【正文】 1 1 2 雙 L298N驅(qū)動(dòng) 1 Vistaamp。 c）模塊程序允許設(shè)計(jì)者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計(jì)者提供方便。 c）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效 率較 高。進(jìn)入中斷后，首先關(guān)閉定時(shí)器，然后判斷是否超出測(cè)距的范圍：如超出，退出中斷；如在測(cè)距范圍內(nèi)，首先將計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)接收到超聲波回波后，程序進(jìn)入中斷。 5 超聲波避障系統(tǒng)調(diào)試 調(diào)試過程 a）連接，連接實(shí)物圖如連接圖 51，圖 所示。 原因：障礙物放得太近或小車與程序間的條件限制。 2%內(nèi) , 滿足我們的測(cè)量要求。 3）小車經(jīng)過測(cè)試，運(yùn)行結(jié)果良好。 也感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫助過我的所有同學(xué)和師兄師姐們，感謝你們對(duì)我的支持。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。如超聲波模塊受溫度的影響比較大，由于時(shí)間關(guān)系沒有添加溫度補(bǔ)償措施，所以在使用中需要注意環(huán)境影響。經(jīng)過擬合，我們得到下面的方程： y= ( 其中 : y 為實(shí)際值 , x 為測(cè)量值 )修正后本超聲波測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量值與實(shí)際值的 對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 所示。（如果在下載前就給單片機(jī)上電可能會(huì)出現(xiàn)下載不成功的現(xiàn)象） 圖 下載程序圖 c) 運(yùn)行，如圖 所示。 調(diào)試超聲波模塊：在調(diào)試超聲波的時(shí)候，主要思想是用定時(shí)器檢測(cè)超聲波會(huì)送信號(hào)維持高電平的時(shí)間，用串口示波器將測(cè)得的數(shù)據(jù)顯示在串口示波器上，根據(jù)返回的結(jié)果，確定達(dá)到轉(zhuǎn)彎距離以內(nèi)所需要的時(shí)間，然后利用時(shí)間控制電機(jī)。延時(shí)結(jié)束后，檢測(cè)下一路電路，并依次循環(huán)檢測(cè)多路。由于電流波形比 VM 系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。 模塊設(shè)計(jì)法的主要優(yōu)點(diǎn)是： a） 單個(gè)模塊比起一個(gè)完整的程序易編寫及調(diào)試。 圖 超聲波接收系統(tǒng)原理圖 相關(guān)軟件、電路模塊和器件清單?？梢钥吹?，集成芯片 CX20206 在接收部分電路中起了很大的作用。 超聲波發(fā)射系統(tǒng)電路 超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器 T1 能向外界發(fā)出 40 kHz 左右的方波脈沖信號(hào)。 方案三：選用 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示其電路容易理解且驅(qū)動(dòng)的程序簡(jiǎn)單，多片七段譯碼器驅(qū)動(dòng)顯示，這不僅增加了成本，還需要占用單片機(jī)多個(gè) I/O 口，也給電路的焊接帶來一定的困難，因此不選用這種方案作為顯示模塊。控制線的輸入是一個(gè)寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號(hào)，方波脈沖信號(hào)的周期為 20ms(即頻率為 50Hz)。電源線和地線用于提供舵機(jī)內(nèi)部的直流電機(jī)和控制線路所需的能源．電壓通常介于 4～ 6V，一般取 5V。 3) 邏輯部分工作電流 Iss：≤ 36mA。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，則效率非常高； H 橋電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高。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? XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電 路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 c) 控制引腳（ 4根）。 m)工作溫度范圍： 40～ +85℃（工業(yè)級(jí)） /0～ 75℃（商業(yè)級(jí)）。 f)通用 I/O 口 （ 32 個(gè)） 復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。原理圖如 所示。單片機(jī)通過 引腳經(jīng)反相器來控制超聲波的發(fā)送，然后單片機(jī)不停的檢測(cè) INT0 引腳，當(dāng) INT0 引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。由于晶粒排列不規(guī)則，聲波在斜傾的界面上發(fā)生反射、折射及波型轉(zhuǎn)換（統(tǒng)稱散射），導(dǎo)致聲波能量的損耗。 圖 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖 這種以單片機(jī)為核心的超聲波測(cè)距系統(tǒng)通過單片機(jī)記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。 其中 d 為被測(cè)物與測(cè)距器的距離， s 為聲波的來回的路程， c 為聲速， t 為聲波來回所用的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)證明：在頻率為 1MHz— 15MHz 范圍內(nèi) ,超聲波在人體軟組織中的 吸收系數(shù)與超聲頻率成正比 ,如血液的吸收系數(shù)隨著超聲頻率的增高而增大。距離信號(hào)的模糊語(yǔ)言集合如下： {近，中，遠(yuǎn) }設(shè)定其相應(yīng)的語(yǔ)言變量，并記作： ND(near distance)= 近 MD(middle distance)= 中 LD(long distance)= 遠(yuǎn) 超聲波的傳播特性 超聲波的傳播特性有以下幾點(diǎn)： a)超聲波的束射性：由于超聲波頻率很高，所以方向性就相對(duì)要強(qiáng)，方向性即柬射性。 超聲波避障技術(shù) 就是利用超聲波來檢測(cè)機(jī)器人的前方是否有障礙物，機(jī)器人的前方你要放一個(gè)超聲波發(fā)生器、一個(gè)超聲波接收器，當(dāng)超聲波發(fā)生器發(fā)出去的聲波 遇到障礙物時(shí)，這些聲波就會(huì)被反射回來，這時(shí)就利用超聲波接收器接受被反射回來的聲波，然后再在機(jī)器人身上面按裝一個(gè)聲波轉(zhuǎn)化器，就是把反射回來的聲波轉(zhuǎn)化成其他的信號(hào)。