【導(dǎo)讀】本低廉，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，程序調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。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。詳細(xì)的分析和論述。反映快速、靈活，設(shè)計(jì)方案正確、可行，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定、可靠。相關(guān)軟件、電路模塊和器件清單。

　　

【正文】 發(fā)傳感器發(fā)送超聲波信號(hào)。 觸發(fā)信號(hào)發(fā)送后，初始化定時(shí)器和中斷口，開始計(jì)時(shí)。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。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。 接收 到超聲波回波后，程序進(jìn)入中斷。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。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。 超聲波避障技術(shù)軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)避障規(guī)則，移動(dòng)機(jī)器人（小車）以某一速度前進(jìn)，如果某一傳感器檢測(cè)到的距離小于某個(gè)值，這個(gè)值是預(yù)定義可編程的臨界距離，那么機(jī)器人以某一角度偏轉(zhuǎn)，從而繞開障礙物繼續(xù)前進(jìn)。機(jī)器人（小車 ）在行駛過程中如果遇到障礙物，它的超聲波測(cè)距系統(tǒng)馬上計(jì)算出機(jī)器人與障礙物的距離 d，若 ddc(避障的臨界距離，其中 dc為程序預(yù)設(shè)值 )，電機(jī)左右轉(zhuǎn)向控制驅(qū)動(dòng)，從而繞過障礙物實(shí)現(xiàn)避障的效果。程序流程圖如圖 。 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(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(cè)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。 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)。 電機(jī)調(diào)試：在點(diǎn)擊調(diào)試的過程中，我們首先將 PWM輸出在示波器上反映出來，確保 PWM波的輸出正常，并且能夠根據(jù)用戶設(shè)定的比較值產(chǎn)生不同形式的輸出，在比較匹配發(fā)生之后，調(diào)節(jié)其占空比，實(shí)現(xiàn)電機(jī) 的速度控制，在控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，采用直接控制 L298N芯片的方式，實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，后退等功能。 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。 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(hào)為 COM4。 圖 程序下載 1）打開電 源，如圖 所示。 圖 打開電源圖 2）打開桌面的下載軟件 選擇單片機(jī)型號(hào)，找到目標(biāo)文件，然后選擇正確的串口號(hào)。如圖 所示。 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。（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。 圖 程序運(yùn)行圖 問題分析 問題：小車運(yùn)行時(shí)如果如果障礙物的距離比較近小車后退后 會(huì)撞到或卡住。 原因：障礙物放得太近或小車與程序間的條件限制。 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)。 誤差分析 由于受環(huán)境溫度、濕度的影響，超聲傳感器的測(cè)量值與實(shí)際值會(huì)有一些偏差，超聲測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量值與 超聲測(cè) 實(shí)際值（單位 : cm）如表 所示。 表 距系統(tǒng)測(cè)量值與實(shí)際值（單位 : cm） 障礙物實(shí)際距離（ cm） 測(cè)量距離（ cm） 45 60 75 100 125 150 175 200 從表中的數(shù)據(jù)可以看出，測(cè)量值總是比實(shí)際值大出大約 7cm，經(jīng)過分析原因主要有三個(gè)方面：第一方面，超聲波傳感器測(cè)得的數(shù) 據(jù)受環(huán)境溫度的影響；第二方面，指令運(yùn)行需占用一定的時(shí)間而使得測(cè)量的數(shù)據(jù)偏大；第三方面，為了防止其他信號(hào)的干擾，單片機(jī)開始計(jì)數(shù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送 16 個(gè)脈沖串。對(duì)于單個(gè)回聲的方式，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路接收到碰到障礙物返回的第四個(gè)脈沖時(shí)就停止計(jì)數(shù)，所以最終測(cè)得的時(shí)間比實(shí)際距離所對(duì)應(yīng)的時(shí)間多出四個(gè)脈沖發(fā)送的時(shí)間。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。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。 表 修正后聲測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量值與實(shí)際值 （單位： cm） 障礙物實(shí)際距離（ cm） 測(cè)量距離（ cm） 45 60 75 100 125 150 175 200 從修正后的數(shù)據(jù)我們可以看出 ,系統(tǒng)的測(cè)量誤差在177。 