【正文】 編程輸入 /輸出引腳（ 32 根）。超聲波測(cè)距模塊原理圖如圖 所示。 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。 6) 控制信號(hào)輸入電平：高電平： ≤ Vin≤ Vss，低電平： ≤ Vin≤ 。舵機(jī)有一個(gè)內(nèi)置的基準(zhǔn)電路，其不斷產(chǎn)生周期的 20ms，寬度 的基準(zhǔn)信號(hào)；另有一個(gè)比較器，將外加信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，判斷出轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)角度大小，進(jìn)而產(chǎn)生電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。 顯示模塊 顯示模塊的方案有很多，列舉以下四個(gè)： 方案一：選用 LCD1602 顯示屏 LCD1602 液晶顯示 ,由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)顯示內(nèi)容不太多，可以排除。發(fā)射部分的電路，如圖 所示。 CX20206內(nèi)部由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構(gòu)成。Win7 1 ZK4WD小車(chē) 4 超聲波避障系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制兩個(gè)基本類(lèi)型。 本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑定時(shí)子程序、避障子程序﹑中斷子程序顯示子程序﹑調(diào)速子程序﹑算法子程序構(gòu)成。 超聲波測(cè)距模塊軟件設(shè)計(jì) 此方案中超聲波測(cè)距的觸發(fā)方式為電平觸發(fā)方式，其中舵機(jī)與單片機(jī)的接口為，超聲波測(cè)距模塊與單片機(jī)的接口為 和 。進(jìn)入中斷后，首先將計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)存入緩存區(qū)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行軟件濾波，如信號(hào)為噪聲信號(hào)，則直接退出，如信號(hào)為有效信號(hào)，計(jì)算障礙物的距離。 圖 實(shí)物連接 1 圖 實(shí)物連接 2 b） 程序下載 在程序下載時(shí)要安裝 USB 串口驅(qū)動(dòng)（ Win7 的或 XP的）串口驅(qū)動(dòng)安裝完成后將小車(chē)與電腦通過(guò) USB 下載線進(jìn)行連接，然后打開(kāi)我的電腦中的設(shè)備管理器查看端口是否連接成功如圖 所示則為成功且串口號(hào)為 COM4。 解決方法：把障礙物的距離調(diào)大點(diǎn)或?qū)π≤?chē)及程序進(jìn)行改進(jìn)。 結(jié) 論 本智能小車(chē)電路在硬件上采用了超聲波來(lái)測(cè)量小車(chē)距前方障礙物的距離，顯示結(jié)果快速，準(zhǔn)確。硬件上沒(méi)有錯(cuò)誤，主要瓶頸在于探測(cè)模塊的靈敏度，因?yàn)檐浖?完全靠探測(cè)模塊返回的信號(hào)作為依據(jù)進(jìn)行下一步控制的操作，無(wú)法確認(rèn)該信號(hào)是否準(zhǔn)確，使小車(chē)轉(zhuǎn)彎欠準(zhǔn)確與智能。 由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中難免存在很多不足之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。 2）在設(shè)計(jì)當(dāng)中也存在著一些不足。為了減小測(cè)量值與實(shí)際值的偏差，我們采用最小二乘法對(duì)表 1 的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。 圖 軟件下載圖 3)下載程序 在下載程序時(shí)要等到下載軟件的提示欄中出現(xiàn)給 MCU上電時(shí)再給單片機(jī)按上電源上電，如果下載成功則如圖 所示。 圖 避障程序流程圖 程序設(shè)計(jì)如下： while(1) /*無(wú)限循環(huán) */ { if(timer=1000) //100MS 檢測(cè)啟動(dòng)檢測(cè)一次 { timer=0； StartModule()； //啟動(dòng)檢測(cè) Conut()； //計(jì)算距離 if(S30) //距離小于 30CM { stoprun()； //小車(chē)停止 COMM()； //方向函數(shù) } else if(S40) //距離大于， 40CM 往前走 run()； } } } 軟件與硬件的整合軟件與硬件的整合 在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到各個(gè)模塊之間的控制復(fù)雜 性，我們將電機(jī)控制，超聲波測(cè)距分開(kāi)調(diào)試，當(dāng)兩個(gè)模塊都可以正常工作之后，再將它們結(jié)合起來(lái)調(diào)試，采取了“分而治之”的思想。初始化結(jié)束后，保持 口為高電平，將 ，再延時(shí)，程序等待回波信號(hào)觸發(fā)中斷。