【正文】 298 的信號(hào)輸入端和單片機(jī)的 IO 口相連， 14 是輸出 端，輸入 5 和 7 控制輸出 2和 3 輸入的 12控制輸出的 14。 7) 工作溫度： 25℃～＋ 130℃ 。 5) 最大耗散功率： 25W（ T=75℃） 。 3) 邏輯部分工作電流 Iss：≤ 36mA。 表 L298各引腳功能 引腳 功能 15 分別為兩個(gè) H橋的電流反饋腳，不用時(shí)可以接地 3 輸出端，與對(duì)應(yīng)輸入端（ IN IN2）同邏輯 4 驅(qū)動(dòng)電壓，最小值需比輸入的低電平電壓高 7 輸入端， TTL電平兼容 11 使能端，低電平禁止輸出 8 地 9 邏輯電源， ~7V 12 輸入端， TTL電平兼容 1 14 輸出端，與對(duì)應(yīng)輸入端（ IN IN4）同邏輯 該芯片的一些參數(shù)如下： 1) 邏輯部分輸入電壓： 6～ 7V。所以我們選擇 L298N。 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。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，則效率非常高； H 橋電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高。 （當(dāng)為電平觸發(fā)方式時(shí)） 圖 單片機(jī)接口原理 驅(qū)動(dòng)模塊 采用由雙極性管組成的 H橋電路（ L298N）。 圖 超聲波測(cè)距 模塊電路原 理圖 測(cè)距模塊參數(shù)介紹如表 所示。這就是超聲波測(cè)距儀的機(jī)理。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕ＵＳ捎诔暡ㄒ彩且环N聲波其聲速 C與溫度有關(guān)。 STC89C52 單片機(jī)有 4組 8位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個(gè)口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào) PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令， 如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。 XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電 路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 c) 控制引腳（ 4根）。STC89C52 具體介紹如下： a) 主電源引腳（ 2 根）。 正常工作模式：典型功耗 4Ma～ 7mA 典型功耗。 STC89C52RC 單片機(jī) 的工作模式 掉電模式：典型功耗 A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原 程序。 m)工作溫度范圍： 40～ +85℃（工業(yè)級(jí)） /0～ 75℃（商業(yè)級(jí)）。 k)外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。 j)共 3個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 h)具有 EEPROM 功能。 f)通用 I/O 口 （ 32 個(gè)） 復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 d)用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié)。 b)工作電壓： ～ （ 5V 單片機(jī)） /～ （ 3V 單片機(jī)）。該器件采用 ATMEL 密度非易失存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。原理圖如 所示。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的功能部件CPU(Central Processing Unit，中央處理器 )、存儲(chǔ)器和 I/O 接口電路等。 圖 超聲波測(cè)距器系統(tǒng)框圖 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器(Microcontroller)。本設(shè)計(jì)包括超聲波接收電路、超聲波發(fā)送電路、距離顯示電路組成。單片機(jī)通過 引腳經(jīng)反相器來控制超聲波的發(fā)送，然后單片機(jī)不停的檢測(cè) INT0 引腳，當(dāng) INT0 引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。 圖 超聲波避障系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方框圖 方案設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距部分是機(jī)器人避障的核心部分。 3 超聲波避障系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 方案概述 本小車使用 STC89C52 單片機(jī) 作為主控芯片，它通過超聲波測(cè)距來獲取小車距與障礙物的距離小于 30cm 時(shí)，小車轉(zhuǎn)彎以避開障礙物，并且此時(shí)蜂鳴器報(bào)警在避開障礙物后，小車會(huì)沿直線前進(jìn)。同時(shí)，由于介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，介質(zhì)的疏、密部分之間進(jìn)行的熱交換，也導(dǎo)致聲能的損耗，這就是介質(zhì)的吸收現(xiàn)象。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。 b)散射衰減：當(dāng)聲波在傳播過程中，遇到不同聲阻抗的介質(zhì)組成的界面時(shí)，將發(fā)生散亂反射（即散射），從而損耗聲波能量，這種衰減叫散射衰減。 超聲波的衰減 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著距離的增加，能量逐漸減小的現(xiàn)象叫做超聲波的衰減。 利用單片機(jī)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，測(cè) 距精度高，而且單片機(jī)控制方便，計(jì)算簡(jiǎn)單。 圖 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖 這種以單片機(jī)為核心的超聲波測(cè)距系統(tǒng)通過單片機(jī)記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。超聲波經(jīng)反射物反射回來后，由傳感器接收端接收，再經(jīng)接收電路放大、整形，控制單片機(jī)中斷口。