摘要
针对盲人行走过程中无法了解到前方是否存在障碍物的问题，本文设计了一种新型的基于单片机控制的盲人自动避障装置，且该装置带有语音提醒功能。本方案通过超声波的发送和接收来检测前方一段距离内是否有障碍物存在，若有，则语音提醒模块发出提醒信息。语音电路根据障碍物距离发出不同频率的报警声音，以提醒使用者。此时使用者可按下按键，报警响声中断。报警声响起时，电路板上的LED灯会亮起，以提醒路人让路。
本文所采用的主要芯片有超声波测距模块US-100,语音芯片ISD4004,音频功放TDA2822。
本装置的设计所采用的主要方法是：采用两个超声波模块进行测距，其中一个模块的超声波探头垂直向下，另一个模块的超声波探头斜向下。二者夹角为60°。由于超声波模块US-100的测距范围是：2㎝-450㎝。因而采用这样的方式进行测距，水平测距范围是0.6㎝-389㎝。采用这样的方法进行测距与只采用一个超声波模块平行进行测距相比较的优点是：（1）当前方的有坑时，也能检测出来并及时报警（2）能检测到高于地面的所有障碍物。语音芯片ISD4004可存储8分钟的录音时间，本芯片录了四段录音：当离障碍物389㎝-200㎝时播放第一段录音，当离障碍物200㎝-100㎝时播放第二段录音，当离障碍物100㎝-0㎝时播放第三段录音，当前方有坑或沟时播放第四段录音。
通过多次实物验证，能实现预期目标。
本文是在基于单片机控制的超声波测距原理的基础上，配以其他的外围电路来实现避障功能的。此装置简单实用且便携，设计在很大程度上解决了盲人行走中的安全问题。
关键字：单片机AT89S52；超声波测距US-100；语音提醒ISD4004；音频功放TDA2822
Abstract
In view of the problem that the blind can’t understand whether there are obstacles in front during walking, a new obstacle-avoidance automatic device was designed, which is based on single-chip. In addition, it has the function of voice-reminding. The scheme is by means of ultrasonic’s sending and receiving to detect a distance ahead whether there exist within the obstacles. If any, voice reminder module is a reminder. Voice reminder module sends the frequency of alarm sound according to the different obstacle distance, to remind the user. At this time the user can press the set key, alarm sound interruption. When alarm sound up, the circuit boards will light up LED to warn the stranger for its way.
This paper provides the chips have ultrasonic ranging module US-100, ISD4004 voice chip, TDA2822 audio power amplifier.
The design of this device with main method is: the two ultrasonic module sequence, one of the modules of ultrasonic probe vertically down, the other a module of ultrasonic probe inclined down. Both an Angle of 60 °. Because of the ultrasonic module US-100 range is: 2
㎝-450 ㎝. So it is this way sequence, level range is 0.6 ㎝range-389 ㎝. Using such methods and only use a range of ultrasonic module parallel sequence advantage is: the current party there pits, also can test out and even the police. ISD4004 voice chip can be stored 8 minutes recording time, the chip to record four recording: when the obstacles 389 ㎝-200 ㎝played the first recording, when the obstacles 200 ㎝-100 ㎝played the second recording, when the obstacles 100 ㎝-0 ㎝played the third recording, the current party a pit or groove fourth recording played.
This paper is based on single chip microcomputer control on the basis of the principle of ultrasonic ranging, match with other peripheral circuit to achieve obstacle avoidance of the function. This device is simple and applicable portable, in the very great degree the blind man walk to solve the security issue.
Keywords:Monolithic integrated circuit AT89S52; Ultrasonic ranging US-100; V oice remind ISD4004; TDA2822 audio power amplifier
目录
摘要.................................................................... I Abstract ................................................................. II 1 前言. (1)
1.1设计的目的和意义 (1)
1.2 盲人避障技术的研究现状 (2)
2 设计所用的主要技术 (3)
2.1 硬件技术 (3)
2.2 软件技术 (3)
3 系统设计 (5)
3.1 总体框架 (5)
3.2 各个模块的工作流程 (5)
3.3 系统的软件流程图 (5)
3.4 系统各个模块的设计 (6)
3.4.1 超声波测距模块 (6)
3.4.2 语音模块设计 (11)
3.4.3 音频功放模块 (16)
3.4.4 单片机最小系统及其简单应用 (19)
4 测试部分 (24)
4.1 实验方法 (24)
4.1.1 超声波测距的方法 (24)
4.1.2语音芯片的使用方法 (26)
4.1.3 TDA2822的使用方法 (27)
4.2 实验对象 (28)
4.2.1超声波测距模块 (28)
4.2.2 语音电路的使用情况 (28)
4.3 软件设计思想 (28)
5 实验结果分析与展望 (30)
5.1实验结果分析 (30)
5.2实验结果展望 (30)
参考文献 (32)
致谢 (33)
附录A (34)
附录B (41)
1 前言
1.1设计的目的和意义
在我们日常生活中，盲人的生活有诸多不便，其中一个就是盲人在行走过程无法了解到前方是否有障碍物存在，难免出现撞到障碍物的情况。针对这个问题，本次设计致力于设计一种新型的基于单片机控制的盲人自动避障装置。
该装置的功能是：通过超声波测距的原理来检测前方一段距离内是否有障碍物或者坑存在，若有，则语音提醒模块发出提醒信息。语音电路会根据障碍物距离的不同发出不同频率的报警声音，以提醒使用者。此时使用者可按下按键，报警响声中断。报警声响起时，电路板上的LED灯会亮起，以提醒路人让路。
本设计检测障碍物所基于的基本原理就是超声波测距的原理。超声波测距方法主要有相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间法三种。其中，相位检测法精度高，但检测范围有限; 声波幅值检测法易受反射介质的影响。因此，当前超声波测距一般使用渡越时间法。本设计所采用的就是渡越时间法。超声波测距的工作原理: 发射换能器向外发射超声波，超声波在介质中传播，遇到障碍物后反射，产生回波，接收换能器接收回波。渡越时间法就是通过检测发射超声波与接收回波之间的时间差，求出目标障碍物距信号发射源的距离。