與 VM系統(tǒng)相比， PWM 調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)： a)由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá) 1：10000 左右。所謂“模塊”實(shí)質(zhì)上就是 所完成一定功能，相對(duì)獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計(jì)方法叫模塊程序設(shè)計(jì)法。如圖 所示。接收部分的電路，如圖 所示。 綜合電源模塊的缺優(yōu)點(diǎn)，和電路的實(shí)際需求，我們采用了兩塊獨(dú)立穩(wěn)壓電源，一塊給小車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)供電，一塊給小車(chē)的芯片供電，這樣彌補(bǔ)了單個(gè)獨(dú)立電源供電出現(xiàn)電力不足的情況。所以排除此方案。舵機(jī)的速度決定于其接受道德信號(hào)脈寬的變化速度。 舵機(jī) 一般來(lái)講，舵機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成，舵盤(pán)、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)5k、直流電機(jī)、控制電路板等。 2) 驅(qū)動(dòng)部分輸入電壓 Vs： ～ 46V。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速 。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，可認(rèn)為聲速是基本不變的。 VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V 電源 GND(Pin20)：接地線 b) 外接晶振引腳（ 2根）。 l)通用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART。 e)片上集成 512 字節(jié) RAM。因此，單片機(jī)只需要與適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用 STC89C52 單片機(jī)，晶振：12MHZ，單片機(jī)用 口輸出超聲波換能器所需的 40K 方波信號(hào)，利用外中斷 0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)，顯示電路采用簡(jiǎn)單的 4位共陽(yáng) LED 數(shù)碼管，斷碼用 74LS244，位碼 用 8550 驅(qū)動(dòng)。 散射主要在粗大晶粒（與波長(zhǎng)相比）的界面上產(chǎn)生。其系統(tǒng)框圖如圖 所示。 t/2。超聲波在人體組織中幾乎有 80%被膠原蛋白所吸收。同樣，每次讀入右組三個(gè)超聲傳感器測(cè)得的距離信號(hào)，選取其中最小的一個(gè)數(shù)值作為右邊的輸入，右邊的數(shù)值用 Right 表示。超 聲波 因其 頻率 下限大約等于人的聽(tīng)覺(jué)上限而得名。機(jī)器人通過(guò)裝配的信息獲取手段，獲得外部環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)自我定位，判定自身狀態(tài)，規(guī)劃并執(zhí)行下一步的動(dòng)作。本文按使用傳感器的類(lèi)型不同分為：基于超聲波的障礙物檢測(cè)系統(tǒng)、基于紅外線的障礙物檢測(cè)系統(tǒng)、基于激光的障礙物檢測(cè)系統(tǒng)及基于多傳感器融合技術(shù)的障礙物檢測(cè)系統(tǒng)等 。歐美國(guó)家認(rèn)為，機(jī)器人應(yīng)該是 “由計(jì)算機(jī)控制的通過(guò)編程具有可以變更的多功能的自動(dòng)機(jī)械 ”； 日本學(xué)者認(rèn)為 “機(jī)器人就是任何髙級(jí)的自動(dòng)機(jī)械 ”。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的測(cè)距范圍為 40cm500cm，測(cè)距精度可實(shí)現(xiàn)測(cè)距范圍的 2％以?xún)?nèi)。 本設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)多功能小車(chē)的智能避障模式，設(shè)計(jì)中的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為自動(dòng)運(yùn) 輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動(dòng)清潔機(jī)器人等自動(dòng)半自動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與普及有一定的參考意義。由于具有很強(qiáng)的趣味性，智能小車(chē)深受廣大機(jī)器人愛(ài)好者以及高校學(xué)生的喜愛(ài)。 ................................... 21 4 超聲波避障系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ........................................... 22 直流電機(jī)控制軟件設(shè)計(jì) ............................................. 