2%內(nèi) , 滿足我們的測(cè)量要求。 結(jié) 論 本智能小車電路在硬件上采用了超聲波來測(cè)量小車距前方障礙物的距離，顯示結(jié)果快速，準(zhǔn)確。由于采用雙電源供電使系統(tǒng)的抗干擾性得到加強(qiáng)； PWM 技術(shù)的應(yīng)用解決了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)效率和電機(jī)速度控制的問題；在軟件上，充分利用了 STC89C52 系統(tǒng)資源，使智能小車完美的實(shí)現(xiàn)了障礙檢測(cè)、距離測(cè)量、警示等功能。本文的總結(jié)有如下點(diǎn)： 1）本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，系統(tǒng)反映 快速靈活，硬件電路由可拆卸模塊拼接而成，有很大的擴(kuò)展空間。經(jīng)驗(yàn)收測(cè)試，該智能小車設(shè)計(jì)方案正確、可行，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定。 2）在設(shè)計(jì)當(dāng)中也存在著一些不足。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。另外小車避障方式單一，若將超聲波模塊安裝在舵機(jī)上使其可以左右上下 180 度轉(zhuǎn)動(dòng)，那么便可以通過比較小車兩側(cè)空間的大小來自由選擇避障方向，從而實(shí)現(xiàn)更加智能化的避障方式。 3）小車經(jīng)過測(cè)試，運(yùn)行結(jié)果良好。硬件上沒有錯(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，無法確認(rèn)該信號(hào)是否準(zhǔn)確，使小車轉(zhuǎn)彎欠準(zhǔn)確與智能。 致 謝 首先感謝我的導(dǎo)師倪瑛老師，在倪瑛老師的耐心指導(dǎo)和幫助下，我才能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。從電路的設(shè)計(jì)到調(diào)試整個(gè)過程中，我都從倪瑛老師那里學(xué)會(huì)了很多專業(yè)方面的知識(shí)。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。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。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。這三 個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 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。 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。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 陳永甫 .紅外探測(cè)與控制電路 [M].北京：人民郵電出版社， 2020. [2] 肖景，趙健 .紅外線熱釋電與超聲波遙控電路 [M].北京：人民郵電出版社， 2020. [3] 王秀山 .單片機(jī)基礎(chǔ) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020. [4] 戴仙金等 .單片機(jī)及其 C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì) [M].北京：清華大學(xué)出版社， 2020. [5] 柳郭等 .單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用技能與技巧 [M].北京：中國(guó)電力出版社， 2020 . [6] 胡漢才 .單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M].北京：清華大學(xué)出版社， 2020. [7] 何玉彬 .傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計(jì) [M].北京：科學(xué)出版社， 2020. [8] 唐守峰 .檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù) [M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社， 2020. [9] 蔡振江 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020. [10] 孫炳達(dá) .自動(dòng)控制原理 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020. [11] 何希才等 .傳感器及應(yīng)用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020:6583. [12] 丁鎮(zhèn)生 .傳感器及傳感技術(shù)應(yīng)用 [M].北京電子工業(yè)出版社， 1998:5972. [13] John ,數(shù)字設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐 [M].北京機(jī)械工業(yè)出版社， 2020. [14] 彭喜元 .新編 MCS51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) [M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2020. [15] 趙負(fù)圖 .傳感器集成電路手冊(cè) [M].化學(xué)工業(yè) 出版社， 2020. [16] 譚浩強(qiáng) .C程序設(shè)計(jì) [M].清華大學(xué)出版社， 2020. [17] 萬福君，潘松峰等 .單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社， 2020.