本设计所采用的安全避障技术对于很多检测和识别技术的研究也有一定的参考价值。障碍物与物体之间距离的获得是研究安全避障的前提。超声波测距可以直接测量近距离目标，纵向分辨率高，适用范围广，方向性强，并具备不受光线、烟雾、电磁干扰等因素影响，且覆盖面较大等优点。目前，超声波测距凭借其原理简单、易于实现以及成本低等优点，在液位测量、移动机器人定位和避障、汽车防撞和曲面仿形检测等领域得到了广泛的应用且前景广阔。在本设计中对所要求测量范围0.6cm~389cm内的平面物体做了多次测量发现，其最大误差为0.5cm，可见基于单片机设计的超声波测距系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。因此，它不仅可用于盲人自动避障，还可用在其它检测系统中。
由于盲人出行时必需手持盲杖不停地探测道路情况，并且使用及携带盲杖很不方便，使用盲杖经常会打到人造成不必要的麻烦，辅助盲人出行的盲道利用率很低，大多被非法占用导致不能正常使用。此作品可以令盲人不必再依靠盲杖进行障碍的探测，从而避免了使用和携带盲杖所带来的不便。此装置简单实用且便携，设计在很大程度上解、决了盲人行走中的安全问题，具有实用价值。
1.2 盲人避障技术的研究现状
盲人避障技术的关键是非接触式检测技术，随着传感器和单片机控制技术的不断发展，非接触式检测技术已经在不断完善。以往的盲人避障技术设计中常使用红外线探测障碍物的存在与否，但是在实际应用中，红外干扰源较多；而且在有反射光的情况下，由于光线的干扰，很容易判断失误，出现虚警。因此，有些设备在发射信号时，改进为发送一串连续的红外脉冲，然后接收反射的信号。如果接收到的红外脉冲数量超过某一门限值时，就判断障碍存在。这种方法尽管在一定程度上可以降低虚警率，但在较强的反射光和使用电子镇流器方式的日光灯起辉时，仍很容易出现干扰现象。还有其他典型的非接触式检测方法有CCD探测、雷达检测、激光检测、超声波检测等其中，CCD探测具有使用方便无需信号发射源,同时获得大量的场景信息等特点，但视觉检测需要额外的计算开销。雷达检测具有全天候工作，适合于恶劣的环境中进行短距离高精度检测的优点，但容易受电磁波干扰。激光检测具有高方向性、高单色性、高亮度、测量速度快等优势，尤其是对雨雾有一定的穿透能力，抗干扰能力强，但其成本高数据处理复杂。与前几种检测方式相比，超声波检测可以直接测量近距离目标，纵向分辨率高，适用范围广，方向性强，并具备不受光线烟雾电磁干扰等因素影响，且覆盖面较大等优点，目前超声波检测已普遍应用在液位测量移动机器人定位和避障等领域，应用前景广阔。
超声波检测作为非接触式检测技术的典型方法之一，以其价格低廉、信号处理可靠、不受电磁、天气影响等优势，必将拥有广阔的市场前景。综合分析国内超声波研究现状，本文对超声波检测研究趋势做以下三点展望:1) 目前，超声波换能器多采用压电陶瓷材料和磁致伸缩材料来制造。这两种材料制造的换能器存在一定的阻抗失配问题，即在驱动脉冲结束后，由于惯性会继续振动产生盲区，进而影响系统的测量精度。因此，超声换能器制造材料的改进是超声波检测技术发展的一个重要方向。2) 随着回波信号处理方法的逐渐完善，选择更合理的超声波发射脉冲、研发更高性能的超声波换能器，来提高超声波测距系统的有效作用距离、分辨力、测量精度和抗干扰性等性能，是超声波测距理论的又一个重要研究方向。3) 此外，基于超声波检测、CCD 探测、雷达检测、激光检测等多种非接触式检测技术均具有各自优点。本文认为将多种非接触式传感器合理地冗余复合使用，充分发挥各检测方法的优势，可以得到更精确的检测结果，这也将成为检测技术发展的一个热点。
此作品结合了超声波检测及单片机技术，能够准确识别障碍并出相应判断，提示盲人躲避障碍，与其他盲人避障装置相比具有轻便、准确、操作简单和性价比高的特点。
2 设计所用的主要技术
2.1 硬件技术
由于本设计是基于单片机控制的采用超声波测距原理进行测距的盲人自动避障系统，并且该系统具有语音提醒功能。所以本作品采用的主要芯片有超声波测距模块US-100,语音芯片ISD4004,音频功放TDA2822。系统的关键技术问题是障碍物的距离检测，和语音提醒技术，单片机控制技术。系统采用了超声波传感器进行4.5米以内的距离测量。超声波测距的方法为渡越时间法，发射换能器不断超声波脉冲，声波遇到障碍物后反射回来被接收换能器接收，根据声速及时间差计算出障碍物的距离。在电子线路方面，采用了超声波测距模块，实现了障碍的自动检测。在语音提醒方面，采用语音芯片，其模拟音频输出经功放电路放大，输出音量大，吐字清晰。在单片机应用方面采用单片机的定时器和外部中断实现超声波的准确发送和接收；采用单片机I/O口模拟串口，传送语音合成数据。
本装置的设计所采用的主要方法是：采用两个超声波模块进行测距，其中一个模块的超声波探头垂直向下，另一个模块的超声波探头斜向下。二者夹角为60°。由于超声波模块US-100的测距范围是：2㎝-450㎝。因而采用这样的方式进行测距，水平测距范围是0.6㎝-389㎝。采用这样的方法进行测距与只采用一个超声波模块平行进行测距的好处是：当前方的有坑时，也能检测出来并即使报警。语音芯片ISD4004可存储8分钟的录音时间，本芯片录了四段录音：当离障碍物389㎝-200㎝时播放第一段录音，当离障碍物200㎝-100㎝时播放第二段录音，当离障碍物100㎝-0㎝时播放第三段录音，当前方有坑或沟时播放第四段录音。
2.2 软件技术
系统的软件设计采用C语言，可以大大提高程序编写时的效率。设计的关键是如何利用单片机控制超声波模块US-100和ISD4004语音芯片。以便超声波模块能够有效的控制超声波的发送、接收以及正确计算障碍物的距离，以及能够控制语音芯片进行正确的录放。
软件实现的功能包括:
(1) 控制超声波的发送与接收以及信号的实时采集实现超声波测距的计算；
(2) 实现语音芯片的功能，能够有效地进行录放和复位；
(3) 遇到障碍物时能够根据障碍物的距离，播放不同的语音提示内容；
(4)语音提醒的同时LED灯亮，提醒路人让路；
(5)盲人按下按键，使语音提醒停止。
通过软件技术的应用希望能够实现一个用户界面美观，交互性好，功能齐全，具有以上几种基本的控制功能的装置。由于技术水平的限制，软件所能够实现的功能可以更加的完善。还可以使得该装置能够进一步完善化，人性化，尽量符合盲人的使用习惯。
3 系统设计
3.1 总体框架
基于电路设计的要求，盲人自动避障电路主要由以AT89S52为主CPU为核心的单片机最小系统、语音电路、音频功放、超声波发射电路以及超声波接收电路组成。
图3-1 系统的总体框图
3.2 各个模块的工作流程
图3-2 各个模块的工作流程
3.3 系统的软件流程图
本作品采用的主要芯片有超声波测距模块US-100,语音芯片ISD4004，以及单片机AT89S52。所以系统的软件程序部分包括：主程序，超声波模块子程序，语音模块程序。软件分为两部分，主程序和中断服务程序，如图3-3，3-4，3-5所示。主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。定时中断服务子程序完成两个方向超声波的轮流发射，外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作。
图3-3主程序流程图 图3-4外部中断服务子程序 图3-5 定时中断服务子程序
3.4 系统各个模块的设计
3.4.1 超声波测距模块
US-100超声波测距模块可实现2cm~450㎝的非接触测距功能，拥有2.4~5.5V 的宽电压输入范围，静态功耗低于2mA ，自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有GPIO ，串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠。、
（1） 超声波测距模块的主要技术参数
表 3-1 超声波模块的主要技术参数
电气参数超声波测距
工作电压DC 2.4V~5.5V
静态电流2mA
工作温度-20~+70度
输出方式电平或UART（跳线帽选择）感应角度小于15度
探测距离2cm-450cm
探测精度0.3cm+1%
UART模式下串口配置波特率9600，起始位1位，停止位1位，数据位8位，无奇偶校验，无流控制。
（3）超声波模块的内部结构图
模块内部的超声波发射电路是由非门构成的一个振荡器发送电路，用非门构成的电路简单，调试容易。很容易通过软件控制。图中把两个非门的输出接到一起的目的是为了提高其吸入电流，电路驱动能力提高。发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。
图3-6由非门构成的超声波发射电路
超声波接收包括接收探头，信号放大以及波形变换电路三部分，超声波接收探头必须与发送探头相同的型号，否则可能导致接收效果甚至不能接收。由于超声波接收探头的信号非常弱，所以必须用放大器放大，放大后的正弦波不能被微处理器处理，所以必须经过波形变换。本次设计为了降低调试难度，减少成本，提供系统可靠性，所以我们采用了一种用在彩色电视机上面的一种红外接收检波芯片CX20106，由于红外遥控的中心频率在38KHz，和超声波的40KHz很接近，所以可以用来做接收电路。CX20106是日本索尼公司的产品，采用单列8引脚的直插式封装，内部包含自动偏置控制电路、前置放大电路、带通滤波、峰值检波、积分比较器、斯密特整形输出电路，配合少量外接元件就可以对38KHz左右的信号的接收与处理。
图 3-7 CX20106构成的接收电路
（4）超声波模块接口说明
本模块共有两个接口:模式选择跳线和5 Pin接口。
模式选择跳线接口如图3-8所示。模式选择跳线的间距为2.54㎜，当插上跳线帽时为UART（串口）模式，拔掉时为电平触发模式。
图 3-8 模式选择跳线接口
5 Pin接口为2.54㎜间距的弯排针，如图3-9所示：
图 3-9 5 pin 接口
