【正文】 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)中對于知識的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。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。 2）在設(shè)計(jì)當(dāng)中也存在著一些不足。 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。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。 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)。 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 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。 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。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。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。 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 。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。 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。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。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。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。接收部分的電路，如圖 所示。發(fā)射部分的電路，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。當(dāng)顯示內(nèi)容不太多，可以排除。所以排除此方案。 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)。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)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。 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。 6) 控制信號輸入電平：高電平： ≤ Vin≤ Vss，低電平： ≤ Vin≤ 。 2) 驅(qū)動(dòng)部分輸入電壓 Vs： ～ 46V。 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。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 。超聲波測距模塊原理圖如圖 所示。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。 d)可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根）。 VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V 電源 GND(Pin20)：接地線 b) 外接晶振引腳（ 2根）。 空閑模式：典型功耗 2mA 典型功耗。 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。 i)具有看門狗功能。 e)片上集成 512 字節(jié) RAM。 主要特性如下： a）增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任 意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。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)。原理方框圖如圖 所示。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)。由介質(zhì)吸收引起的衰減叫做粘滯衰減。 散射主要在粗大晶粒（與波長相比）的界面上產(chǎn)生。許多超聲波測距系統(tǒng)都采用這種設(shè)計(jì)方法。其系統(tǒng)框圖如圖 所示。 在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測量距離的傳播時(shí)間差值精度只要在達(dá)到微秒級，就能保證測距誤差小于 1mm的誤差。 t/2。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。超聲波在人體組織中幾乎有 80%被膠原蛋白所吸收。由于頻率很高，所以具有很大的能量。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。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。超 聲波 因其 頻率 下限大約等于人的聽覺上限而得名。所以采用超聲波傳感器作為探測裝置，由于超聲波遇到障礙物時(shí)發(fā)生像光一樣的反射和散射，在經(jīng)過多次發(fā)射之后再回到超聲波檢測端口會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的路程差，從而影響對距離的 檢測進(jìn)而影響對障礙物的較準(zhǔn)確定位。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。所謂的移動(dòng)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。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 。 智能移動(dòng)機(jī)器人具有高度的自規(guī)劃、自組織、自適應(yīng)能力，在無需人干預(yù)、無需對環(huán)境做任何規(guī)定和改變的條件下，能夠有目的地移動(dòng)和完成相應(yīng)任務(wù)。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 ”。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。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)。 超聲波測距與避障系統(tǒng)包括硬件及軟件兩個(gè)部分。 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。 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 .................................................