【正文】 最后，我要感謝我的家人，我的論文工作的順利進(jìn)行，離不開他們對(duì)我的無私奉獻(xiàn)。感謝我的同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程，通過與同學(xué)們相互討論心得、相互鼓勵(lì)，使我對(duì)大學(xué)所學(xué)專業(yè)課程有了更全面的理解和初步的應(yīng)用。王老師淵博的學(xué)識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)，強(qiáng)烈的責(zé)任感，給我莫大的幫助，使我開闊了視野，首先他給了我很大的自由空間和充分的信任，促使我在設(shè)計(jì)方面進(jìn)行自己的思考，其次在細(xì)節(jié)上又能循循善導(dǎo)，提出我設(shè)計(jì)的不足和 改進(jìn)辦法，培養(yǎng)了從事研究工作的能力。 41 參考文獻(xiàn) [1]劉君華，湯小軍 .控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南 [M].北京： 電子工業(yè)出版社 ， 2020 [2]韓立群 .智能控制理論及應(yīng)用 [M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2020 [3]侯媛彬 ， 智能控制技術(shù) [M].北京： 北京工業(yè)大學(xué)出版 ， 2020 [4]陳杰 ， 黃鴻 .傳感器與檢測(cè)技術(shù) [M].北京： 高等教育出版社 ， 2020 [5]胡瑞，周錫青 .基于超聲波傳感器的測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].科技信息 ， 2020,29(2):2631 [6]松井邦彥 .傳感器應(yīng)用技巧 [M].北京： 科學(xué)出版社 ， 2020 [7]劉亮 .先進(jìn)傳感器及應(yīng)用 [M].北京： 北京化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2020 [8]許力 .智能控制與智能系統(tǒng) [M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2020 [9]徐科軍 .傳感器與檢測(cè)技術(shù) [M].西安： 電子工業(yè)出版社 ， 2020 [10]高國富，謝少榮，羅均 .機(jī)器人傳感器及其應(yīng)用 [M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2020 [11] 趙占林，劉洪梅 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再次對(duì)該裝置設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的主程序流程，分析各個(gè)中斷程序和主程序之間的關(guān)系，用匯編語言和C語言逐個(gè)實(shí)現(xiàn)了各自的功能模塊。 本文以檢測(cè)距離和避障為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體而言，本論文的工作 歸納如下： 首先介紹了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的工作原理，為接下來研究移動(dòng)機(jī)器人的測(cè)距與避障打下了良好的基礎(chǔ)。超聲波測(cè)距由于其能進(jìn)行非接觸測(cè)量和相對(duì) 較 高的精度，越來越被人們所重視。由于發(fā)射功率不大，當(dāng)距離超聲波 1m時(shí)，接收到的信號(hào)極其微弱，雜波成分很大。當(dāng)超聲波發(fā)射器與接收器互成 120176。 測(cè)量距離與信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系 38 將超聲波接收器的信號(hào)引入示波器，測(cè)得接收到信號(hào)的強(qiáng)弱與障礙物距超聲波發(fā)射 接收器的 距離成反比。設(shè)計(jì)采用的超聲波傳感器的發(fā)射頻率為 39 ，響應(yīng)半波長為 ，因此最小側(cè)到 的障礙物。盲區(qū)信號(hào)可以采用軟件延時(shí)開中斷的方法，在發(fā)射后延時(shí)一段時(shí)間，避開串?dāng)_信號(hào)后再開中斷。超聲波發(fā)射后，立即引起了接收探頭誤動(dòng)作，如果此時(shí)計(jì)算從發(fā)射到接收的時(shí)間將得到錯(cuò)誤值。但對(duì)連續(xù)測(cè)距來說，要設(shè)置兩次測(cè)距間的時(shí)間間隔，等前一次發(fā)射的超聲波基本衰減消失后，再啟動(dòng)下一次測(cè)距。在實(shí)驗(yàn)中，將超聲波傳感器指 向房間一個(gè)堆有雜亂物體的角落，超聲波經(jīng)過多次折射后，引起的接收系統(tǒng)不斷動(dòng)作。由于采用的是 12MHZ 的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是 1us，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）讀出，然后加以計(jì)算，就可以得出被測(cè)物體與測(cè)距器之間的距離，假設(shè)本設(shè)計(jì)中取 20℃ 時(shí)的聲速為 344m/s，則 如公式 ()進(jìn)行計(jì)算。超聲波發(fā)射中要發(fā)射一串脈沖，實(shí) 驗(yàn)證明， 8～ 10 個(gè)脈沖最佳。在開始發(fā)射超聲波的時(shí)刻 T0 開始計(jì)時(shí)，等待 INT1 中斷，在 INT0 中斷時(shí)停止計(jì)時(shí)，在中斷程序讀出 TH0、 TL0 的值。內(nèi)部中斷 服務(wù) 子程序 完成超聲波的定時(shí)發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間外中斷入口 關(guān)中斷 EA，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行壓棧處 判斷 是否為零 比較寄存器的值相應(yīng)加 1 顯示子程序顯示設(shè)定值 延時(shí) 出棧處 返回 36 的讀取，距離計(jì)算，結(jié)果的輸出等工作。測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD 碼方式送往 LED 顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。