【正文】 這三 個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過(guò)去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過(guò)程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。另外小車避障方式單一，若將超聲波模塊安裝在舵機(jī)上使其可以左右上下 180 度轉(zhuǎn)動(dòng)，那么便可以通過(guò)比較小車兩側(cè)空間的大小來(lái)自由選擇避障方向，從而實(shí)現(xiàn)更加智能化的避障方式。 表 修正后聲測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量值與實(shí)際值 （單位： cm） 障礙物實(shí)際距離（ cm） 測(cè)量距離（ cm） 45 60 75 100 125 150 175 200 從修正后的數(shù)據(jù)我們可以看出 ,系統(tǒng)的測(cè)量誤差在177。 圖 程序運(yùn)行圖 問(wèn)題分析 問(wèn)題：小車運(yùn)行時(shí)如果如果障礙物的距離比較近小車后退后 會(huì)撞到或卡住。 電機(jī)調(diào)試：在點(diǎn)擊調(diào)試的過(guò)程中，我們首先將 PWM輸出在示波器上反映出來(lái)，確保 PWM波的輸出正常，并且能夠根據(jù)用戶設(shè)定的比較值產(chǎn)生不同形式的輸出，在比較匹配發(fā)生之后，調(diào)節(jié)其占空比，實(shí)現(xiàn)電機(jī) 的速度控制，在控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，采用直接控制 L298N芯片的方式，實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，后退等功能。 接收 到超聲波回波后，程序進(jìn)入中斷。 b）同樣由于開(kāi)關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配 合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。 b） 模塊可以共存，一個(gè)模塊可以被多個(gè)任務(wù)在不同條件下調(diào)用。 相關(guān)軟件、電路模塊和器件清單，見(jiàn)表 所示。 CX20206 是一款應(yīng)用廣泛的紅外線檢波接收的專用芯片，其具有功能強(qiáng)、性能優(yōu)越、外圍接口簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，由于紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz 與測(cè)距的超聲波頻率 40 kHz比較接近，而且 CX20206 內(nèi)部設(shè)置的濾波器中心頻率 f0 可由其 5 腳外接電阻調(diào)節(jié)，阻值越大中心頻率越低，范圍為 30～ 60 kHz。 40kHz 左右的方波脈沖信號(hào)的產(chǎn)生通常有兩種方法 :采用硬件如由 555振蕩產(chǎn)生或軟件如單片機(jī)軟件編程輸出，本系統(tǒng)采用后者。 方案四：采用 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示價(jià)格低廉，不僅減少了對(duì) I/O 口的浪費(fèi)，而且能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)數(shù)碼管。當(dāng)方波的脈沖寬度改變時(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的角度發(fā)生變化，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。 舵機(jī)的控制信號(hào)是周期為 20ms 的脈寬調(diào)制（ PWM）信號(hào)，其脈沖的寬度從，相對(duì)對(duì)應(yīng)舵盤(pán)的位置是 0－ 180度，呈連續(xù)線性變化。 4) 驅(qū)動(dòng)部分工作電流 Io：≤ 2A。而且它有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。 RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 n)PDIP 封裝。 g)ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程無(wú)需專用編程器），無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完 成一片。 圖 原理圖 元器件介紹 STC89C52 主控芯片 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROMFlash Programable Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機(jī)。計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，通過(guò)換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。 c)粘滯衰減：聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的粘滯性而造成質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)壁摩擦，從而使一部分聲能變?yōu)闊崮?。?dāng)收到超聲波的反射波時(shí)，在接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在單片機(jī)的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離，結(jié)果輸出給 LCD 顯示。 超聲波測(cè)距誤差分析 根據(jù)超聲波測(cè)距公式 L=C T，可知測(cè)距的誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測(cè)量距離傳播的時(shí)間誤差引起的時(shí)間誤差： 當(dāng)要求測(cè)距誤差小于 1mm 時(shí)，假設(shè)已知超聲波速度 C=344m/s (20℃室溫 )，忽略聲速的傳播誤差。骨質(zhì)的吸收因數(shù)最大 ,衰減也最大 ,超聲很難通過(guò)骨骼進(jìn)行傳播。當(dāng)超聲波發(fā)生體壓電晶體的直徑尺寸遠(yuǎn)大于超聲波波長(zhǎng)時(shí)，則晶體所產(chǎn)生的超聲波就類似于光的特性，也就是方向性好。 模糊避障算法設(shè)計(jì) 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的環(huán)境非常復(fù)雜，而且一般情況下是未知的，因此很難建立精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)障礙物的位置。 本課題研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)題目為智能避障小車設(shè)計(jì)，主要研究小車的避障功能，小車遇到障礙物時(shí)，當(dāng)距離障礙物大于 40cm， PWM 信號(hào)自增，驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速，小車加速前進(jìn)，當(dāng)小于30cm時(shí)， PWM 信號(hào)自減，驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速，小車減速前進(jìn)，并且小車采取相應(yīng)的避障措施。