超声波避障小车项目研究报告项目组成员：计科专业0901 余恒洋
计科专业0901吴林
生医专业0902 史思总
“智能机器人”创新实践班
2011年5月20日
摘要
Mega16是A VR系列单片机里应用比较广泛的一款，在自动控制领域里享有很高的价值，以其易用性和多功能性受到了广大电子设计及爱好者的好评。本次设计主要是利用arduino板、超声波传感器和L298N完成避障小车的制作，以ATmega16为主控芯片，利用超声波对距离的检测将前方的障碍探测出来并且通过超声波传回的数据进行判断，然后ATmega16发出指令控制电机的转动。
关键词：超声波传感器避障小车 ATmega16
目录
摘要.................................................................................................................... II 1绪论.................................................................................................................... - 1 -1.1 项目研究背景及意义 ................................................................................. - 1 -1.2 项目主要研究内容 ..................................................................................... - 1 -2总体设计方案及论证........................................................................................ - 2 -2.1 总体方案设计 ............................................................................................. - 2 -2.2 硬件设计 ..................................................................................................... - 2 -
2.2.1 电源设计............................................................................................. - 2 -
2.2.2 电机驱动设计..................................................................................... - 3 -
2.2.3 超声波测试模块................................................................................. - 4 -
2.2.4 主控系统设计..................................................................................... - 5 -2.3 软件设计 ..................................................................................................... - 5 -
2.3.1 直流电机控制模块............................................................................. - 5 -
2.3.2 超声波探测模块................................................................................. - 7 -2.4 软件与硬件的整合 ................................................................................... - 10 -
2.4.1 调试超声波模块............................................................................... - 10 -
2.4.2 电机调试........................................................................................... - 10 -3测试.................................................................................................................. - 11 -4结果分析.......................................................................................................... - 12 -5总结.................................................................................................................. - 13 -6参考文献.......................................................................................................... - 14 -7附录................................................................................................................ - 15 -
