【正文】 國內外發(fā)展情況 ..................................................... 1 國外發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................. 1 國內發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................. 2 畢業(yè)設計目標與內容 ................................................. 3 論文結構安排 ....................................................... 3 第二章 器材介紹 ............................................ 4 寶貝車底盤 ......................................................... 4 亞克支架底盤配件清單 ......................................... 4 TT 變速電機 ................................................... 4 小車車輪 2 個 ................................................. 5 萬向輪 1 個 ................................................... 5 ULN20xx ............................................................ 6 MSP430F149 單片機 .................................................. 8 繼電器 ............................................................ 14 超聲波測距儀器 US100 模塊簡介 .................................... 16 第三章 程序編寫 ........................................... 20 US100 超聲波測距模塊程序 .......................................... 20 超聲波測距模塊觸發(fā)方式 ...................................... 20 單片機串口配置 .............................................. 21 電機驅動方式 ...................................................... 25 第四章 硬件平臺的搭建 ..................................... 27 模塊接線 .......................................................... 27 US100 超聲波測距儀器 ........................................ 28 繼電器 ...................................................... 28 電機 ........................................................ 29 小車運行實際效果 .................................................. 30 第五章 結論 ............................................... 34 參考文獻 .................................................. 35 致 謝 .................................................. 35 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計說明書 1 第一章 緒論 項目研究背景及意義 世界終將是嵌入式的天下。基于單片機的智能小車制作成本較為低廉，操作起來比較方便，電路簡單，程序方便易調試，且其比較考驗制作者的細膩及用心程度，趣味性比較強，所以在本設計中的核心就是用單片機控制智能小車并使其搭載超聲波測距儀，通過程序的編寫以及對硬件各部分的調試，使其最終達到在障礙物小于編程中設定的距離的情況下能夠進行自動 避障。 在本設計中綜合運用了在大學四年間學到的單片機程序編寫的知識、電路連接、硬件焊接以及電子設計等多種真正在學校學習到的本領。時代在變，時代的主流在變，人們心中的定義的流行更新替換的也是越來越快。但是在汽車制造業(yè)，我國跟世界上的頂尖制造國還是有一定的差距。 國內發(fā)展現(xiàn) 狀 自人類進入科技世紀后，隨著各領域的科技技術的迅猛發(fā)展，人們對生活、生產(chǎn)、工具使用安全性的要求也越來越高，相比于古代的人力，人們現(xiàn)在更愿意讓機器去代替人力來完成一些工作，因此，科學技術的發(fā)展必然會改變這一現(xiàn)狀，各類高科技產(chǎn)品交替衍生，小則人們的衣食住行，行車安全，智能交通，兒童玩具等，大則到國家的國防安全，航天航空領域，外太空探索等，這些都已成為人們生活必不可少的一部分。 智能小車就是在這樣的前提下演變而成的，智能小車其實就是一種簡易的智能機器人，它具有很強的自我組織能力和自我適應能力，可以在沒有人操作的情況下完成很多提前規(guī)劃好的任務。 畢業(yè)設計目標與內容 研究 US100 超聲波模塊的測距工作原理，學習本模塊的使用方法；研究車輪電機的驅動方法，并了解電機的負載及其驅動電壓，設計合理的電機驅動電路；用 CCS 編寫程序，實現(xiàn)智能避障小車的控制算法，利用 US100 超聲波測距模塊，測量障礙物和小車之間的距離，通過單片機程序的編寫驅動超聲波模塊反饋的距離，與在設計中的設定值進行比較，當距離小于設定值時，小車能夠自動避開障礙物并繼續(xù)前進。