【正文】 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。 本課題研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)題目為智能避障小車設(shè)計(jì)，主要研究小車的避障功能，小車遇到障礙物時(shí)，當(dāng)距離障礙物大于 40cm， PWM 信號(hào)自增，驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速，小車加速前進(jìn)，當(dāng)小于30cm時(shí)， PWM 信號(hào)自減，驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速，小車減速前進(jìn)，并且小車采取相應(yīng)的避障措施。所以采用超聲波傳感器作為探測(cè)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(guò)多次發(fā)射之后再回到超聲波檢測(cè)端口會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的路程差，從而影響對(duì)距離的 檢測(cè)進(jìn)而影響對(duì)障礙物的較準(zhǔn)確定位。 2 超聲波的避障技術(shù) 小車的避障技術(shù) 超聲波介紹 超聲波是頻率高于 20200 赫茲 的聲波，它方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的 聲能 ，在水中 傳播距離遠(yuǎn)，可用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。超 聲波 因其 頻率 下限大約等于人的聽(tīng)覺(jué)上限而得名。 模糊避障算法設(shè)計(jì) 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的環(huán)境非常復(fù)雜，而且一般情況下是未知的，因此很難建立精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)障礙物的位置。根據(jù)一定控制策略，建立輸入輸出的模糊語(yǔ)言集合和模糊控制規(guī)則。把六個(gè)超聲傳感器的輸入信號(hào)分為左右兩組，每組三個(gè)，即機(jī)器人左邊三個(gè)超聲傳感器為左組，機(jī)器人右邊三個(gè)超聲傳感器為右組。同樣，每次讀入右組三個(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)值作為右邊的輸入，右邊的數(shù)值用 Right 表示。當(dāng)超聲波發(fā)生體壓電晶體的直徑尺寸遠(yuǎn)大于超聲波波長(zhǎng)時(shí)，則晶體所產(chǎn)生的超聲波就類似于光的特性，也就是方向性好。由于頻率很高，所以具有很大的能量。 d）超聲波在人體組織中的衰減： 超聲波在人體組織中傳播時(shí)，其強(qiáng)度捋隨傳播距離的增加而逐漸衰減。超聲波在人體組織中幾乎有 80%被膠原蛋白所吸收。骨質(zhì)的吸收因數(shù)最大 ,衰減也最大 ,超聲很難通過(guò)骨骼進(jìn)行傳播。相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限，聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用 的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。 t/2。 超聲波測(cè)距誤差分析 根據(jù)超聲波測(cè)距公式 L=C T，可知測(cè)距的誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測(cè)量距離傳播的時(shí)間誤差引起的時(shí)間誤差： 當(dāng)要求測(cè)距誤差小于 1mm 時(shí)，假設(shè)已知超聲波速度 C=344m/s (20℃室溫 )，忽略聲速的傳播誤差。 在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測(cè)量距離的傳播時(shí)間差值精度只要在達(dá)到微秒級(jí)，就能保證測(cè)距誤差小于 1mm的誤差。 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng) 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，是利用單片機(jī)編程產(chǎn)生頻率為 40kHz 的方波，經(jīng)過(guò)發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路放大，使超 聲波傳感器發(fā)射端震蕩發(fā)射超聲波。其系統(tǒng)框圖如圖 所示。當(dāng)收到超聲波的反射波時(shí)，在接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在單片機(jī)的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離，結(jié)果輸出給 LCD 顯示。許多超聲波測(cè)距系統(tǒng)都采用這種設(shè)計(jì)方法。 超聲波衰減的原因主要有三個(gè)： a)擴(kuò)散衰減：超聲波在傳播中，由于聲束的擴(kuò)散，使能量逐漸分散，從而使單位面積內(nèi)超聲波的能量隨著傳播距離的增加而減小，導(dǎo)致聲壓和聲強(qiáng)的減小。 散射主要在粗大晶粒（與波長(zhǎng)相比）的界面上產(chǎn)生。 c)粘滯衰減：聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的粘滯性而造成質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)壁摩擦，從而使一部分聲能變?yōu)闊崮堋Ｓ山橘|(zhì)吸收引起的衰減叫做粘滯衰減。