1绪论
1.1项目研究背景及意义
随着汽车工业的快速发展，关于汽车的研究也越来越受到人们的关注。智能汽车概念的提出给汽车产业带来机遇也带了挑战。汽车的智能化必将是未来汽车产业发展的趋势，在这样的背景下，我们开展了基于超声波的智能小车的避障研究。
超声波作为智能车避障的一种重要手段，以其避障实现方便，计算简单，易于做到实时控制，测量精度也能达到实用的要求，在未来汽车智能化进程中必将得到广泛应用。我国作为一个世界大国，在高科技领域也必须占据一席之地，未来汽车的智能化是汽车产业发展必然的，在这种情况下研究超声波在智能车避障上的应用具有深远意义，这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科技领域占据领先地位具有重要作用。
1.2项目主要研究内容
超声波在距离检测方面的较准确定位。超声波传感器主要发射高频超声波，在遇到障碍物时发生像光一样的反射和散射，在经过多次发射之后再回到超声波检测端口会产生较严重的路程差，从而影响对距离的检测进而影响对障碍物的较准确定位。通过软件内部校准优化消除外部物理条件造成的误差从而达到对障碍物的较准确定位。
2 总体设计方案及论证
2.1 总体方案设计
系统采用ATMEL 的8位微控制器ATmega8单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制,在超声波检测到障碍物之后,主控芯片根据距离值控制直流电机的转动,在转动的方案上将首先尝试左转,在900ms 里面连续转动三次说明前方的障碍不能通过,就控制小车后退,并且向相反的方向转动。系统总体的设计方框图如图2-1所示。
图1.2系统总体方框图
2.2 硬件设计
2.2.1 电源设计
电源部分的设计主要采用7805芯片，使用7805芯片搭建的电路的优点是简单、实用，并且完全能够满足壁障小车单片机控制系统和L298N 芯片的逻辑供电的供电需要。7805芯片有3个引脚，分别为输入IN 端、输出OUT 端和接地GND 端，通常情况下可以提供1.5A 的电流，在散热足够的情况下可以提供
Atmega8 主控模块
直流电机驱动模块
路径检测模块
避障模块
电源模块
图2-2-1 系统总体方案图
大于1.5A的电流。7805芯片的输入电压可以为9V、12V、15V不等，输出电压稳定在5V，正负误差不超过0.2V。7805芯片如图2-2。基于这样的情况再结合电机的工作电压，选取了12Ｖ电源作为7805的输入电源，搭建的电源部分电路如图2-3
图2-1 7805芯片
2.2.2 电机驱动设计
电机驱动部分主要采用一片L298N和主控芯片ATmega16单片机直接相连够成驱动电路。L298N芯片直插式的15个引脚，其中有两个使能端ENA和ENB，两个反馈端SA和SB，四个输入端IN1、IN2、IN3和IN4，四个输出端OUT1、OUT2、OUT3和OUT4，一个接地端GND，一个VSS(5V时性能最好)逻辑电源电压输入端和一个VS(最大承载电压46V，鉴于7805和电机电压，选取12Ｖ电源供电)功率电源电压输入端。L298N可同时驱动两个电机，最大输出电流为2A，鉴于它的良好性能和价格，选取L298N作为电机驱动芯片，L298N芯片如图2-3。ATmega16的PB4、PB5两个端口直接分别与L298N的两个使能端ENA、ENB相连，控制电机转停的目的。PD0~PD3端口分别与L298N的引脚IN1、IN2、IN3、IN4相连通过电平变化控制电机在持续高速状态下的转向。L298N的四个输出端直接与两个电机相连驱动电机。搭建的电机驱动部分电路如图2-4。
图2-3 L298N芯片
图2- 4 电机驱动电路图
2.2.3 超声波测试模块
超声波模块采用现成的ＨＣ－ＳＲ０４超声波模块，该模块可提供2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。实物如下图2-5。其中VCC 供5V 电源，GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出
等四支线。
图2- 5 超声波模块实物图
2.2.4 主控系统设计
主控系统主要采用ATmega16单片机作为中央处理器，系统主要包含ISP 下载端口用于现在单片机程序、超声波连接端口用于和超声波模块的连接输入检测信号和输出指令信号、L298N连接端口用于和驱动电路的连接，输出电机转动信号和各类指示灯用于指示测试信号等。控制系统部分电路如图2-6
图2- 6 主控系统原理图
2.3软件设计
2.3.1 直流电机控制模块
在单片机的应用领域里面，电机控制的方法比较多，主流的控制方案有以下几种：
方案一：串电阻调速系统。
方案二：静止可控整流器。简称V-M系统。
方案三：脉宽调速系统。
旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流，由发电机给需要调速的直流电动机供电，调节发电机的励磁电流即可改变其输出电压，从而调节
电动机的转速。改变励磁电流的方向则输出电压的极性和电动机的转向都随着改变，所以G-M系统的可逆运行是很容易实现的。该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，设备多、体积大、费用高、效率低、维护不方便等缺点。且技术落后，因此搁置不用。
V-M系统是当今直流调速系统的主要形式。它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，可实现平滑调速。V-M系统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。它的另一个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。最后，当系统处于低速运行时，系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流危害附近的用电设备。
采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是，在这里晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。
与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点：