本設計中對速度無要求，要穩(wěn)定巡線，調速運行，用 1： 120 的電機， 6V 電壓，速度約 90 轉 /分鐘，可以載重 1 公斤左右。 ULN20xx 是大電流驅動陣列 ,多用于單片機、智能儀表、 PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中。單片機的實物圖如下圖 所示： 表 MSP430F140 單片機的片內部構成 MSP430F140 MCU internal structure 片內構成 數(shù)量 /片 16 位定時器 2 個 比較器 1 個 看門狗 1 個 P 口 6 路 DCO 內部晶體振蕩器 1 個 異步通信端口 2 路 外部時鐘 2 個 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計說明書 9 圖 MSP430 單片機實物圖 MSP430 MCU Physical Map MSP430F149 單片機的規(guī)格如下表 所示 ，功能框及模塊復位電路如下如 和 所示： 表 MSP430 單片機規(guī)格 MSP430 microcontroller specifications 程序存儲器類型 Flash 工作電源電壓 V to V 程序存儲器大小 60 KB 最大工作溫度 + 85 C 數(shù)據(jù) RAM 大小 2 KB 封裝 / 箱體 LQFP 接口類型 SPI or UART or USART 封裝 Tube 最大時鐘頻率 8 MHz 最小工作溫度 40 C 可編程輸入 /輸出端數(shù)量 48 片上 ADC 8chx12bit 定時器數(shù)量 2 圖 MSP430F149 功能框圖 MSP430F149 functional block diagram 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計說明書 10 圖 單片機復位模塊電路 MCU reset circuit module MSP430 系列單片機具有一種活動模式和五種軟件可選的低功耗運行模式。各種讀，寫和擦除操作都必須在正確的下載環(huán)境中完成。段 A 和 B可以分別擦除，或與段 0 到 n 作為一組擦除。端口 P1 和 P2 用個控制寄存器，端口 P3， P4，P5， P6 僅使用 4 個寄存器，為應用提供數(shù)字輸入 /輸出的最大靈活性：所有單 I/O 口可獨立編程。 ③ 16 位精簡指令集 MCU，命令周期 125nS。方便簡單。 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計說明書 17 US100 的實物圖如下圖 和 所示： 圖 US100 正面圖 US100 front view 圖 US100 背面圖 On the back of the US100 map 下圖 為 US100 超聲波測距儀的五個管腳及模式選擇跳線接口 圖 模式選擇跳線接口 Mode selection jumper interface 本模塊的尺寸： 45mm*20mm*。 注：不管溫度是多少，只需將聲速看作是 340M/S 即可。URXIFG0))。 第二步：觸發(fā) trig 端之后，模塊自動發(fā)送 8 個 40khz 的方波，模塊再自動檢測是否有信號返回 [10]。其 0XFF+H_DATA+L_DATA=SUM（僅低 8 位） 。 單片機的主電路圖如下圖 所示 ,單片機的引腳圖如下圖 所示： 圖 單片機電路圖 Microcontroller circuit diagram PENV：校驗使能位。 CHAR：字符長度位。本設計選用串口 1 與上位機進行通信。 三、基本通信協(xié)議： 在 PC 機和多臺單片機的通訊中，確定一個明確而合理的通訊協(xié)議是關鍵，包括對數(shù)據(jù)格式、通訊方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定。但是在使用時 必須提供足夠大的電流的三極管來進行開關處理，電機運轉速度比較低，電機震動比較大，發(fā)熱大 。但是后來在實驗中發(fā)現(xiàn) MSP430 單片機的 P34 端口的輸出電壓不足以驅動電機轉動，影響后續(xù)工作的進行。 繼電器 在本設計中采用 HK4100F 電磁繼電器來驅動電機負載。 當單片機的 P34 引腳輸出高電平是，三極管 T5 截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也將熄滅，繼電器的常開觸點釋放，相當于開關斷開。 基本直流變速電機工作原理如下表 所示： 表 基本電機變速工作原理 The basic working principle of variable speed motor 電機類型 變速原理 小型直流電機 調整電樞電壓 交流繞線電機 調整轉子繞組 鼠籠式電機 改變繞組接線方式 本電機所需要的驅動電壓位 6V，所以需要用繼電器來間接控制。所以在這之后，小車就會發(fā)生向左轉動的動作。因此只能采用 TT 變速電機來驅動，以實現(xiàn)本設計的最初目的。以后要強調時間觀念，按時并且爭取在規(guī)定時間內完成最初階段指定的任務。導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制， 部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本論文從選題到完成，每一步都是在導師的指導下完成的，傾注了導師大量的心血。劉老師給定的目標比較明確，使得工作完成質量更有保證，并且查錯與改錯也更容易一些。在選題的時候就想要做一件實物來檢測自己在大學四年中對理論和實踐知識的掌握，所以最終決定要選擇基于超聲波的智能避障小車的研究與設計這個題目。 在下圖 中，我們可以清楚地看到小車已經(jīng)發(fā)生了向左轉動的動作。該電機功耗小，簡單方便，故而采用 TT 變速電機驅動小車前進。如果作為發(fā)電機， 必須有原動機拖動，把機械能轉換為直流電能，以滿足生產(chǎn)的需要，如直流電機的電源、同步發(fā)電機的勵磁電源、電鍍和電解用的低壓電源；如果作為電動機，將電能轉化為機械能來拖動各種生產(chǎn)機械，以滿足用戶的各種要求。 HK4100F 繼電器的驅動原理圖如下圖 所示。焊接以及電路連線如下圖