【正文】 ROM 的單片機預留； 例：要讀地址 0x56 起始的 3字節(jié)內(nèi)部 RAM 數(shù)據(jù)，命令幀如下： 江海職業(yè)技術學院學位論文 第 17 頁 0x55 0xAA XX XX 0x04 0x01 0x56 0x00 0x03 0xA5 返回數(shù)據(jù)幀為 : 幀頭 發(fā)送方地址 自己的地址 幀長 命令 低地址 高地址 讀字節(jié)數(shù) N字節(jié)數(shù)據(jù) 校驗和 返回幀中將命令及附屬信息（地址、讀字節(jié)數(shù) ）包含在內(nèi)，雖然有些冗余，但保證了信息 的完備性，不需要接收時還要查找原來讀的是什么？為通訊需求日漸復雜提供方便。命令定義： 為了便于調(diào)試，保留小車中設計的讀寫內(nèi)存命令。 幀長 —— 命令和數(shù)據(jù)域字節(jié)之和， 命令 —— 說明操作內(nèi)容，詳見下面的定義 數(shù)據(jù)域 —— 與命令配合，表達一個完整的含義。 通訊協(xié)議及命令定義： 基本通訊格式：（和圓夢小車及無線接口兼容） 標準 UART 格式 —— 19200 8 N 1 幀格式： 幀頭（ 2 字節(jié)） 接收方地址（ 1 字節(jié)） 發(fā)送方地址（ 1 字節(jié)） 幀長（ 1字節(jié)） 命令（ 1 字節(jié)） 數(shù)據(jù)域（ N 字節(jié)） 校驗和（ 1 字節(jié)） 其中： 幀頭 —— 由 2 個特殊的字節(jié) 0x55 0xAA 構成； 江海職業(yè)技術學院學位論文 第 16 頁 接收方地址 —— 通訊對象的“名字”，在有線通訊時也許多余，但無線時就需要了。 “自動測量”可以設置測量周期。 “被動數(shù)據(jù)返回”方式下，傳感器只將測量結果保存下來，等待系統(tǒng)讀取。 “自動測量”時，傳感器按一定周期自動完成測量過程，并保存測量數(shù)據(jù)。 傳感器的工作由通訊命令控制，上電狀態(tài)為待命狀態(tài)。 為了減小干擾，選用了 供電的單片機，使用目前常用的 三端穩(wěn)壓器將 5V降到 ，減小電源擾動的影響，增加可靠性。 超聲波傳感器接口說明 核心器件為 STC12LE405 TL85 16mm 超聲波收、發(fā)器。 接收回路為諧振回路，將收到的微弱回波信號檢出，送信號放大電路放大，收到產(chǎn)生脈沖輸出送單片機中斷端，單片機收到中斷信號后停止計時，計算出距離值，保存等待讀出或直接經(jīng) UART 送出。 超聲波傳感器簡介 本畢業(yè)設計超聲波傳感器為外購件，其硬件原理僅作簡要說明： 圖 超聲波 檢測 原理 電路 框圖中，單片機為核心控制部分，根據(jù)設定的工作方式，產(chǎn)生 40kHz 方波，經(jīng)過驅(qū)動電路驅(qū)動超聲波發(fā)生器發(fā)出一簇信號。在精密的液位測量中需要達到毫米級的測量精度，但是目前國內(nèi)的超聲波測距 專用集成電路 都是只有厘米級的測量精度。 超聲波測距主要應用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等的 距離測量 ，雖然目前的測距量程上能達到百米，但測量的精度往往只能達到厘米數(shù)量級。由此可見，超聲波測距原理與雷達原理是一樣的。這就是所謂的 時間差 測距法。 超聲波測距原理 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到 障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。 壓電式超聲波發(fā)生器原理 壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機江海職業(yè)技術學院學位論文 第 13 頁 械方式產(chǎn)生超聲波。 為了使移動機器人能自動避障行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時獲取距障礙物的距離信息（距離和方向）。 超聲波測距 由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如 測距儀 和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。 