从左到右依次编号1,2,3,4,5。它们的定义如下：
●1号Pin：接VCC电源（供电范围2.4V~5.5V）。
●2号Pin：当为UART模式时，接外部电路UART的TX端；当为电平触发
模式时，接外部电路的Trig端。
●3号Pin：当为UART模式时，接外部电路UART的RX端；当为电平触发
模式时，接外部电路的Echo端。
●4号Pin：接外部电路的地。
●5号Pin：接外部电路的地。
（5）电平触发测距工作原理
在模块上电前，首先去掉模式选择跳线上的跳线帽，使模块处于电平触发模式。电平触发测距的时序如图3-8所示：
10US高电平
触发信号
发射探头发出信号
模块获得发射与接收的时间差
模块启动温度传感器测温
输出回响信号
根据环境温度对测量结果进
行校正输出，距离更准确
测量当前环境温度值
循环发出8个40KＨＺ脉冲
原始的测距结果
温度校正后，回响电平宽度只与
距离有关，与环境温度无关。
图3-10 US-100测距时序图
图3-10表明：只需要在Trig/TX管脚输入一个10US以上的高电平，系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到回波信号后，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行校正，将校正后的结果通过Echo/RX输出。
在此模式下，模块将距离值转化为340m/s时的时间值的2倍，通过Echo端输出一高电平，可根据此高电平的持续时间来计算距离值。即距离值为：(高电平时间*340m/s)/2。（注：因为距离值已经经过温度校正，此时无需再根据环境温度对超声波声速进行校正，即不管温度多少，声速选择340m/s即可。）
（6）串口触发测距工作原理
在模块上电前，首先插上模式选择跳线上的跳线帽，使模块处于串口触发模式。串口触发测距的时序如图3-11所示：
在此模式下只需要在Trig/TX管脚输入0X55（波特率9600），系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到回波信号后，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行校正，将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。输出的距离值共两个字节，第一个字节是距离的高8位（HDate），第二个字节为距离的低8位（LData），单位为毫米。即距离值为（HData*256 +LData）mm。
通过TX发送0X55
触发信号
发射探头发出信号
模块获得发射与接收的时间差
模块启动温度传感器测温
输出回响信号
根据环境温度对测量结果进行校正，
距离更准确，然后通过串口RX输出
测量当前环境温度值
循环发出8个40KＨＺ脉冲
原始的测距结果
温度校正后，回响电平宽度只与
距离有关，与环境温度无关。
串口通信协议：波特率9600，起始位1位，停止位
1位，数据位8位，无奇偶校验，无流控制
图3-11 串口触发测距时序图
1. “超声波P89LPC932A1FDH电平触发测距”：将超声波模块插入“US100_使用参考”
中J501_Trig中，同时拔掉模块中的跳线子。
2. “超声波P89LPC932A1FDH串口测距”：将超声波模块插入“US100_使用参考”中J601_UART中，同时插上模块中的跳线子。
3. “超声波测距测温二合一”：
1）电平触发测距模式：拔掉US100上的模式选择跳线，将模块插入J501_Trig 中，然后闭合“US100_使用参考”拨码开关S401的1,6位。
2）UART测距模式：插上US100上的模式选择跳线帽，将模块插入J601_UART 中，然后闭合“US100_使用参考”拨码开关S401的2,5位。
3.4.2 语音模块设计
（1）ISD4004系列语音芯片介绍
本系统采用的是ISD4004系列的语音芯片：ISD4004 系列工作电压3V,单片录放时间
8 至16 分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度
多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI 或Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和"金属声"。采样频率可为 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100 年(典型值),反复录音10 万次。
ISD4004 系列单片语音录放功能介绍：
●单片8 至16 分钟语音录放
●内置微控制器串行通信接口
●3V 单电源工作
●多段信息处理
●工作电流25-30mA,维持电流1μA
●不耗电信息保存100 年(典型值)
●高质量、自然的语音还原技术
●10 万次录音周期(典型值)
●自动静噪功能
●片内免调整时钟,可选用外部时钟
表3-2 ISD系列语音芯片参数说明
型号时间输入采样典型带宽最大段数最小段长外部钟频
ISD4004-
08 8分钟8.0kHz 3.4kHz 1200 200ms
1024.0kH
z
ISD4004-
10
10分钟 6.4kHz 2.7kHz 1200 250ms 819.2kHz
ISD4004-
12
12分钟 5.3kHz 2.3kHz 1200 300ms 682.7kHz
ISD4004-
16
16分钟 4.0kHz 1.7kHz 1200 400ms 512.0kHz （2） ISD4004语音芯片引脚描述
图3-12 ISD4004语音芯片引脚图
电源:(VCCA,VCCD) 为使噪声最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线,并且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能
在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。
地线:(VSSA,VSSD) 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。
同相模拟输入：(ANA IN+) 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时,信号由耦合电容输入,最大幅度为峰峰值32mV,耦合电容和本端的3KΩ电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时,信号最大幅度为峰峰值16mV，为ISD33000 系列相同。
反相模拟输入：(ANA IN-) 差分驱动时,这是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入,最大幅度为峰峰值16mV
音频输出：(AUD OUT) 提供音频输出,可驱动5KΩ的负载。
片选(SS)：此端为低,即向该ISD4004 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。
串行输入：(MOSI) 此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个周期将数据放到本端,供ISD 输入。
串行输出：(MISO) ISD 的串行输出端。ISD 未选中时,本端呈高阻态。
串行时钟：(SCLK) ISD 的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步MOSI 和MISO 的数据传输。数据在SCLK上升沿锁存到ISD,在下降沿移出ISD。
中断：(/INT) 本端为漏极开路输出。ISD 在任何操作(包括快进)中检测到EOM 或OVF 时,本端变低并保持。中断状态在下一个SPI 周期开始时清除。中断状态也可用RINT 指令读取。OVF 标志----指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。EOM 标志----只在放音中检测到内部的EOM 标志时,此状态位才置1。
行地址时钟：(RAC) 漏极开路输出。每个RAC 周期表示ISD 存储器的操作进行了一行(ISD4004 系列中的存贮器共2400 行)。该信号175ms 保持高电平,低电平为25ms。快进模式下,RAC 的218.75μs 是高电平,31.25μs 为低电平。该端可用于存储管理技术。
外部时钟：(XCLK) 本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校,误差在 +1%内。商业级芯片在整个温度和电压范围内, 频率变化在+2.25%内。工业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在-6/+4%内,此时建议使用稳压电源。若要求更高精度,可从本端输入外部时钟(如前表所列)。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定,故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要,因内部首先进行了分频。在不外接地时钟时,此端必须接地。