因此單從系統(tǒng)硬件層次上講，移動(dòng)機(jī)器人必須具有豐富的傳感器、功能強(qiáng)大的控 制計(jì)算機(jī)以及靈活和精確的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 60 年代以來，弧焊點(diǎn)焊 氣焊 、機(jī)械 設(shè)備 加工、噴涂 刻畫 、 設(shè)計(jì) 裝配、檢測(cè)等各種類型 ，各種用途 的機(jī)器人相繼出現(xiàn) ， 并迅速在工業(yè)生產(chǎn)中 實(shí)現(xiàn)流水線批量生產(chǎn) ，這大大提高了各種產(chǎn)品的 標(biāo)準(zhǔn)型 和質(zhì)量。我果科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是 ：“ 機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力、和 協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。單路測(cè)距系統(tǒng)的角度掃描范圍為 22。同時(shí)小車可以作為玩具的發(fā)展對(duì)象，為中國(guó)玩具市場(chǎng)技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一定的彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，形成商業(yè)價(jià)值。 本論文介紹的是具有自動(dòng)避障功能的智能小車的設(shè)計(jì)與制作（以下簡(jiǎn)稱智能小車），論文對(duì)智能小車的方案選擇，設(shè)計(jì)思路，以及軟硬件的功能和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析和論述。 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. Keywords: intelligent obstacle avoidance car design 目 次 1 引言 ................................................................ 1 研究背景與意義 .................................................... 5 2 超聲波的避障技術(shù) .................................................... 8 小車的避障技術(shù) .................................................... 8 超聲波的傳播特性 .................................................. 9 超聲波測(cè)距技術(shù) .................................................... 9 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng) ....................................... 10 超聲波的衰減 ..................................................... 10 3 超聲波避障系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ............................................. 11 方案概述 ......................................................... 12 方案設(shè)計(jì) ......................................................... 12 元器件介紹 ....................................................... 13 超聲波發(fā)射系統(tǒng)電路 ............................................... 20 超聲波接收系統(tǒng)電路 ............................................... 20 相關(guān)軟件、電路模塊和器件清單。 超聲波測(cè)距與避障系統(tǒng)包括硬件及軟件兩個(gè)部分。與普遍意義上的機(jī)器人相比，智能小車制作成本低廉，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，程序調(diào)試方便，具有很強(qiáng)的趣味性，為此其深受廣大機(jī)器人愛好者以及高校學(xué)生的喜愛。 智能移動(dòng)機(jī)器人具有高度的自規(guī)劃、自組織、自適應(yīng)能力，在無需人干預(yù)、無需對(duì)環(huán)境做任何規(guī)定和改變的條件下，能夠有目的地移動(dòng)和完成相應(yīng)任務(wù)。所謂的移動(dòng)機(jī)器人，就是一種具有 高度 自組織、自適應(yīng) 、 自規(guī)劃能力，適合于在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化 ，具有高精確度或繁重、危險(xiǎn)工作 環(huán)境中 作 業(yè) 的機(jī)器人。所以采用超聲波傳感器作為探測(cè)裝置，由于超聲波遇到障礙物時(shí)發(fā)生像光一樣的反射和散射，在經(jīng)過多次發(fā)射之后再回到超聲波檢測(cè)端口會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的路程差，從而影響對(duì)距離的 檢測(cè)進(jìn)而影響對(duì)障礙物的較準(zhǔn)確定位。根據(jù)一定控制策略，建立輸入輸出的模糊語(yǔ)言集合和模糊控制規(guī)則。由于頻率很高，所以具有很大的能量。相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限，聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響。 在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測(cè)量距離的傳播時(shí)間差值精度只要在達(dá)到微秒級(jí)，就能保證測(cè)距誤差小于 1mm的誤差。許多超聲波測(cè)距系統(tǒng)都采用這種設(shè)計(jì)方法。由介質(zhì)吸收引起的衰減叫做粘滯衰減。原理方框圖如圖 所示。 主要特性如下： a）增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任 意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。 i)具有看門狗功能。 空閑模式：典型功耗 2mA 典型功耗。 d)可