電池的電壓應在 4– 6V， 分壓后為 2– 3V，符合 AD 輸入不大于 的要求。 本設計中未采用，簡述之。 電機電流、電壓檢測 電流檢測電路： 江海職業(yè)技術學院學位論文 第 11 頁 圖 電流 檢測電路 電流的取樣電阻為 歐姆（見 H 橋驅(qū)動電路的 R5），按上圖參數(shù)，放大倍數(shù) 11 倍，電機電流最大 左右，所以實際的輸出信號應在 0 – ，如使用 供電的單片機，其 AD 輸入范圍為 0 ‐ ，考慮電機的電流偏差和器件的偏差，留些余量。 具體電路同圖 行車距離檢測電路所示： 圖 碼盤 檢測電路 為了避免在變換狀態(tài)時產(chǎn)生“毛刺”， 整形電路 是利用運放設計了“施密特”電路，用回差消除之。由于光柵隨電機高速轉(zhuǎn)動，則紅外線三極管接收到的就是一系列脈沖信號。 遮光盤及槽型光電耦合器均安裝在不透光的盒子里，以避免外界光線的干擾，使電路不能正常工作。 圖 輪子結構 為實現(xiàn)可逆記數(shù)功能，我們在測距儀中并列放置了兩個槽型光電耦合器，遮光盤先后通過凹槽可產(chǎn)生兩個脈沖信號。 單片機通 過計數(shù)值，即可求得 小車的大概行駛距離，根據(jù)單位時間內(nèi)的計數(shù)值，也可求得轉(zhuǎn)速。 遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)動時，缺口進入凹槽時，紅外線可以通過，缺口離開凹槽紅外線被阻擋。 測距輪安裝在車輪上，這樣能使記數(shù)值準確一些 （見圖 ） 。 圖 紅外光電耦合器 由測距輪， 遮光盤，紅外光電耦合器及凹槽型支架組成的。 由于紅外檢測具有反應速度快、定位精度高，可靠性強以及可見光傳感器所不能比擬的優(yōu)點，故采用紅外光電碼盤測速方案。 輪速、車距檢測 小車采用 紅外光電耦合器 檢測輪子轉(zhuǎn)的圈數(shù)， 即可算得小車行車距離；同理，單位時間內(nèi)的計數(shù)值，即可求得輪子轉(zhuǎn)速。 考慮到在日常的家居生活中，只需要簡單檢測障礙物，讓智能小車順利繞過障礙，回到預定的設定路徑便可，并沒有十分復雜的環(huán)境，為了使用方便，便于操作和調(diào)試，我們最終選擇了方案 一 。當有光線反射回來時，輸出低電平。因此我們考慮其它的方案，超聲波傳感器實物圖如下圖 2 所示： 圖 超聲波傳感器 方案二：用漫反射式光電開關進行避障。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來 ，再被超聲波傳感器接收。 考慮到性價比問題，本設計選擇 用 Arduino 單片機 做控制器。 方案二：采用 Arduino 單片機 作為系統(tǒng)控制的方案。 圖 系統(tǒng)結構框圖 主控單元方案比較與選擇 按照題目要求，控制器主要用于控制電機，通過相關傳感器對路面的軌跡信 Arduino 單片機 驅(qū)動電路 直流電動機 輪子 超聲波傳感器 電源 江海職業(yè)技術學院學位論文 第 6 頁 息進行處理，并將處理信號傳輸給控制器，然后控制器做出相應的處理，實現(xiàn)小車的自動循跡和自動避障。 根據(jù)設計的作品要達到的效果，本系統(tǒng)以 Arduino 單片機 為核心控制器，主要由電源模塊、電機驅(qū)動模塊、 測距、 避障模塊構成。 本設計以兩直流電動機為主驅(qū)動，通過各類傳感器件來采集各類信息，送入主控單元 Arduino 單片機 處理數(shù)據(jù)后完成相應動作，以達到自身控制。小車具有以下幾個功能：自動避障功能。設計完成以由超聲波測距、自動避障組成的硬件模塊結合軟件設計組成多功能智能小車，共同實現(xiàn)小車的前進倒退、轉(zhuǎn)向行駛，自動根據(jù)超聲波檢測前方障礙物距離，進行導航，檢測障礙物后停止等功能，實現(xiàn)智能控制，達到設計目標。我們要結合我國國情，在某一方面或某些方面， 對智能車進行深入細致的研究，為它今后的發(fā)展及實際應用打下堅實的基礎。相信經(jīng)過相關領域的共同努力，我國 ITS 及智能車輛的技術水平一定會得到很大提高。并且各交通、汽車企業(yè)越來越加大了對 ITS 及智能車輛技術研發(fā)的投入，整個社會的關注程度在不斷提高。