自动静噪：(AMCAP) 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于养活无信号(静音)时的噪声。通常本端对地接1mF 的电容,构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较,决定自动静噪功能的翻转点。大信号时,自动静噪电路不衰减,静音时衰减6dB。1mF 的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端接VCCA 则禁止自动静噪。
（3） SPI（串行外设接口）
ISD4004 工作于SPI 串行接口。SPI 协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微控制器的SPI 移位寄存器在SCLK 的下降沿动作,因此对ISD4004 而言,在时钟止升沿锁存MOSI 引脚的数据,在下降沿将数据送至MISO 引脚。协议的具体内容为：
1.所有串行数据传输开始于SS 下降沿。
2.SS 在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平。
3.数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出。
4.SS 变低,输入指令和地址后,ISD 才能开始录放操作。
5.指令格式是(8 位控制码)加(16 位地址码)。
6.ISD 的任何操作(含快进)如果遇到EOM 或OVF,则产生一个中断,该中断状态在下一个SPI 周期开始时被清除。
7.使用"读"指令使中断状态位移出ISD 的MISO 引脚时,控制及地址数据也应同步从MOSI 端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。当然,也允许在一个SPI 周期里,同时执行读状态和开始新的操作(即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容)。
8.所有操作在运行位(RUN)置1 时开始,置0 时结束。
9.所有指令都在SS 端上升沿开始执行。
10.信息快进：用户不必知道信息的确切地址,就能快进跳过一条信息。信息快进只用于放音模式。放音速度是正常的1600 倍,遇到EOM 后停止,然后内部地址计数器加1,指向下条信息的开始处。
11.上电顺序：器件延时TPUD(8kHz 采样时,约为25 毫秒)后才能开始操作。因此,用户发完上电指令后,必须等待
TPUD,才能发出一条操作指令。
例如,从00 从处发音,应遵循如下时序:
1. 发POWERUP 命令;
2. 等待TPUD(上电延时);
3. 发地址值为00 的SETPLAY 命令;
4. 发PLAY 命令。
器件会从此00 地址开始放音,当出现EOM 时,立即中断,停止放音。
如果从00 处录音,则按以下时序:
1. 发POWER UP 命令;
2. 等待TPUD(上电延时);
3. 发POWER UP 命令
4. 等待2 倍TPUD;
5. 发地址值为00 的SETREC 命令;
6. 发REC 命令。
器件便从00 地址开始录音,一直到出现OVF(存贮器末尾)时,录音停止。
表3-3 指令表
指令8 位控制码<16 位地址> 操作摘要
POWERUP 00100XXX
指令使放音继续
PLAY 11110XXX< XXXXXXXXXXXXXXXX > 从当前地址开始放音(直至EOM 或
OVF)
SET REC 10100XXX
指令录音继续
REC 10110XXX< XXXXXXXXXXXXXXXX > 从当前地址开始录音(直至OVF 或停
止)
SET MC 11101XXX
指令快进继续
MC 11111XXX< XXXXXXXXXXXXXXXX > 执行快进,直到EOM.若再无信息,则
进入OVF 状态
STOP 0X110XXX< XXXXXXXXXXXXXXXX > 停止当前操作
STOP WRDN 0X01XXXX< XXXXXXXXXXXXXXXX > 停止当前操作并掉电
RINT 0X110XXX< XXXXXXXXXXXXXXXX > 读状态:OVF 和EOM
注：快进只能在放音操作开始时选择。
（4）ISD语音芯片内部框图
图3-13 ISD语音芯片内部框图
（5）ISD4004语音模块硬件电路图
语音录放模块的硬件电路如图3-14所示。麦克风，用于录入语音，可完成普通的现场录音。在放音电路中，输出端选用低电压通用集成功率放大器TDA2822的典型应用电路作为扬声器LS1的驱动电路。
图3-14 语音录放模块硬件电路
3.4.3 音频功放模块
TDA2822是小功率集成功放，其特点是：工作电压低，低于1.8V时仍能正常工作，集成度高，外围元件少，音质好。TDA2822广泛应用于收音机、随身听、耳机放大器等
摘要 在日常生活中，盲人属于弱势群体，行动及其不方便，外出行走时需要用拐杖或类似的代替物，这样既不方便同时存在安全隐患。 本系统具有辅助盲人进行避障的功能，利用了HY-SRF05超声波模块进行超声波检测、采用ISD4004语音模块作为语音提示，结合单片机系统实现超声波测距语音报警的功能。文中对超声波测距原理、硬件电路结构和单片机软件系统等进行了论述，还对系统性能进行了可行性分析。 本系统具有成本低，可靠性强，较好便携性，安装使用方 便等优点，具有人机交互等智能化功能，为广大盲人朋友提供 了一种新型的避障辅助器材，具有一定的市场推广空间。 关键词：HY-SRF05超声波模块、ISD4004语音模块、单片机系统、智能避障
目录 摘要.................................................... I 1. 引言 (1) 2. 超声波测距基本原理 (1) 3. 系统硬件设计 (2) 3.1 系统要求 (2) 3.2 系统结构 (2) 3.3 主要器件资料 (3) 3.4 硬件电路 (8) 4.单片机程序设计 (9) 4.1程序及算法分析 (9) 4.2程序流程图 (11) 4.3程序代码 (12) 5.Proteus仿真 (18) 6.系统调试 (20) 6.1实验测试 (20) 6.2实验数据 (20) 6.3误差分析与改进 (21) 7.市场前景与开发价值 (22) 8.参考文献 (23)
盲人智能避障系统 1.引言 对于正常人来说，也许避开前方的障碍物是很自然的，但是 对于盲人来说,这就不是一件容易的事情了。本作品设计了一种 帮助盲人躲避障碍物的系统，让盲人的生活变得更加轻松。 2.超声波测距基本原理 超声波是指频率高于20khz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。 超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时
目的： 本毕业设计是红外蔽障小车的设计，通过设计使学生系统的熟悉和掌握单片机控制系统设计方面的内容体系、开发流程和程序设计，培养学生具有综合运用所学的理论知识去开拓创新及解决实际问题的能力。培养学生掌握设计题的思想和方法，树立严肃认真的工作作风、培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术文献的能力。同时是为了掌握电路设计的方法和技巧。如何将学习到的理论知识运用到实际当中去，怎样能够活学活用，深入的了解电子元器件的使用方法，了解各种元器件的基本用途和方法，能够灵活敏捷的判断电路中出现的故障，学会独立设计电路，积累更多的设计经验，加强焊接能力和技巧，完成基本的要求。并能完美的完成这次实训。 目录 一、任务书...............................P1 二、引言..............................P2 二、要求与发挥...........................P4 三、设计摘要.............................P6 四、模块方案比较.......................P7 1.避障模块 2.驱动模块
3.控制模块 五、程序设计.........................P9 1.程序流程图 2.程序编写 六、工作原理.........................P13 七、结论............................P13 八、参考文献........................P14 九、毕业设计（论文）成绩评定表.....P15 任务： 利用单片机、红外实现避障，要求具有下述功能： 1.小车前进可以避开（前、左、右）20cm的障碍物； 2.实现下车前进时，不碰障碍物； 3.具有声音播报功能。 引言 随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器、A/D转换器、D/A转换器等多种电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展，目前人
单片机系统 课程设计 成绩评定表 设计课题：自动避障小车 学院名称：电气工程学院 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计地点：31-630 设计时间：
单片机系统课程设计 课程设计名称：自动避障小车 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 课程设计地点：31-630 课程设计时间：
单片机系统课程设计任务书