由于采用的是 12MHZ 的晶振，計(jì)數(shù)器每記一個(gè)數(shù)就是 1μs ,當(dāng)主程序檢測(cè)到接受成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波往返所用的時(shí)間）按式 D=vt/2=172 T0/10000cm（ ） 計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距離之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 20℃ 時(shí)的聲速 344m/s。 主函數(shù)程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0 工作模式為 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA并將顯示端口 P1 和 P3 清 0。在中斷中，實(shí)現(xiàn)距離的計(jì)算及與上位機(jī)的通訊功能。 主程序流程圖 超聲波測(cè)距與避障系統(tǒng)的軟件流程見圖 ，根據(jù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)要求，軟件設(shè)計(jì)包括以下 2 個(gè)模塊：主程序流程、中斷程序流程。 (4)單片機(jī)捕獲計(jì)數(shù)值，調(diào)用及計(jì)算程序 。 (2)單片機(jī)連續(xù)發(fā)射 40KHZ 的脈沖波，立即啟動(dòng) INT0，系統(tǒng)進(jìn)入中斷后激活系統(tǒng)，等待 計(jì)數(shù)值滿產(chǎn)生中斷，開始啟動(dòng)接收程序。軟件系統(tǒng)流程圖如圖所示。 30 圖 機(jī)器人避障控制系統(tǒng) 單 片 機(jī) 主 機(jī) 發(fā)射電路 接收電路 發(fā)射探頭 接受探頭 障礙物 兩側(cè)障礙物距離信息 前方障礙物距離信息 模糊控制器 運(yùn)動(dòng)速度 旋轉(zhuǎn)角度 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊 31 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)的總體方案 超聲波測(cè)距 和避障 系統(tǒng)的軟件部分是針對(duì)系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能，以軟件模塊化設(shè)計(jì)的思路來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。當(dāng)機(jī)器人遇到障礙物時(shí)，超聲測(cè)距系統(tǒng)將獲得的距離信息送入單片機(jī)，單片機(jī)通過中斷的方式向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)與單片機(jī)通過串行口相連。 在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要 掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 ② 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每 個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管 的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯 29 碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類 。 圖 七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 在圖 中，只要使不同段的發(fā)光二極管，即可改變所顯示的數(shù)字和字母， LED 七段數(shù)碼管根據(jù)內(nèi)部 LED 的連接方法不同，有共陰極和共陽極兩種接法，在共陽極接法中，當(dāng)某一段發(fā)光二極管輸入為低電平時(shí)，該發(fā)光二極管亮，反之則熄滅。 圖 超聲波顯示電路原理圖 28 其中的 發(fā)光二極管 LED 顯示模塊通常用來顯示數(shù)字和狀態(tài)，發(fā)光二極管根據(jù)不同制造材料，可發(fā)出紅、黃、藍(lán)、紫等各種單色光，發(fā)光二極管可以有多種形式，而應(yīng)用最多的是七段發(fā)光二極管顯示模塊?？紤]到節(jié)省管腳和實(shí)用性的問題 ，采用動(dòng)態(tài)顯示的方法進(jìn)行顯示。 27 顯示電路 顯示電路原理圖如圖 3— 10所示。而在數(shù)字電路中，一般要給每個(gè)芯片的電源引腳上并聯(lián)一個(gè) 的電容到地（這個(gè)電容叫做退耦電容，當(dāng)然也可以理解為電源濾波電容 ,越靠近芯片越好） ， 因?yàn)樵谶@些地方的信號(hào)主要是高頻信號(hào)，使用較 小的電容濾波就可以了 。所以，如果我們?yōu)榱俗尩皖l、高頻信號(hào)都可以很好的通過，就采用一個(gè)大電容再并上一個(gè)小電容的方式。大家知道，電感對(duì)高頻信號(hào)的阻抗是很大的，所以，大電容的高頻性能不好。 8腳：電源正極， ～ 5V。 26 7 腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為 22kΩ ，沒有接受信號(hào)是該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。 CX20206A 的第 5 腳的電阻決定接收的中心頻率， 200k 的電阻決定了接收的中心頻率為 40KHz。實(shí)驗(yàn)證明其具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。例如，取 R=200kΩ 時(shí)， f0≈42kHz ，若取 R=220kΩ ，則中心頻率 f0≈38kHz 。 4腳：接地端。但 C1 的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為 R1= ，C1=1μF 。 2 腳：該腳與地之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。 圖 CX20206 引腳圖 25 圖 中，引