【正文】 編程輸入 /輸出引腳（ 32 根）。超聲波測距模塊原理圖如圖 所示。 L298N 有過電流保護(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；另有一個(gè)比較器，將外加信號與基準(zhǔn)信號進(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。 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 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、過程控制兩個(gè)基本類型。 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。 超聲波測距模塊軟件設(shè)計(jì) 此方案中超聲波測距的觸發(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)，并對信號進(jìn)行軟件濾波，如信號為噪聲信號，則直接退出，如信號為有效信號，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)安裝完成后將小車與電腦通過 USB 下載線進(jìn)行連接，然后打開我的電腦中的設(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為 COM4。 解決方法：把障礙物的距離調(diào)大點(diǎn)或?qū)π≤嚰俺绦蜻M(jìn)行改進(jìn)。 結(jié) 論 本智能小車電路在硬件上采用了超聲波來測量小車距前方障礙物的距離，顯示結(jié)果快速，準(zhǔn)確。硬件上沒有錯(cuò)誤，主要瓶頸在于探測模塊的靈敏度，因?yàn)檐浖?完全靠探測模塊返回的信號作為依據(jù)進(jìn)行下一步控制的操作，無法確認(rèn)該信號是否準(zhǔn)確，使小車轉(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，敬請各位老師批評指正。雖然在這次設(shè)計(jì)中對于知識(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。為了減小測量值與實(shí)際值的偏差，我們采用最小二乘法對表 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) /*無限循環(huán) */ { if(timer=1000) //100MS 檢測啟動(dòng)檢測一次 { timer=0； StartModule()； //啟動(dòng)檢測 Conut()； //計(jì)算距離 if(S30) //距離小于 30CM { stoprun()； //小車停止 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，超聲波測距分開調(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，一塊給小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)供電，一塊給小車的芯片供電，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脈寬的變化速度。 舵機(jī) 一般來講，舵機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成，舵盤、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，利用外中斷 0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號，顯示電路采用簡單的 4位共陽 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)超聲傳感器測得的距離信號，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覺上限而得名。機(jī)器人通過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型不同分為：基于超聲波的障礙物檢測系統(tǒng)、基于紅外線的障礙物檢測系統(tǒng)、基于激光的障礙物檢測系統(tǒng)及基于多傳感器融合技術(shù)的障礙物檢測系統(tǒng)等 。歐美國家認(rèn)為，機(jī)器人應(yīng)該是 “由計(jì)算機(jī)控制的通過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)器人就是任何髙級的自動(dòng)機(jī)械 ”。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的測距范圍為 40cm500cm，測距精度可實(shí)現(xiàn)測距范圍的 2％以內(nèi)。 本設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)多功能小車的智能避障模式，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，智能小車深受廣大機(jī)器人愛好者以及高校學(xué)生的喜愛。 ................................... 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)試過程 ......................................................... 27 問題分析 ......................................................... 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)用來越廣泛。硬件 開發(fā)基 STC89S52 微控制器，集成了傳感器電路、信號處理電路、微控制器外圍電路及電源電路等；軟件設(shè)計(jì)主要包括測距算法設(shè)計(jì)和避障算法設(shè)計(jì)。全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽每年都設(shè)有智能小車類的題目，由此可見國家對高校機(jī)器人研究工作的重視程度。 障礙物檢測是智能 移動(dòng) 機(jī)器人 、智能 汽車 對周邊環(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)是在沒有人的 參與控制 且無需對環(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)到對障礙物的較準(zhǔn)確定位。 輸入輸出的模糊語言 ：模糊控制器的輸入?yún)?shù)是機(jī)器人六個(gè)超聲傳感器檢測到的距離信號。 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，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測物體后反射回來，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 本小車使用 STC89C52 單片機(jī) 作為主控芯片，它通過超聲波測距來獲取小車距與障礙物的距離小于 30cm 時(shí)，小車轉(zhuǎn)彎以避開障礙物，并且此時(shí)蜂鳴器報(bào)警在避開障礙物后，小車會(huì)沿直線前進(jìn)。 圖 超聲波測距器系統(tǒng)框圖 單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器(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。