目录 1概述-------------------------------------------------------------- 4 1.1研究背景----------------------------------------------------- 4 1.2设计思想及基本功能------------------------------------------- 4 2总体方案设计------------------------------------------------------ 4 2.1方案论证----------------------------------------------------- 4 2.2系统框图----------------------------------------------------- 5 2.3总体方案设计------------------------------------------------- 6 3硬件电路设计------------------------------------------------------ 7 3.1电源电路----------------------------------------------------- 7 3.2晶振电路----------------------------------------------------- 8 3.3复位电路----------------------------------------------------- 8 3.4键盘电路----------------------------------------------------- 8 3.5显示电路----------------------------------------------------- 9 3.6超声波测距电路---------------------------------------------- 10 3.7舵机电路---------------------------------------------------- 11 3.8电机驱动电路------------------------------------------------ 11 3.9电机转速测量电路-------------------------------------------- 13 3.10设计PCB和腐蚀电路板--------------------------------------- 14 4系统软件设计----------------------------------------------------- 16 4.1分模块程序设计---------------------------------------------- 18 4.2主程序设计-------------------------------------------------- 20 5系统调试 ------------------------------------------------------- 20 6总结 ----------------------------------------------------------- 22参考文献：------------------------------------------------------- 23附录A硬件电路图------------------------------------------------- 24附录B 源程序 ---------------------------------------------------- 25
毕业设计(论文) 课题名称智能循迹避障小车设计 学生姓名 XXX 学号00000000000000 系、年级专业 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师 XXX 职称讲师 2016年5月18日
摘要 自从首个工业智能设施诞生以来，智能设施的发展已经扩展到了包括机器、刻板、电子、冶金、交通、宇航、国防等产业领域。近年来智能设施水平迅速上升，大大的改变了大多数人类的生活方式。在人类的智能化技术不断飞速进步的过程中，能够取代手动的机器人在更加人性化的同时也越来越智能化。 本文主要讨论了基于单片机的智能循迹避障小车的设计。智能自动循迹制导系统在驱动电路的基础上，实现自动跟踪汽车导线，而智能避障是使用红外传感器测距系统来实现功能来规避障碍。智能寻光避障小车是一种采用了多种传感器，以单片机为核心，电力马达驱动和自动控制为技术，根据程序预先确定的模式，而不是人工管理来实现避障导航的自动跟踪高新技术。这项技术已广泛应用于智能无人驾驶、智能机器人、全自动工厂等许多领域。 这个设计使用STC89C52单片机[1]作为小车的智能核心，使用红外传感器对智能小车跟踪模块识别引导线跟踪，收集模拟信号并将信号转换成为数字信号，使用C 语言编写程序，设计的电路结构简单，易于实现，时效性高。 关键词：智能化；单片机最小系统；传感器；驱动电路
ABSTRACT From the first level of industrial intelligent facilities since birth, the development of intelligent facilities has been broadened to include machinery, electronics, metallurgy, transportation, aerospace, defense and other fields. Intelligent facilities level rising in recent years, and rapidly, significantly changed the way people live. People in the process of thinking, improvement, learning and intelligence of replace the manual machine is more and more. This paper mainly discusses the intelligent tracking based on single chip microcomputer control process of the obstacle avoidance car. Intelligent automatic tracking is based on the driving circuit of the guidance system, to achieve automatic tracking car line; obstacle avoidance is the use of infrared sensor ranging system to realize the function to evade obstacles. Intelligent tracking obstacle avoidance car is a use different sensor , motor drive for power and automatic control technology to realize according to the procedures predetermined mode, not by artificial management can realize the automatic tracking of obstacle avoidance navigation of high and new technology. The technology has been widely used in unmanned intelligent unmanned line, intelligent robot and so on many fields. Using infrared sensors for car tracking module to identify the guide line tracking, collecting analog signal and converts the signal into digital signal; Using C language to write the program, the design of the circuit structure is simple, easy to implement,timeliness is high. Keywords: Intelligent; Single chip microcomputer minimum system; The Sensor; Driver circuit