然而，隨著機(jī)器人的不斷 完善 發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，這些同定于某一 崗位工作 的機(jī)器人并不能完全滿足各方面的需要 ，不能處理復(fù)雜的應(yīng)激變化。 ” 目前國(guó)際上對(duì)機(jī)器人的概念已經(jīng)漸趨一致，聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)于 1979 年給機(jī)器人下的定義；“ 一種可編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門(mén)系統(tǒng)?？梢酝瓿烧５臏y(cè)距功能；障礙物材質(zhì)及表面形狀試驗(yàn)的結(jié)論，可為其他 超聲波障礙物檢測(cè)和移動(dòng)車輛安全避障策略設(shè)計(jì)提供參考；自主研發(fā)的超聲波測(cè)距與避障系統(tǒng)，通過(guò)進(jìn)一步的產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究，可應(yīng)用于農(nóng)用車輛安全避障系統(tǒng)中。 智能小車系統(tǒng)最誘人的前景就是可用于未來(lái)的智能汽車上了，當(dāng)駕駛員因疏忽或打瞌睡時(shí)這樣的智能汽車的設(shè)計(jì)就能體現(xiàn)出它的作用。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)收測(cè)試，該智能小車的電路結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，系統(tǒng)反映快速、靈活，設(shè)計(jì)方案正確、可行，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定、可靠。 關(guān)鍵字： 智能小車 避障 設(shè)計(jì)方案 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要 Title Ultrasonic car obstacle avoidance technology design 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 students39。如果汽車偏離車道或距障礙物小于安全距離時(shí)，汽車就會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒駕駛員注意，如果駕駛員沒(méi)有及時(shí)作出反應(yīng)，汽車就會(huì)自動(dòng)減速或?？坑诼愤?。 智能小車可以理解為機(jī)器人的一種特例，它是一種能夠通過(guò)編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人。 ” 概括說(shuō)來(lái)，機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。 因此， 20 世紀(jì) 80 年代后期，許多國(guó)家有 組織有 計(jì)劃的開(kāi)展了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的硏究。這里探測(cè)裝置必不可少，因?yàn)槌暡ㄔ诰嚯x檢測(cè)方面的較準(zhǔn)確定位。采用模糊控制算法非常適合移動(dòng)機(jī)器人的避障，模糊控制器的輸入是超聲傳感器的距離信號(hào)，輸出是機(jī)器人的動(dòng)作，規(guī)定機(jī)器人只能有前進(jìn)或旋轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動(dòng)方式。 b）能量大：聲強(qiáng)與振幅，質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)頻率的關(guān)系 I=1/2ρ CA^2ω ^2，相同振幅條件下，能量與頻率的平方正比。 超聲波測(cè)距技術(shù) 超聲波測(cè)距的方法有多種，如相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和往返時(shí)間檢測(cè)法。測(cè)距誤差 s△ t() ≈ 即 s。 利用單片機(jī)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，測(cè) 距精度高，而且單片機(jī)控制方便，計(jì)算簡(jiǎn)單。同時(shí)，由于介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，介質(zhì)的疏、密部分之間進(jìn)行的熱交換，也導(dǎo)致聲能的損耗，這就是介質(zhì)的吸收現(xiàn)象。本設(shè)計(jì)包括超聲波接收電路、超聲波發(fā)送電路、距離顯示電路組成。該器件采用 ATMEL 密度非易失存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 h)具有 EEPROM 功能。 STC89C52RC 單片機(jī) 的工作模式 掉電模式：典型功耗 A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原 程序。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào) PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令， 如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。這就是超聲波測(cè)距儀的機(jī)理。 L298N 有過(guò)電流保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)卡死時(shí)，可以保護(hù)電路和電機(jī)等。 5) 最大耗散功率： 25W（ T=75℃） 。也就是說(shuō)，給它提供一特定寬度的脈沖信號(hào)，它的輸出軸就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)到一個(gè)與之相 對(duì)應(yīng)的角度上，無(wú)論外界轉(zhuǎn)矩怎樣改變，直到給它提供一個(gè)另外寬度的脈沖信號(hào)，它才會(huì)將輸出角度轉(zhuǎn)動(dòng)到新的對(duì)應(yīng)的位置上。占空比：就是輸出的 PWM中，高電平保持的時(shí)間與該 PWM 的時(shí)鐘周期的時(shí)間之比如，一個(gè) PWM 的頻率是 1000Hz，那么它的時(shí)鐘周期就是 1ms，就是 1000us，如果高電平出現(xiàn)的時(shí)間是 200us，那么低電平的時(shí)間肯定是 800us，那么占空比就是 200： 1000，也就是說(shuō) PWM 的占空比就是 1：5。其驅(qū)動(dòng)程序容易編寫(xiě)和理解。編程由單片機(jī) 端口輸出40kHz 左右的方波脈沖信號(hào)，由于單片機(jī)端口輸出功率不夠， 40kHz 方波脈沖信號(hào)分成兩路，送給一個(gè)由 74HC04 組成的推挽式電路進(jìn)行功率放大以便使發(fā)射距離足夠遠(yuǎn)，滿足測(cè)量距離要求，最后送給超聲波發(fā)射換能器 T以聲波形式發(fā)射到空氣中。故本次設(shè)計(jì)用它來(lái)做接收電路。 表 相關(guān)軟件、電路模塊和器件清單 序號(hào) 名稱 數(shù)量 備注 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PC機(jī) 單片機(jī)控制模塊 超聲波測(cè)距模塊 電源 下載軟件（ STC_ISP_V483） 下載線（ USB轉(zhuǎn)串口） 舵機(jī) 驅(qū)動(dòng)模塊 USB轉(zhuǎn) 串口驅(qū)動(dòng) 小車 1 1 STC89C52RC 1 1套 5V/ 1 1