系統(tǒng)方框圖如 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(hào)，利用外中斷 0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)，顯示電路采用簡(jiǎn)單的 4位共陽(yáng) LED 數(shù)碼管，斷碼用 74LS244，位碼 用 8550 驅(qū)動(dòng)。計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，通過(guò)換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。原理方框圖如圖 所示。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分 支，也是一種非?；钴S 單片機(jī)控制模塊 超聲波測(cè)距模塊 驅(qū)動(dòng)模塊 顯示模塊 超聲波避障系統(tǒng) 且頗具生命力的機(jī)種。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)。 圖 原理圖 元器件介紹 STC89C52 主控芯片 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROMFlash Programable Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機(jī)。 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。 c)工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工 作頻率1 2 3 4ABCD4321DCBAE A / V P P31X119X218RE S E T9RD / P 3 717W R / P 3616P 32 / IN T 012P 33 / IN T 113P 34 / T 014P 35 / T 115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P RD G30P 31 / T X D11P 30 / R X D10UA T 8 9 S 5 2P1P 5 2 1P2P 5 2 1P3P 5 2 1P4P 5 2 15 IN 17 IN 21 0 IN 31 2 IN 46 E N A1 1 E N B8 G N DV S S 9V S 4O U T 0 2O U T 1 3O U T 2 13O U T 3 14S E N S E A 1S E N S E B 15RL 2 9 8V C CD1D I O D ED2D I O D ED3D I O D ED4D I O D ED5D I O D ED6D I O D ED7D I O D ED8D I O D EY11 1 . 0 5 9 M H ZC1C A PC2C A PV C C1234J1C O N 4V C CC7C A PC4CAP+ C5CAPACITOR POL+ C6C A P A C I T O R P O L+ C3C A P A C I T O R P O LS1S W P BV C C12345678910111213141516SC O N 1 6R9R E SR1R E SR2R E SR3R E SR4R E SV C CV C CR71 0 KV C C123456789JPC O N 9V C CP 2 5P 2 6P 2 7P 0 0P 0 1P 0 2P 0 3P 0 4P 0 5P 0 6P 0 7P 2 6P 0 0P 0 1P 0 2P 0 3P 0 4P 0 5P 0 6P 0 7P 0 0P 0 1P 0 2P 0 3P 0 4P 0 5P 0 6P 0 7P 2 7P 2 51234J2C O N 4V C CV C CP 3 2P 3 0P5P 5 2 1R6R E SP6P 5 2 1R5R E SV C CV C CP 14P 15P 16P 17P36P37P 36P 37P 14P 15P 16P 17P 30P 32Q1P N PR8R E SV C CU1B U Z Z E R可達(dá) 48MHz。 e)片上集成 512 字節(jié) RAM。 g)ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程無(wú)需專用編程器），無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完 成一片。 i)具有看門(mén)狗功能。即定時(shí)器 T0、 T T2。 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。 n)PDIP 封裝。 空閑模式：典型功耗 2mA 典型功耗。 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備。 VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V 電源 GND(Pin20)：接地線 b) 外接晶振引腳（ 2根）。 RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 d)可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根）。 PO 口（ Pin39～ Pin32）： 8位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ 超聲波測(cè)距模塊 超聲波測(cè)距是通 過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差 t,然后求出距離 S=Ct/2，式中的 C 為超聲波波速。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。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。超聲波測(cè)距模塊原理圖如圖 所示。 表 模塊參數(shù)介紹表 電氣參數(shù) US100超聲波測(cè)距模塊 工作電壓 DC 靜態(tài)電流 2MA 工作溫度 20~~+70度 輸出方式 電平或 UART(跳線帽選擇