目前，國內(nèi)的許多高校和科研院所都在進行 ITS 關鍵技術、設備的研究。其體系結構以水平式結構為主，采用傳統(tǒng)的“感知 建模 規(guī)劃 執(zhí)行”算法，其直線跟蹤速度達到 20km/h，避障速度達到 510km/h。 （ 2）南京理工大學、北京理工大學、浙江大學、國防科技大學、清華大學等多所院校聯(lián)合研制了 軍用室外自主車，該車裝有彩色攝像機、激光雷達、陀螺慣導定位等傳感器。雖然我國在智能車輛技術方面的研究總體上落后于發(fā)達國家，并且存在一定得技術差距，但是我們也取得了一系列的成果，主要有： （ 1） 中國第一汽車集團公司和國防科技大學機電工程與自動化學院與 2020年研制成功我國第一輛自主駕駛轎車。 國內(nèi)智能車輛研究現(xiàn)狀 相比于國外，我國開展智能車輛技術方面的研究起步較晚，開始于 20 世紀80 年代。 日本大阪大學的研究 大阪大學的 Shirai 實驗室所研制的智能小車，采用了航位推測系統(tǒng)（ Dead Reckoning System） ，分別利用旋轉(zhuǎn)編碼器和電位計來獲取智能小車的轉(zhuǎn)向角，從而完成了智能小車的定位。荷蘭的 Combi road 系統(tǒng)，采用無人駕駛的車輛來往返運輸貨物，它行駛的路面上采用了磁性 導航參照物，并利用一個光陣列傳感器去探測障礙。這是一個雙目視覺系統(tǒng)，具有極高的穩(wěn)定性。 1988 年，在都靈的 PROMRTHEUS 項目第一次委員會會議上，智能車輛維塔（ VITA,7t）進行了展示，該車可以自動停車、行進，并可以向后車傳送相關駕駛信息。這一階段的研究成果代表了當前國外智能車輛的主要發(fā)展方向。最為突出的是，美國卡內(nèi)基 .梅隆大學（ Carnegie Mellon University） 機器人研究所一共完成了 Navlab 系列的 10 臺自主車（ Navlab1— Navlab10）的研究，取得了顯著的成就。進入 80 年代中期，設計和制造智能車輛的浪潮席卷全世界，一大批世界著 名的公司開始研制智能車輛平臺。在美洲，美國于 1995 年成立了國家自動高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟（ NAHSC） ，其目標之一就是研究發(fā)展智能車輛的可能性，并促進智能車輛技術進入實用化。 第二階段 從 80 年代中后期開始，世界主要發(fā)達國家對智能車輛開展了卓有成效的研究。早期研制 AGVS 的目的是為了提高倉庫運輸?shù)淖詣踊剑瑧妙I域僅局限于倉庫內(nèi)的物品運輸。 1954年美國 Barrett Electronics 公司研究開發(fā)了世界上第一臺自主引導車系統(tǒng) AGVS（ Automated Guided Vehicle System）。 國外智能車輛研究現(xiàn)狀 國外智能 車輛的研究歷史較長，始于上世紀 50 年代。智能車輛駕駛是一種通用性術語，指全部或部分完成一項或多項駕駛?cè)蝿盏木C合車輛技術。 智能小車，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導航、人工智能及自動控制等江海職業(yè)技術學院學位論文 第 2 頁 技術，是典型的高新技術綜合體。智能化全面的發(fā)展是實現(xiàn)其對資源的合理充分利用，以盡可能少的投入得到最大的收益，大大提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，實現(xiàn)現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)水平從自動化向智能化升級，實現(xiàn)當今智能化發(fā)展由高端向大眾普及。 中國自 1978年把“智能模擬”作為國家科學技術發(fā)展規(guī)劃的主要研究課題，開始著力研究智能化。操作員可以通過修改智能小車的計算機程序來改變它的行駛方向。同遙控小車不同，遙控小車需要人為控制轉(zhuǎn)向、啟停和進退，比較先進的遙控車還能控制器速度。設計的智能電動小車應該能夠?qū)崿F(xiàn) 適應 能力，能自動避障，可以智能規(guī)劃路徑。本設計就是在這樣