)距原理，當(dāng)超聲波向某一方向發(fā)射超聲波時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部開(kāi) 始計(jì)時(shí)，超 聲波在傳輸?shù)倪^(guò)程中，遇到障礙物體就會(huì)立即返回，當(dāng)超聲波接收器接收到反射波同時(shí)單片機(jī)停止計(jì)時(shí)。主要完成超聲波發(fā)射與返回的計(jì)時(shí)并計(jì)算小車(chē)與障礙物之間距離，控制端口的高低電平，通過(guò)輸出不同頻率的脈沖來(lái)控制電機(jī)的 工作。 0UT1,0UT2 接左側(cè)兩個(gè)相互并聯(lián)的電動(dòng)機(jī) ,0UT3,0UT4 接右側(cè)兩個(gè)相互并聯(lián)的電動(dòng)機(jī)。直流電機(jī)狀態(tài)表如下所示 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楚天學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 表一 2 系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)超聲波智能避障小車(chē)能夠?qū)崿F(xiàn)基本功能，即近距離遇到障礙物自主繞行，不會(huì)撞擊到障礙物。 系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu) 圖 該流程圖為系統(tǒng)流程圖，主要是描述系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行過(guò)程，包括系統(tǒng)的主要模塊 圖 21 系統(tǒng)流程圖 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楚天學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 軟件 工作流程 P W M 初 始 化開(kāi) 始定 時(shí) 器 初 始 化定 時(shí) 器 時(shí) 間 到 發(fā) 送一 個(gè) 觸 發(fā) 信 號(hào)收 到 回 波 信 號(hào)計(jì) 算 障 礙 物 距 離小 于 4 0 c m驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 減 速驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 加 速P w m 軟 件 自 增大 于 3 0 c m 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 向P w m 軟 件 自 減定 時(shí) 計(jì) 數(shù) 器 初 始 化YYNNYN 圖 22 工作流程圖 3 系統(tǒng)的硬件及軟件的設(shè)計(jì) 嵌入式系統(tǒng)的介紹 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要 求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)供電后，有一指示燈被點(diǎn)亮，提示系統(tǒng)處于供電狀態(tài)。 由于 NRST 為低電平有效，利用電容電壓不會(huì)突變的性質(zhì)。 STM32 開(kāi)發(fā)板使用 8MHz 外接晶振為系統(tǒng)提供精確的系統(tǒng)時(shí)鐘參考 。 JTAG接口提供對(duì) STM32 芯片內(nèi)部的 Flash 的燒寫(xiě)和調(diào)試程序，需要 Keil 軟件和 Jlink v8 仿真器的配合。前進(jìn)時(shí) IN1 輸入高電平， IN2 輸入低電平；后退時(shí) IN3 為低電平， IN4 為持續(xù)高電平即占空比 100%。 表 2 引腳 功能 15 SEN SEN2 分別為兩個(gè) H 橋的電流反饋腳，不用時(shí)可以接地 3 1Y 1Y2 輸出端，與對(duì)應(yīng)輸入端（ IN IN2）同邏輯 4 VS 驅(qū)動(dòng)電壓，最小值需比輸入的低電平電壓高 7 IN IN2 輸入端， TTL 電平兼容 11 EN EN2 使能端，低電平禁止輸出 8 GND 地 9 VSS 邏輯電源， ~7V 12 IN IN4 輸入端， TTL 電平兼容 1 14 2Y 2Y2 輸出端，與對(duì)應(yīng)輸入端（ IN IN4）同邏輯 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行， I/O 端口狀態(tài)與電機(jī)制動(dòng)對(duì)照表，如下 表 3 IN1 IN2 IN3 IN4 ENA ENB 轉(zhuǎn)速 1 0 1 0 1 1 正轉(zhuǎn) 0 1 0 1 1 1 反轉(zhuǎn) 1 1 1 1 1 1 停止 0 0 0 0 1 1 停止 X X X X 0 0 停止 超聲 波測(cè)距模塊 HCSR04 首先利用單片機(jī)輸出一個(gè) 40kHz的觸發(fā)信號(hào)，把觸發(fā)信號(hào)通過(guò) TRIG管腳輸入到超聲波測(cè)距模塊，再由超聲波測(cè)距模塊的發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)單片機(jī)通過(guò)軟件開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物返回，超聲波測(cè)距模塊的接收器收到反射波后通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)回應(yīng)信號(hào)并通過(guò) ECHO 腳反饋給單片機(jī)，此時(shí)單片機(jī)就立即停止計(jì)時(shí)。Keil 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境是一個(gè)基于 Windows 的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它支持多個(gè)公司生產(chǎn)的芯片，內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)工具，可以完成工程建立和管理、編譯、鏈接、目標(biāo)代碼的生成、軟件仿真和硬件仿真的開(kāi)發(fā)流程。 