使用的 12MHz 晶體作時(shí)鐘基準(zhǔn)的 89C52單片機(jī) 定時(shí)器 能方便的計(jì)數(shù)到 1μ s 的精度，因此系統(tǒng)采用 89C52 定時(shí)器能保證時(shí)間誤差在 1mm 的測(cè)量范圍內(nèi)。測(cè)距誤差 s△ t() ≈ 即 s。 其中 d 為被測(cè)物與測(cè)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。距離計(jì)算公式為： s=c本論文硬件設(shè)計(jì)采用超聲波往返時(shí)間檢測(cè)法，其原理為：超聲波發(fā)生器 T1 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器 T2所接收到。 超聲波測(cè)距技術(shù) 超聲波測(cè)距的方法有多種，如相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和往返時(shí)間檢測(cè)法。實(shí)驗(yàn)證明：在頻率為 1MHz— 15MHz 范圍內(nèi) ,超聲波在人體軟組織中的 吸收系數(shù)與超聲頻率成正比 ,如血液的吸收系數(shù)隨著超聲頻率的增高而增大。這是人體組織對(duì)超聲波的吸收、反射和散射等原因造成的，而其中吸收是最主要的。 c）透射、反射和折射：在兩種不同媒質(zhì)的分界面上，會(huì)出現(xiàn)類似于光線一樣的透射、反射和折射現(xiàn)象，普通聲波也有此性質(zhì)。 b）能量大：聲強(qiáng)與振幅，質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)頻率的關(guān)系 I=1/2ρ CA^2ω ^2，相同振幅條件下，能量與頻率的平方正比。距離信號(hào)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(duì)要強(qiáng)，方向性即柬射性。每次讀入左組三個(gè)超聲傳感器測(cè)得的距離信號(hào)，選取其中最小的一個(gè)數(shù)值作為左邊的輸入，左邊的數(shù)值用 Left表示。 輸入輸出的模糊語言 ：模糊控制器的輸入?yún)?shù)是機(jī)器人六個(gè)超聲傳感器檢測(cè)到的距離信號(hào)。采用模糊控制算法非常適合移動(dòng)機(jī)器人的避障，模糊控制器的輸入是超聲傳感器的距離信號(hào)，輸出是機(jī)器人的動(dòng)作，規(guī)定機(jī)器人只能有前進(jìn)或旋轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動(dòng)方式。 超聲波避障技術(shù) 就是利用超聲波來檢測(cè)機(jī)器人的前方是否有障礙物，機(jī)器人的前方你要放一個(gè)超聲波發(fā)生器、一個(gè)超聲波接收器，當(dāng)超聲波發(fā)生器發(fā)出去的聲波 遇到障礙物時(shí)，這些聲波就會(huì)被反射回來，這時(shí)就利用超聲波接收器接受被反射回來的聲波，然后再在機(jī)器人身上面按裝一個(gè)聲波轉(zhuǎn)化器，就是把反射回來的聲波轉(zhuǎn)化成其他的信號(hào)。在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。通過軟件內(nèi)部校準(zhǔn)優(yōu)化消除外部物理?xiàng)l件造成的誤差從而達(dá)到對(duì)障礙物的較準(zhǔn)確定位。這里探測(cè)裝置必不可少，因?yàn)槌暡ㄔ诰嚯x檢測(cè)方面的較準(zhǔn)確定位。因此單從系統(tǒng)硬件層次上講，移動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)。導(dǎo)航研究的網(wǎng)標(biāo)就是：在沒有人的干預(yù)下使機(jī)器人有目的地移動(dòng)并完成特定任務(wù)，進(jìn)行特定操作。自主式移動(dòng)機(jī)器人的 設(shè)計(jì) 目標(biāo)是在沒有人的 參與控制 且無需對(duì)環(huán)境作任何規(guī)定和改變的條件下，有目的的移動(dòng) 并 完成相應(yīng) 設(shè)定 任務(wù)。 因此， 20 世紀(jì) 80 年代后期，許多國(guó)家有 組織有 計(jì)劃的開展了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的硏究。 20 世紀(jì) 60 年代以來，弧焊點(diǎn)焊 氣焊 、機(jī)械 設(shè)備 加工、噴涂 刻畫 、 設(shè)計(jì) 裝配、檢測(cè)等各種類型 ，各種用途 的機(jī)器人相繼出現(xiàn) ， 并迅速在工業(yè)生產(chǎn)中 實(shí)現(xiàn)流水線批量生產(chǎn) ，這大大提高了各種產(chǎn)品的 標(biāo)準(zhǔn)型 和質(zhì)量。在我國(guó)，由于 理論技術(shù)、 基礎(chǔ)設(shè)施 建設(shè) 和 資金分配 等因素限制，在智能機(jī)器人技術(shù) 領(lǐng)域 與世界發(fā)達(dá)國(guó)家存在 相當(dāng)大 差距，只有 為數(shù)不多 研究機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域做出了一些的成果。 障礙物檢測(cè)是智能 移動(dòng) 機(jī)器人 、智能 汽車 對(duì)周邊環(huán)境感知技術(shù)研究領(lǐng)域中的重要方面 。 ” 概括說來，機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。我果科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是 ：“ 機(jī)器人是一種自動(dòng)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(dòng)作能力、和 協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器。 不過，就機(jī)器人而言，目前還沒有統(tǒng)一的定義，而且自機(jī)器人問世以來，人們就很難對(duì)機(jī)器人下一個(gè)確切的定義。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽每年都設(shè)有智能小車類的題目，由此可見國(guó)家對(duì)高校機(jī)器人研究工作的重視程度。 智能小車可以理解為機(jī)器人的一種特例，它是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人。單路測(cè)距系統(tǒng)的角度掃描范圍為 22。 超聲波測(cè)距與避障系統(tǒng)的試驗(yàn)包括四個(gè)部分：測(cè)距系統(tǒng)性能試驗(yàn)、位姿檢測(cè)試驗(yàn)、安全避障試驗(yàn)以及聲納環(huán)布局試驗(yàn)。硬件 開發(fā)基 STC89S52 微控制器，集成了傳感器電路、信號(hào)處理電路、微控制器外圍電路及電源電路等；軟件設(shè)計(jì)主要包括測(cè)距算法設(shè)計(jì)和避障算法設(shè)計(jì)。如果汽車偏離車道或距障礙物小于