（1）由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。
（2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。
（3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。
根据以上综合比较，以及本设计中受控电机的容量和直流电机调速的发展方向，本设计采用了Mega16单片机的PWM输出调速，结合LM298芯片，能够
实现比较好的控制效果，在小车避障的过程中，也可以直接控制LM298芯片，改变电机的运转情况，实现简易的转向与后退等功能。
电机控制流程图：
2.3.2 超声波探测模块
超声波探测模块HC-SR04的使用方法如下：
IO 口触发，给Trig 口至少10us 的高电平，启动测量； 模块自动发送8个40Khz 的方波，自动检测是否有信号返回；
有信号返回，通过IO 口Echo 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*340）/ 2，单位为m 。
程序中测试功能主要由两个函数完成，即measure()负责启动一次模块的测距，然后由ShouldTurn()确定前方是否有障碍物，根据车体大小及系统的反应，经过测试，取30cm 的反应距离效果较为明显。另外，HC-SR04超声波探测
单片机，LM298芯
片初始化
定时器即使到70ms
？
超声波检测距离
返回时间值大于
2000us ？
Forward （）Turn(LEFT)
是
是
否
否
结束
开始
图2- 7 电机控制流程图
模块探测的间隔周期推荐值是64ms（图2-8），但经过试验，我们发现在我们的小系统中取125ms较为适宜，使主程序有足够的时间来驱动小车前进，而不至于出现前进不流畅的现象。
图2- 8 超声波探测模块时序图
实现中采用定时器0进行定时测量，8分频，TCNTT0预设值0XCE，当timer0溢出中断发生2500次时为125ms，计算公式为（单位：ms）：
T = （定时器0溢出次数 * （0XFF - 0XCE））/ 1000
其中定时器0初值计算依据分频不同而有差异。
超声波探测程序流程图：
图2- 9超声波探测程序流程图
2.4软件与硬件的整合
在本次设计过程中，考虑到各个模块之间的控制复杂性，我们将电机控制，超声波测距分开调试，当两个模块都可以正常工作之后，再将它们结合起来调试，采取了“分而治之”的思想。
2.4.1 调试超声波模块
在调试超声波的时候，主要思想是用定时器检测超声波会送信号维持高电平的时间，用串口示波器将测得的数据显示在串口示波器上，根据返回的结果，确定达到转弯距离以内所需要的时间，然后利用时间控制电机
2.4.2 电机调试
在点击调试的过程中，我们首先将Mega16的PWM输出在示波器上反映出来，确保PWM波的输出正常，并且能够根据用户设定的比较值产生不同形式的输出，在比较匹配发生之后，调节其占空比，实现电机的速度控制，在控制电机转动的时候，采用直接控制LM298芯片的方式，实现左转，右转，后退等功能。
3测试
由于HR-S04对于障碍物的反射面有一定要求，即不能凹凸不平，应尽量平滑，否则测量不会很准确。针对障碍物表面的平整与不平整，我们分别测试了小车的运行情况。当障碍物表面叫平整时，除非是极端的拐角处小车无法退出外（考虑到编程的复杂度以及仅仅是示意模型小车，程序中未记录小车转弯路径），小车能很好的避障；当障碍物表面不是很平整时，结果不能预测，有时小车能较好的转弯，而有时不能，这主要取决于探测模块的探测灵敏度，因为超声波和普通声波一样，有可能经过多次反射后回来的信号已出现偏差，而这程序很难实现辨别。总的说来，小车的运行结果基本达到了预期的效果，实现了演示性的避障功能。
针对以上测试结果我们对控制程序进行了细微的改进，这样考虑：由于小车只有前方一个导向源，当遇到障碍物时而不能通过时会卡死，所以我们想到在程序中设立一个计数器，记录小车探测到障碍物的次数，同时也记下记录到相应次数时所用的总的探测时间，当在短时间内测量次数达到一定数量时说明周围障碍物较多或已堵死在前方，此时让小车后退一段距离然后随机的转一个方向，再继续前进，实践中我们取得探测限制次数为3次，时间为6000us，即3次探测到障碍物的总时间小于6000us时就执行后退功能。经过实际测试，改进后小车避障效果表现的较为出色(当然是在只有前方一个探测器的前提下)，与之前相比有很大的提高，基本不会出现小车不能继续前进的情况，达到了我们预期的效果。
4结果分析
小车经过测试，运行结果良好。硬件上没有错误，主要瓶颈在于探测模块的灵敏度，因为软件完全靠探测模块返回的信号作为依据进行下一步控制的操作，无法确认该信号是否准确。为使小车转弯更加准确与智能，可以有以下改进：
（1）增加对小车转弯次数和每次转弯时前面所经过的时间的记录，这样可以进行回退，使小车显得更智能一些，不过这会增加开发难度，也会要求更多的存储空间及数据处理时间，如果处理器速度不是很快，效果可能不会太明显；
（2）增加探测模块的个数，如左右各增加一个探测器，这样同时检测多个方向，明显改进避障的效果，特别是针对墙角、三面均有障碍物的情况。
5总结
本超声波避障小车的设计基于单片机原理和传感器原理，以ATmega16单片机为主控芯片，采用L298N和12V直流电机为驱动元件，通过软件编程制作了一整套结构完整，功能模块化，反应较为灵敏的超声波避障小车。经过对该避障小车的避障测试实验，实验结果证明该避障小车能够很好的按照预期完成避障动作，并且能够快速运动灵敏避障，效果良好，运行稳定性较好。
但是该超声波避障小车还存在着许多的不足，比如说只能对正前方一定角度内进行探测，使用的是一路超声波而不是多路超声波探测，并且为了简化，默认的只是向同一个方向转弯等，这些都是有待进一步发展和提高的，这与制作者自身的对与障碍检测距离分析、自动控制信号处理、图像处理等诸多技术的有限性分不开的，还需要研究制作者的学习和探索。
本次项目共历时两个月，有充分的时间来准备，但由于我们对所需器件的不熟悉导致花在器件采购上的时间较多，以后需要详细规划好项目预计使用的器材，这样可方便一次购买到位。此外项目的进度控制不是很准确，小组的执行力不够，以致有几次都没能按预计进度完成规定任务，当然技术上本身也有一定难度，但我们认为这不是主要原因，以后我们会强调时间概念，按时并且争取有效率的完成规定阶段的任务。