4 系統(tǒng)測(cè)試 調(diào)試的思路 本設(shè)計(jì)的智能避障小車(chē)，一共分為 三 大模塊。一切都正常的情況下，將 串口數(shù)據(jù)傳輸 測(cè)試程序燒到芯片中， 連接一個(gè)轉(zhuǎn)串口模塊 ,就可以把測(cè)得的數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳輸?shù)诫娔X ,開(kāi)啟串口 ,在開(kāi)發(fā)板上復(fù)位 ,觀察顯示是否正確，如圖 41所示 。 圖 42 經(jīng)過(guò)檢驗(yàn) ,超聲波能準(zhǔn)確地測(cè)出與障礙物的距離 .超聲比與障礙物的距離如下圖所示 圖 43 L298N 驅(qū)動(dòng)模塊 調(diào)試 L298N 的引腳較多，使用的鋰電池是 18650 三節(jié)， L298N的 12V 連到電源的正極， GND 連到電源負(fù)極 .PC1,2,3,4,5,6 分別連上 L298N 的 IN1,IN2,IN3,IN4 ENA ENB. 硬件調(diào)試 通過(guò)系統(tǒng)的調(diào)試，我們可以學(xué)到更多的知識(shí)，我們也可以發(fā)現(xiàn)仿真和實(shí)物調(diào)試不同的地方。整個(gè)調(diào)試過(guò)程需要硬件和軟件結(jié)合起來(lái)調(diào)試，要仔細(xì)檢查電路，認(rèn)真思考程序。通過(guò)課題要求、實(shí)現(xiàn)的精確度及成本等多方面的對(duì)比，初步?jīng)Q定主控部分用一片 STM32F103VE 作為主控制器，采 用 HCSR04超聲波模塊來(lái)測(cè)距 ，精確的控制汽車(chē)與物體的距離，保證程序的穩(wěn)定。汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)能夠正常工作，實(shí)現(xiàn)精確測(cè)距并報(bào)警，其 測(cè)量距離可精確到 100 米，適應(yīng)于各種場(chǎng)合下的測(cè)距需求，能精確 且 抗干擾能力強(qiáng)； 超聲波 可實(shí)現(xiàn)高速和惡劣天氣下的距離并能及時(shí)返回?cái)?shù)據(jù)，傳輸速度快，便于及時(shí) 處理 ,對(duì)交通安全有較高的實(shí)用價(jià)值。增加通信功能 ,與 GPS 定位系統(tǒng)相結(jié)合對(duì)小車(chē)進(jìn)行導(dǎo)航 ,使避障系統(tǒng)知道在哪兒、去哪兒、怎樣去 。 轉(zhuǎn)眼間大學(xué)四年的生活也將畫(huà)上一個(gè)圓滿(mǎn)的句號(hào)，我們也將離開(kāi)這個(gè)生活了四年的校園，對(duì)于即將進(jìn)入社會(huì)的我們，外面的一切都充滿(mǎn)的誘惑，回憶這四年的大學(xué)生活，自己也感觸頗多。 //開(kāi)啟 PORTA 端口時(shí)鐘 // RCCAPB2ENR |= 13。 //PA3 清除之前設(shè)置 // GPIOACRL |= 0X00003000。 //PA4 輸出 //GPIOBCRL amp。= 0XFFFFF0FF。 //PB3 清除之前設(shè)置 //GPIOBCRL |= 0X00003000。 //PB4 輸出 GPIOCCRL amp。= 0XFFFFF0FF。 //PC3 清除之前設(shè)置 GPIOCCRL |= 0X00003000。 //PC4 輸出 GPIOCCRL amp。= 0XF0FFFFFF。 //右邊電機(jī) MB 前進(jìn) } //左邊電機(jī)正轉(zhuǎn) ,前進(jìn) void Left_motor_go() { //delay_ms(20)。 } //右邊電機(jī)正轉(zhuǎn) ,前進(jìn) void Right_motor_go() { //delay_ms(20)。 } //設(shè)置小車(chē)停止 void stop() { Left_motor_stop()。 IN1 = 0 。 } //右邊電機(jī)停止 void Right_motor_stop() { //delay_ms(20)。 IN4 = 0。 //右邊電機(jī)停止 } 超聲波測(cè)距模塊 include include include include include /*$PAGE*/ /* ********************************************************************************************************* * CONSTANTS ********************************************************************************************************* */ /** 捕獲狀態(tài) ** [7]:0,沒(méi)有成功的捕獲 。 float high = 。 delay_us(10)。 } void Timer1_Init(u16 arr,u16 psc) { RCCAPB2ENR |= 1 11。 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楚天學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 TIM1DIER |= 1 6。 //TIM2 時(shí)鐘使能 RCCAPB2ENR |= 1 2。 GPIOAODR |= 0 1。 // TIM2CCMR1 |= 0 4。 // TIM2DIER |= 1 1。 TIM2CCER |= 0 5。 TIM2CR1 |= 0x01。 if((TIM2CH2_CAPTURE_STA amp。 0X3F) == 0X3F)//高電平太長(zhǎng) { TIM2CH2_CAPTURE_STA |= 0X80。 0X04) // 發(fā)生捕獲事件 { if(TIM2CH2_CAPTURE_STA amp。 0X3F。 printf(High:%lf cm\r\n,high)。 //CC2P=1 設(shè)置為下降沿捕獲 } else { TIM2CH2_CAPTURE_STA = 0。 // 計(jì)數(shù)器清空 TIM2CCER |= 1 5。 RCCAPB2ENR |= 1 2。 GPIOAODR |= 0 0。 /* config USART1 clock */ RCC_APB2PeriphClockCmd(RC