【正文】 內(nèi)部 RAM（ idata）； 0x0100 — 0x7FFF —— 保留，為大 RAM 的單片機(jī)預(yù)留； 0x7F80 — 0x7FFF —— 對應(yīng) STC12LE2052 的 128 字節(jié) SFR； 0x8000 — 0x87FF —— 對應(yīng) STC12LE2052 的 2K FlashROM（ Code）； 0x8700 — 0xFFFF —— 保留，為大 ROM 的單片機(jī)預(yù)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： 第 17 頁 0x55 0xAA XX XX 0x04 0x01 0x56 0x00 0x03 0xA5 返回?cái)?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(yàn)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(shí)還要查找原來讀的是什么？為通訊需求日漸復(fù)雜提供方便。命令定義： 為了便于調(diào)試，保留小車中設(shè)計(jì)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(dá)一個(gè)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(biāo)準(zhǔn) 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(yàn)和（ 1 字節(jié)） 其中： 幀頭 —— 由 2 個(gè)特殊的字節(jié) 0x55 0xAA 構(gòu)成； 第 16 頁 接收方地址 —— 通訊對象的“名字”，在有線通訊時(shí)也許多余，但無線時(shí)就需要了。 “自動測量”可以設(shè)置測量周期。 “被動數(shù)據(jù)返回”方式下，傳感器只將測量結(jié)果保存下來，等待系統(tǒng)讀取。 “自動測量”時(shí)，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(jī)，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(jī)中斷端，單片機(jī)收到中斷信號后停止計(jì)時(shí)，計(jì)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(shè)計(jì)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(jī)為核心控制部分，根據(jù)設(shè)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(dá)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(yīng)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(dá)到百米，但測量的精度往往只能達(dá)到厘米數(shù)量級。由此可見，超聲波測距原理與雷達(dá)原理是一樣的。這就是所謂的 時(shí)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(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，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(jì)時(shí)。當(dāng)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(shí)，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(shí)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(jī) 第 13 頁 械方式產(chǎn)生超聲波。 為了使移動機(jī)器人能自動避障行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時(shí)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(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，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(shí)現(xiàn)。 電池的電壓應(yīng)在 4– 6V， 分壓后為 2– 3V，符合 AD 輸入不大于 的要求。 本設(shè)計(jì)中未采用，簡述之。 電機(jī)電流、電壓檢測 電流檢測電路： 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(jī)電流最大 左右，所以實(shí)際的輸出信號應(yīng)在 0 – ，如使用 供電的單片機(jī)，其 AD 輸入范圍為 0 ‐ ，考慮電機(jī)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(shí)產(chǎn)生“毛刺”， 整形電路 是利用運(yùn)放設(shè)計(jì)了“施密特”電路，用回差消除之。由于光柵隨電機(jī)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(jié)構(gòu) 為實(shí)現(xiàn)可逆記數(shù)功能，我們在測距儀中并列放置了兩個(gè)槽型光電耦合器，遮光盤先后通過凹槽可產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號。 單片機(jī)通過計(jì)數(shù)值，即可求得 小車的 大概行駛距離，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值，也可求得轉(zhuǎn)速。 遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)動時(shí)，缺口進(jìn)入凹槽時(shí)，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(zhǔn)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(yīng)速度快、定位精度高，可靠性強(qiáng)以及可見光傳感器所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)，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(shí)間內(nèi)的計(jì)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(yù)定的設(shè)定路徑便可，并沒有十分復(fù)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(dāng)有光線反射回來時(shí)，輸出低電平。因此我們考慮其它的方案，超聲波傳感器實(shí)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(guān)進(jìn)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(jià)比問題，本設(shè)計(jì)選擇 用 Arduino 單片機(jī) 做控制器。 方案二：采用 Arduino 單片機(jī) 作為系統(tǒng)控制的方案。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jī)，通過相關(guān)傳感器對路面的軌跡信 Arduino 單片機(jī) 驅(qū)動電路 直流電動機(jī) 輪子 超聲波傳感器 電源 第 6 頁 息進(jìn)行處理，并將處理信號傳輸給控制器，然后控制器做出相應(yīng)的處理，實(shí)現(xiàn)小車的自動循跡和自動避障。 根據(jù)設(shè)計(jì)的作品要達(dá)到的效果，本系統(tǒng)以 Arduino 單片機(jī) 為核心控制器，主要由電源模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、 測距、 避障模塊構(gòu)成。 本設(shè)計(jì)以兩直流電動機(jī)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(jī) 處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)動作，以達(dá)到自身控制。小車具有以下幾個(gè)功能：自動避障功能。設(shè)計(jì)完成以由超聲波測距、自動避障組成的硬件模塊結(jié)合軟件設(shè)計(jì)組成多功能智能小車，共同實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)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(jìn)行導(dǎo)航，檢測障礙物后停止等功能，實(shí)現(xiàn)智能控制，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。我們要結(jié)合我國國情，在某一方面或某些方面，對智能車進(jìn)行深入細(xì)致的研 究，為它今后的發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相信經(jīng)過相關(guān)領(lǐng)域的共同努力，我國 ITS 及智能車輛的技術(shù)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(shù)研發(fā)的投入，整個(gè)社會的關(guān)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(jìn)行 ITS 關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備的研究。其體系結(jié)構(gòu)以水平式結(jié)構(gòu)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(dá)到 20km/h，避障速度達(dá)到 510km/h。 （ 2）南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、國防科技大學(xué)、清華大學(xué)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(jī)、激光雷達(dá)、陀螺慣導(dǎo)定位等傳感器。雖然我國在智能車輛技術(shù)方面的研究總體上落后于發(fā)達(dá)國家，并且存在一定得技術(shù)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(tuán)公司和國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院與 2021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(shù)方面的研究起步較晚，開始于 20 世紀(jì)80 年代。 日本大阪大學(xué)的研究 大阪大學(xué)的 Shirai 實(shí)驗(yàn)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(jì)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(yùn)輸貨物，它行駛的路面上采用了磁性導(dǎo)航參照物，并利用一個(gè)光 陣列傳感器去探測障礙。這是一個(gè)雙目視覺系統(tǒng)，具有極高的穩(wěn)定性。 1988 年，在都靈的 PROMRTHEUS 項(xiàng)目第一次委員會會議上，智能車輛維塔（ VITA,7t）進(jìn)行了展示，該車可以自動停車、行進(jìn)，并可以向后車傳送相關(guān)駕駛信息。這一階段的研究成果代表了當(dāng)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(xué)（ Carnegie Mellon University） 機(jī)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(jìn)入 80 年代中期，設(shè)計(jì)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(biāo)之一就是研究發(fā)展智能車輛的可能性，并促進(jìn)智能車輛技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化。 第二階段 從 80 年代中后期開始，世界主要發(fā)達(dá)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(yùn)輸?shù)淖詣踊?，?yīng)用領(lǐng)域僅局限于倉庫內(nèi)的物品運(yùn)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(dǎo)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