【正文】 .................................................. 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。 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)等可以為自動運(yùn) 輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動清潔機(jī)器人等自動半自動機(jī)器人的設(shè)計(jì)與普及有一定的參考意義。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機(jī)械 ”； 日本學(xué)者認(rèn)為 “機(jī)器人就是任何髙級的自動機(jī)械 ”。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)行下一步的動作。同樣，每次讀入右組三個超聲傳感器測得的距離信號，選取其中最小的一個數(shù)值作為右邊的輸入，右邊的數(shù)值用 Right 表示。 t/2。 散射主要在粗大晶粒（與波長相比）的界面上產(chǎn)生。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，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。 l)通用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個 UART。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。 2) 驅(qū)動部分輸入電壓 Vs： ～ 46V。舵機(jī)的速度決定于其接受道德信號脈寬的變化速度。 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)動供電，一塊給小車的芯片供電，這樣彌補(bǔ)了單個獨(dú)立電源供電出現(xiàn)電力不足的情況。如圖 所示。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。 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 檢測啟動檢測一次 { timer=0； StartModule()； //啟動檢測 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。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。雖然在這次設(shè)計(jì)中對于知識的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。硬件上沒有錯誤，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。 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)。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。 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。 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。當(dāng)顯示內(nèi)容不太多，可以排除。舵機(jī)有一個內(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)動方向和轉(zhuǎn)動角度大小，進(jìn)而產(chǎn)生電機(jī)的轉(zhuǎn)動信號。 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。 d)可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根）。 i)具有看門狗功能。原理方框圖如圖 所示。許多超聲波測距系統(tǒng)都采用這種設(shè)計(jì)方法。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限，聲波幅值檢測法易受反射波的影響。根據(jù)一定控制策略，建立輸入輸出的模糊語言集合和模糊控制規(guī)則。所謂的移動機(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。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。 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 超聲波測距技術(shù) .................................................... 9 基于單片機(jī)的超聲波測距系統(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。同時(shí)小車可以作為玩具的發(fā)展對象，為中國玩具市場技術(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。我果科學(xué)家對機(jī)器人的定義是 ：“ 機(jī)器人是一種自動化的機(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、動作能力、和 協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機(jī)器。因此單從系統(tǒng)硬件層次上講，移動機(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)動系統(tǒng)。距離信號的模糊語言集合如下： {近，中，遠(yuǎn) }設(shè)定其相應(yīng)的語言變量，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，所以方向性就相對要強(qiáng)，方向性即柬射性。 其中 d 為被測物與測距器的距離， 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。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。原理圖如 所示。 m)工作溫度范圍： 40～ +85℃（工業(yè)級） /0～ 75℃（商業(yè)級）。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ? 3) 邏輯部分工作電流 Iss：≤ 36mA?？刂凭€的輸入是一個寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期為 20ms(即頻率為 50Hz)。 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。 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。由于電流波形比 VM 系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。 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)器檢測超聲波會送信號維持高電平的時(shí)間，用串口示波器將測得的數(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)。經(jīng)過擬合，我們得到下面的方程： y= ( 其中 : y 為實(shí)際值 , x 為測量值 )修正后本超聲波測距系統(tǒng)測量值與實(shí)際值的 對應(yīng)關(guān)系如