23 超聲波測(cè)距模塊軟件設(shè)計(jì) ........................................... 23 超聲波避障技術(shù)軟件設(shè)計(jì) ........................................... 24 軟件與硬件的整合軟件與硬件的整合 ................................. 26 5 超聲波避障系統(tǒng)調(diào)試 ................................................. 26 調(diào)試過(guò)程 ......................................................... 27 問(wèn)題分析 ......................................................... 30 誤差分析 ......................................................... 30 致 謝 ................................................................ 33 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................... 34 1 引言 研究背景與意義 隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展 ,自主移動(dòng)機(jī)器人以其活 性和智能性等特點(diǎn) ,在人們的生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用來(lái)越廣泛。硬件 開(kāi)發(fā)基 STC89S52 微控制器，集成了傳感器電路、信號(hào)處理電路、微控制器外圍電路及電源電路等；軟件設(shè)計(jì)主要包括測(cè)距算法設(shè)計(jì)和避障算法設(shè)計(jì)。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽每年都設(shè)有智能小車(chē)類(lèi)的題目，由此可見(jiàn)國(guó)家對(duì)高校機(jī)器人研究工作的重視程度。 障礙物檢測(cè)是智能 移動(dòng) 機(jī)器人 、智能 汽車(chē) 對(duì)周邊環(huán)境感知技術(shù)研究領(lǐng)域中的重要方面 。自主式移動(dòng)機(jī)器人的 設(shè)計(jì) 目標(biāo)是在沒(méi)有人的 參與控制 且無(wú)需對(duì)環(huán)境作任何規(guī)定和改變的條件下，有目的的移動(dòng) 并 完成相應(yīng) 設(shè)定 任務(wù)。通過(guò)軟件內(nèi)部校準(zhǔn)優(yōu)化消除外部物理?xiàng)l件造成的誤差從而達(dá)到對(duì)障礙物的較準(zhǔn)確定位。 輸入輸出的模糊語(yǔ)言 ：模糊控制器的輸入?yún)?shù)是機(jī)器人六個(gè)超聲傳感器檢測(cè)到的距離信號(hào)。 c）透射、反射和折射：在兩種不同媒質(zhì)的分界面上，會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似于光線一樣的透射、反射和折射現(xiàn)象，普通聲波也有此性質(zhì)。本論文硬件設(shè)計(jì)采用超聲波往返時(shí)間檢測(cè)法，其原理為：超聲波發(fā)生器 T1 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器 T2所接收到。使用的 12MHz 晶體作時(shí)鐘基準(zhǔn)的 89C52單片機(jī) 定時(shí)器 能方便的計(jì)數(shù)到 1μ s 的精度，因此系統(tǒng)采用 89C52 定時(shí)器能保證時(shí)間誤差在 1mm 的測(cè)量范圍內(nèi)。 超聲波的衰減 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著距離的增加，能量逐漸減小的現(xiàn)象叫做超聲波的衰減。 3 超聲波避障系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 方案概述 本小車(chē)使用 STC89C52 單片機(jī) 作為主控芯片，它通過(guò)超聲波測(cè)距來(lái)獲取小車(chē)距與障礙物的距離小于 30cm 時(shí)，小車(chē)轉(zhuǎn)彎以避開(kāi)障礙物，并且此時(shí)蜂鳴器報(bào)警在避開(kāi)障礙物后，小車(chē)會(huì)沿直線前進(jìn)。 圖 超聲波測(cè)距器系統(tǒng)框圖 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱(chēng)為微控制器(Microcontroller)。 b)工作電壓： ～ （ 5V 單片機(jī)） /～ （ 3V 單片機(jī)）。 j)共 3個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 正常工作模式：典型功耗 4Ma～ 7mA 典型功耗。 STC89C52 單片機(jī)有 4組 8位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個(gè)口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。