单片机设计智能避障小车 摘要 利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C51单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由L298N 驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。本文首先介绍了智能车的发展前景，接着介绍了该课题设计构想，各模块电路的选择及其电路工作原理，最后对该课题的设计过程进行了总结与展望并附带各个模块的电路原理图，和本设计实物图，及完整的C语言程序。 关键词：智能小车；51单片机；L298N；红外避障；寻迹行驶 abstract Using infrared detection black and obstacles to the line and STC89C51 microcontroller as the control chip to control the speed of the electric car and steering, so as to realize the function of automatic tracking and obstacle avoidance. Which the car driven by the L298N driver circuit is completed, the speed of the microcontroller output PWM wave control. This article first introduces the development of the intelligent car prospect, then introduces the design idea, the subject selection of each module circuit and working principle of the circuit, the design process of the subject is summarized and prospect with each module circuit principle diagram, and the real figure design, and complete C language program. Key words: smart car; 51 MCU; L298N; infrared obstacle avoidance; track driving
摘要 针对盲人行走过程中无法了解到前方是否存在障碍物的问题，本文设计了一种新型的基于单片机控制的盲人自动避障装置，且该装置带有语音提醒功能。本方案通过超声波的发送和接收来检测前方一段距离内是否有障碍物存在，若有，则语音提醒模块发出提醒信息。语音电路根据障碍物距离发出不同频率的报警声音，以提醒使用者。此时使用者可按下按键，报警响声中断。报警声响起时，电路板上的LED灯会亮起，以提醒路人让路。 本文所采用的主要芯片有超声波测距模块US-100,语音芯片ISD4004,音频功放TDA2822。 本装置的设计所采用的主要方法是：采用两个超声波模块进行测距，其中一个模块的超声波探头垂直向下，另一个模块的超声波探头斜向下。二者夹角为60°。由于超声波模块US-100的测距范围是：2㎝-450㎝。因而采用这样的方式进行测距，水平测距范围是0.6㎝-389㎝。采用这样的方法进行测距与只采用一个超声波模块平行进行测距相比较的优点是：（1）当前方的有坑时，也能检测出来并及时报警（2）能检测到高于地面的所有障碍物。语音芯片ISD4004可存储8分钟的录音时间，本芯片录了四段录音：当离障碍物389㎝-200㎝时播放第一段录音，当离障碍物200㎝-100㎝时播放第二段录音，当离障碍物100㎝-0㎝时播放第三段录音，当前方有坑或沟时播放第四段录音。 通过多次实物验证，能实现预期目标。 本文是在基于单片机控制的超声波测距原理的基础上，配以其他的外围电路来实现避障功能的。此装置简单实用且便携，设计在很大程度上解决了盲人行走中的安全问题。 关键字：单片机AT89S52；超声波测距US-100；语音提醒ISD4004；音频功放TDA2822
基于单片机的智能寻迹小车毕业设计 系统主要由红外避障模块、声控模块、光电寻迹、电机驱动及语音播报模块组成。 采用P89V51单片机作为智能小车控制核心。系统能实现对线路进行寻迹，小 车可以 前进或后退，遇到障碍物可以自行停止并可以实现反向运行，系统可以利用声 音控 制小车的启停。整个系统小巧紧凑，控制准确，性价比高，人机互动性好。 P89V51单片机；红外避障；线路寻迹；直流减速电机 ABSTRACT System is mainly by infrared obstacle avoidance module, voice module, opto-electronics and motor drive tracing module. Used as a single- chip smart car P89V51 control core. System can realize the tracing lines, cars can go forward or backward, encountered obstacles can stop and reverse operation can be achieved, the system can use voice to control the start and stop car. Compact the entire system to control the accurate, cost-effective, good human-computer interaction. KEYWORD: P89V51MCU;Infrared obstacle avoidance；Tracing；DC motor speed 1
自动避障小车 技术报告 前言 设计背景：在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。而在机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。 我们的自动避障小车就是基于这一系统开发而成的。随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。我们的自动避障小车就是自动避障机器人中的一类。自动避障小车可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。
目录 一、设计目标： (3) 二、方案设计： (4) 2.1直流调速系统 (4) 2.2检测系统 (4) 三硬件设计 (5) 3.1、SPCE061A单片机最小系统 (5) 3.1.1．SPCE061A时钟电路 (8) 3.1.2．PLL锁相环 (9) 3.1.3．看门狗Watchdog (9) 3.1.4．低电压复位（LVR） (10) 3.1.5．I/O端口 (10) 3.1.6．时基与定时器 (11) 3.1.7．SPCE061A的定时器/计数器 (11) 3.1.8．ADC、DAC (12) 3.2、超声波传感器 (12) 四软件设计 (16) 4.1软件设计各模块 (16) 4.2速度控制 (17) 4.3障碍物检测 (17) 4.4看门狗 (17) 4.5基频中断 (18)
4.6程序设计流程图 (19) 五：测试数据、测试结果分析及结论 (19) 程序附录 (21) 1．主程序： (21) 2．中断程序 (24) 3、测距程序 (28) 一、设计目标： 1.小车从无障碍地区启动前进，感应前进路线上的障碍物 后，能自动避开障碍物。 2.根据障碍物的位置选择下一步行进方向，选择左拐还是右 拐，若障碍物在左边则自动右拐，若障碍物在右边则左拐，若障碍物在正前方可任意选择左拐或者是右拐，以达到避开障碍物的目的。 3.通过利用单片机内时钟源的控制设定左拐和右拐的时间， 从而能持续前进。 4.为达到速度的可控性，需设置两个独立按键对小车进行控 速。
毕业设计智能循迹避障 小车设计 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
单片机系统课程设计 轮式移动机器人的设计 学院：通信与电子工程学院 班级：电子131 姓名：初清晨 学号： 13 同组成员：孟庆阳张轩 指导老师：王艳春 日期：2015年12月24日
组员分工 1、组长：张轩，实物焊接，报告整理，程序设计 2、组员：孟庆阳，实物焊接，仿真测试，报告整理 3、组员：初清晨，实物焊接，报告整理，仿真测试
目录
摘要 随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等用途。智能电动小车就是其中的一个体现。设计者可以通过软件编程实现它的行进、循迹、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示，无需人工干预。因此，智能电动小车具有再编程的特性，是机器人的一种。 本设计采用AT89S52单片机加电机驱动电路和红外遥控及循迹模块还有红外接收一体化传感器设计而成，采用模块化的设计方案，运用红外遥控器控制小车的前进、后退、左转、右转、启动和停止。 关键词：智能小车；STC89C52单片机；L9110；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Abstract：Based infrared detection of black lines and the road obstacles, and use a STC89C52 MCU as the controlling core for the speed and direction, A electronic drived, which can automatic track and avoid the obstacle, was designed and fabricated. In which, the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52. Keywords: Smart Car; STC89C52 MCU; L298N; Infrared Emitting Diode 第一章绪论 智能小车的意义和作用 自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。 随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传
