利用超聲波實(shí)現(xiàn)躲避障礙物小車_電子設(shè)計(jì)大賽技術(shù)報(bào)告-全文預(yù)覽
【正文】 程序 定時(shí)器發(fā)射超聲波 回波？ 外部中斷 外部中斷子程序 N 從機(jī)流程圖 N Y Y Y Y Y 直流電機(jī)控制 兩塊超聲波模塊的發(fā)生、接收和計(jì)算的設(shè)計(jì) AT89S52 單片機(jī)的 I/0 口都可以用來做超聲波的發(fā)生，只要給一個(gè)高低電平就能產(chǎn)生脈沖方波。從機(jī)控制一塊超聲波模塊并與主機(jī)進(jìn)行串口通信，發(fā)送數(shù)據(jù)。我們開始的設(shè)想是用單片機(jī)的多通道串口來控制三個(gè)超聲波檢測(cè)模塊的，因?yàn)閱纹瑱C(jī)多通道這方面比較少人用。 CX20206A 芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而且靈敏度也比較高，所以，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 同樣，對(duì)于超聲波接收電路， 由于超聲波在空氣中的傳播過程中是有衰減的，如果距離較遠(yuǎn)，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號(hào)就會(huì)比較微弱，因此需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。這樣，定時(shí)器就能夠準(zhǔn)確的記錄下了超聲波發(fā)射點(diǎn)至障礙物之 間往返傳播所用的時(shí)間 t（ s）。由于超聲波的以上幾個(gè)特點(diǎn)，所以超聲波被廣泛地應(yīng)用于物體距離的測(cè)量、厚度等方面。所以另外用 LM15965 開關(guān)型穩(wěn)壓芯片來給其他模塊提供電源，如超聲波模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。 P6 接入邏輯電源， P5 接入動(dòng)力電源， P2 與 P3 分別為單片機(jī)控制兩個(gè)電機(jī)的輸入端， P1 與 P4 分別與兩個(gè)電極的正負(fù)極相連。而我們的躲避障礙物小車用的的是 L298 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。我們所使用的電機(jī)一般為直流電機(jī)，主要用到永磁直流電機(jī)、伺服電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)三種。 根據(jù)小車的設(shè)計(jì)要求，做的電路圖和其封裝圖如下： 做成的實(shí)物圖如下： 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 一個(gè)電動(dòng)小車整體的運(yùn)行性能，首先取決于它的電源模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。空閑方式： CPU停止工作，而讓 RAM、定時(shí)／計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。設(shè)計(jì)圖如下： 預(yù)期的 機(jī)械設(shè)計(jì)還會(huì)存在不足的地方，最后還需要結(jié)合后面的 發(fā)射 接 收 調(diào)試階段進(jìn)行改進(jìn)?；谝陨蠗l件，我們就在商店里購(gòu)買了一輛車模，實(shí)物圖如下： 在機(jī)械設(shè)計(jì)方面上，遇到最大問題是，一個(gè)小小的超聲波模塊，它所能檢測(cè)的范圍是有限的。 方案 2：用超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，自己制作超聲波測(cè)距模塊。 另外，選用 伏可充放電的鎳氫電池作為電源供電。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。 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。 (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。 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。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。而控制系統(tǒng)核心部分就是超聲波測(cè)距的研制。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)。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 。因此，這是一個(gè)值得開發(fā)而又有無(wú)限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。 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。 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。 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。 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。 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。然而，這種小車，轉(zhuǎn)彎扭力較小，且速度較快，不容易控制 。 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。 所以就利用 7805 和LM25965 對(duì)控制系統(tǒng)和執(zhí)行部分開供電，可以有效地防止各器件之間發(fā)生干擾，以及電流不足的問題，使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地工作。 但是工作不夠穩(wěn)定，容易受外界光線的影響，并且能檢測(cè)的距離也有限，達(dá)不到小車避障所需要的效果，因此我們放棄了這個(gè)方案。 第三 章 躲避障礙物小車 機(jī)械設(shè)計(jì) 根據(jù)一開始的設(shè)想，小車驅(qū)動(dòng)用的是直流電機(jī)跑動(dòng)，通過對(duì)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制，再加上一個(gè)萬(wàn)向輪，就可以控制小車的直走和轉(zhuǎn)向。設(shè)計(jì)圖如下： 后來，經(jīng)過三個(gè)人的努力，把小車設(shè)計(jì)成用三塊超聲波模塊和兩塊單片機(jī)來控制。該系列單片機(jī)引腳與封裝如 圖 5l系列單片機(jī)提供以下功能： 4 kB存儲(chǔ)器； 256 BRAM； 32條工／O線； 2個(gè) 16b定時(shí)／計(jì)數(shù)
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