毕业论文：智能避障小车 摘要 避障是智能小车应具备的基本功能之一以P89C51RA芯片为核心采集前方障碍信息并对智能小车进行控制选用红外避障传感器检测智能小车前方的障碍物设计了智能小车的自动避障系统并阐述其工作原理该系统设计简单成本低实时性好在室环境中取得了预期的实验结果使智能小车无碰撞到达目的地关键词P89C51RA智能红外避障传感器 Abstract The obstacle avoidance is one of the main functions that an independently intelligent carriage should be provided Use the P89C51RA as a key component collecting the environmental information and controlling the intelligent carriage a kind of obstacle avoidance system of intelligent carriage is designed In this system infrared obstacle avoidance sensors are used to detect the barrieswhich are front of distance between the intelligent carriage and the barriers The systems design is simple and has lower cost and better real time features And at the same time this system has obtained anticipated experimental results in the indoor environment That is the intelligent carriage can arrive at the destination without any collision Keywords P89C51RA intelligent infrared obstacle avoidance sensors
海南大学 毕业论文（设计） 题目：基于stm32的智能小车设计学号：20112834320005 姓名：陈亚文 年级：2011级 学院：应用科技学院（儋州校区） 学部：工学部 专业：电子科学与技术 指导教师：张健 完成日期：2014 年12 月 1 日
摘要 本次试验主要分析了基于STM32F103微处理器的智能小车控制系统的系统设计过程。此智能系统的组成主要包括STM32F103控制器、电机驱动电路、红外探测电路、超声波避障电路。本次试验采用STM32F103微处理器为核心芯片，利用PWM技术对速度以及舵机转向进行控制，循迹模块进行黑白检测，避障模块进行障碍物检测并避障功能，其他外围扩展电路实现系统整体功能。小车在运动时，避障程序优先于循迹程序，用超声波避障电路进行测距并避障，在超声波模块下我们使用舵机来控制超声波的发射方向，用红外探测电路实现小车循迹功能。在硬件设计的基础上提出了实现电机控制功能、智能小车简单循迹和避障功能的软件设计方案，并在STM32集成开发环境Keil下编写了相应的控制程序，并使用mcuisp软件进行程序下载。 关键词：stm32;红外探测;超声波避障;PWM;电机控制
Abstract This experiment mainly analyzes the control system of smart car based on microprocessor STM32F103 system design process. The composition of the intelligent system mainly including STM32F103 controller, motor drive circuit, infrared detection circuit, circuit of ultrasonic obstacle avoidance. This experiment adopts STM32F103 microprocessor as the core chip, using PWM technique to control speed and steering gear steering, tracking module is used to detect the black and white, obstacle avoidance module for obstacle detection and obstacle avoidance function, other peripheral extended circuit to realize the whole system function. When the car is moving, obstacle avoidance program prior to tracking, using ultrasonic ranging and obstacle avoidance obstacle avoidance circuit, we use steering gear under ultrasonic module to control the emission direction of ultrasonic, infrared detection circuit is used to implement the car tracking function. On the basis of the hardware design is proposed for motor control function, simple intelligent car tracking and obstacle avoidance function of software design, and in the STM32 integrated development environment under the Keil. Write the corresponding control program, and use McUisp program download software. Keywords：STM32；Infrared detection；Ultrasonic obstacle avoidance；PWM；Motor control
第3章系统总体结构及工作原理 该系统主要以超声波测距为基本测距原理，并在相应的硬件和软件的支持下，达到机器人避障的效果。 3.1机器人总体硬件设计 3.1.1传感器的分布要求 为了全方位检测障物的分布状况，并及时为机器人系统提供全面的数据，可将所需的八个传感器均匀排列在机器人周围，相邻每对传感器互成45度角。为了避免相互干扰，八个传感器以程序运行周期为周期，进行循环测距。传感器排列示意图如下： 图3.1.1 传感器分布图
图3.1.2 硬件设计总体框架图 上图为支持机器人运行实用程序的硬件部分的总体设计框架图，由负责相关任务的同学提供。在超声波信号输入单片机以后，由存储在单片机中的主程序调用避障子程序，根据输入信号执行避障指令，并使相关数据返回主程序，转而提供给电机和LED显示器的驱动程序使用，最后，由电机执行转向指令，结果则显示在LED显示器上。
图3.1.3 软件总体框架图 由上图可知，本文作者负责的超声波避障程序为软件总体设计中的子程序部分。在主程序运行过程中，若调用超声波避障程序，机器人在自行轨迹规划后，将程序处理所得数据送给电机处理成立程序，控制电机动作。具体的避障程序设计将在第4章进行。 3.2超声波测距原理 测距原理：超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测
手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。[8]超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，即：[8] D=ct/2 其中D为传感器与障碍物之间的距离，以m计，c为超声波速度，这里以340m/s计，t为超声波从发送到接收的总时间，以s计。据此原理可以用超声波传感器测得的距离为避障程序提供所需的数据。[8] 第4章轨迹规划算法的实现方案 4.1轨迹规划算法的层次化设计 根据上述材料分析，可以将机器人轨迹规划算法设计分为基础控制层、行为控制层和坐标计算层，三个层次进行。 4.1.1基础控制层设计 基础控制层可定义为基本行为层，这层算法的任务是寻找目标点，并确保机器人可以顺利到达指定目标位。在确定目的地位置的情况下，为了达到上述目的，计算机必须对机器人的方位进行时实计算。应用人工势场法原理，可以将目标点设为引力极，牵引机器人运动。对此动作建立相应的模型，可以使用建立平面坐标作为虚拟势场的方法来给机器人定义方位，将机器人关于目标点的时实偏角作为虚拟引力方向，以确定机器人下一步所需转过的角度，并时实检测，是否已到达目的地，若已到达，则可认为虚拟引力此刻为0，并发出信号控制程序终止运行总体程序。 由此，可确定基础控制层所需的各参数： (1)机器人的时实坐标x, y值，由专门的坐标计算层提供，为了提高精 确度，可以采用厘米为单位制。 (2)机器人的速度v，测量后设为定值使用。 (3)周期T，直接设置为定值使用。 (4)偏转角de，可通过机器人与横坐标之间的夹角pe，减去机器人到目 标点连线与横坐标的夹角E得到。
单片机系统课程设计 令狐文艳 轮式移动机器人的设计 学院：通信与电子工程学院 班级：电子131 姓名：初清晨 学号：2013131013 同组成员：孟庆阳张轩 指导老师：王艳春 日期：2015年12月24日
组员分工 1、组长：张轩，实物焊接，报告整理，程序设计 2、组员：孟庆阳，实物焊接，仿真测试，报告整理 3、组员：初清晨，实物焊接，报告整理，仿真测试
目录 摘要1 第一章绪论2 1.1智能小车的意义和作用2 1.2智能小车的现状3 第二章方案设计与论证3 2.1 主控系统3 2.2 电机驱动模块4 2.3 循迹模块5 2.4 避障模块6 2.5 机械系统7 2.6电源模块7 第三章硬件设计7 3.1 AT89S52单片机的简介8 3.2总体设计11 3.3驱动电路12 3.4信号检测模块13 3.5主控电路14 第四章软件设计15 4.1主程序框图15 4.2电机驱动程序15 4.3循迹模块16 4.4避障模块20 结束语25 致谢26 附录一循迹加红外避障综合程序28 附录二实物图32
摘要 随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等用途。智能电动小车就是其中的一个体现。设计者可以通过软件编程实现它的行进、循迹、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示，无需人工干预。因此，智能电动小车具有再编程的特性，是机器人的一种。 本设计采用AT89S52单片机加电机驱动电路和红外遥控及循迹模块还有红外接收一体化传感器设计而成，采用模块化的设计方案，运用红外遥控器控制小车的前进、后退、左转、右转、启动和停止。 关键词：智能小车；STC89C52单片机；L9110；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Abstract：Based infrared detection of black lines and theroad obstacles, and use a STC89C52 MCU as the controlling core for the speed and direction, A electronic drived, which can automatic track and avoid the obstacle, was designed and fabricated. In which, the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52. Keywords: Smart Car; STC89C52 MCU; L298N;Infrared Emitting Diode 第一章绪论 1.1智能小车的意义和作用 自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。 随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的
工业应用技术学院 本科生毕业设计 题目：基于单片机的自动避障小车设计与实现指导教师：职称：讲师 学生：周红宇学号：1102120515 专业：电气工程及其自动化 院（系）：机电工程学院 答辩日期：年月日 2015年月日
摘要 智能小车是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人，主要是在自动化控制领域，它具有制作成本低，电路结构简单，程序调试方便等优点，具有很强的趣味性。智能小车深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱。 该设计利用单片机STC89C52RC作为主控芯片，该芯片是一种高速、低功耗、抗干扰能力强的芯片，其最高时钟工作频率为48MHz，用户应用程序空间为8K。能够满足程序空间需要。驱动采用L298N驱动芯片，它是一种双全桥步进电机专用芯片，通过对其输入端的控制可以实现小车的启动、转向、停止等动作。为节省成本，小车由两个直流减速电机加一个万向轮构成，并采用后轮驱动。采用了E18-D50NK红外光电开关组成的避障传感器来避障。由于采用了6节干电池供电使系统的抗干扰性得到加强。充分利用STC89C52的系统资源，使智能小车完美的实现了障碍物检测、避开障碍物自动巡航等功能。经实践验收测试，该智能小车的电路结构简单，调试方便，系统反映快速、灵活，设计方案正确、可行，各项指标稳定、可靠。 本文首先介绍了智能车的发展前景，接着介绍了该课题设计构想，各模块电路的选择及其电路工作原理，最后对该课题的设计过程进行了总结与展望,并附带各个模块的电路原理图和本设计实物图及完整的C语言程序。 关键词：智能小车单片机避障红外线
Abstract Smart car is a small robot to accomplish specific tasks by programming, mainly in the field of automation control, it has low production cost, simple circuit structure, debugging convenient, has the very strong interest. Smart car robot lovers as well as by the majority of College students. This design uses STC89C52RC micro controller as the main control chip, the chip is a chip of high speed, low power consumption, strong anti-interference ability, and the maximum clock frequency is 48MHz, the user application space for 8K. To meet the needs of the space program. Driven by the L298N drive chip, it is a kind of dual full bridge stepper motor dedicated chip, the input end of the control can realize the car start, stop, turn. In order to save costs, the car by two DC motor and a universal wheel, and the rear wheel drive. The obstacle avoidance sensor E18-D50NK infrared photoelectric switch to obstacle avoidance. Due to the adoption of the 6 battery supplies power to the anti-interference of the system has been strengthened. To make full use of the system resources of STC89C52, the perfect realization of the intelligent vehicle obstacle detection, obstacle avoidance automatic cruise function. Through the practice of acceptance testing, circuit structure of the smart car is simple, convenient debugging, the system to reflect the rapid, flexible, the design scheme is correct and feasible, stable, reliable indicators. This paper first introduces the development prospects of the smart car, and then introduces the design idea, working principle and circuit of each module circuit, the design process of the project are summarized and prospects, with each module circuit diagram and the design of the physical map and the integrity of the C language program. Keywords: Smart Cars Single-chip Obstacle Avoidance Infrared