超声波避障小车的实物主体框架由史思总负责完成，包括硬件电路的设计与焊接和最胡的组装，吴林和余恒洋负责软件上的编写。我们分工比较明确，使得小组各成员能专注于自己的那部分任务，工作完成质量更有保证，并且查错与改错也更容易一些。
我们遇到的困难主要在于对超声波模块的使用方法不了解，实验室的模块并没有配套的资料，而网上也比较难找到它的手册资料，最后我们选择参考模板程序，然后对其进行改进使之适于自己的需求，这样也减少了从头到尾重复编写代码的时间。最初我们考虑到会使用pwm波来控制电机，但后来测试发现我们的小车速度并不快，无需pwm调速都能正常运行，故我们在项目结束时没有考虑pwm的使用，这也使我们的工作大大简化，我们总结得出：能用简单方法解决的问题便不用复杂的技术。
6参考文献
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大学(2009)08-0085-04
7附录
附录一：超声波避障小车原理图
附录二：超声波避障小车PCB图
附录三：小车运行图片
附录四：超声波避障小车程序源代码
附录一：超声波避障小车原理图
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。
江阴职业技术学院项目设计报告 项目：超声波避障小车的设计与制作 专业 学生姓名 班级 学号 指导教师 完成日期
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，它具有制作成本低廉，电路结构简单，程序调试方便等优点。由于具有很强的趣味性，智能小车深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱。 本论文介绍的是具有自动避障功能的智能小车的设计与制作（以下简称智能小车），论文对智能小车的方案选择，设计思路，以及软硬件的功能和工作原理进行了详细的分析和论述。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。
Abstract Smart cars can be programmed to perform a specific task means the miniaturization of robot, it has to make cost is low, circuit simple structure, convenient program test. Because of it has strong interest, intelligent robot car favored by the majority of the university students' enthusiasts and love. This paper introduces the is a automatic obstacle avoidance function of intelligent car design and production (hereinafter referred to as the smart car), the thesis to the intelligence of the car scheme selection, design idea, and the implementation of hardware and software function and working principle of a detailed analysis and discusses. After practice acceptance test, this intelligent car circuit structure is simple, convenient debug, fast, flexible system reflect, correct and feasible design scheme, each index is steady and reliable.
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
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 设计题目：超声波避障小车 院系：电气学院自动化测试与控制系 班级： 设计者： 学号： 指导教师：周庆东 设计时间：9.2~9.13 哈尔滨工业大学 哈尔滨工业大学课程设计任务书
*注：此任务书由课程设计指导教师填
开题报告 1立项依据 1.1立项目的 （1）设计一辆利用超声波传感器来实现避障功能的小车，使小车对其运动方向受到的阻碍作出各种躲避障碍的动作。 （2）进一步学习单片机原理及其应用，提高程序的编写能力。 （3）掌握单片机系统外扩器件的连接与使用，了解超声波传感器的工作原理。 （4）掌握软件和硬件调试的基本技巧与方法。 1.2立项意义 在当今社会，汽车成为了越来越普遍，人们不可缺少的交通工具。但汽车的不断增加，随之而来就是越来越多的交通事故。交通事故成为了现在越来越严重的安全隐患。所以随着汽车工业的快速发展，我们必须加强对汽车安全性能的考虑。所以，智能汽车概念应运而生，他既是汽车产业的机遇也是汽车产业的挑战。汽车的智能化必将是未来汽车产业发展的趋势，在这样的背景下，我们开展了基于超声波的智能小车的避障研究。 超声波作为智能车避障的一种重要手段，以其避障实现方便，计算简单，易于做到实时控制，测量精度也能达到实用的要求，在未来汽车智能化进程中必将得到广泛应用。我国作为一个世界大国，在高科技领域也必须占据一席之地，未来汽车的智能化是汽车产业发展必然的，在这种情况下研究超声波在智能车避障上的应用具有深远意义，这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科技领域占据领先地位具有重要作用。 2主要设计内容及方案 2.1总体方案 系统采用51单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制,在超声波检测到障碍物之后,主控芯片根据距离值控制直流电机的转动,在与障碍物距离较大的情况下，快速前进，在与障碍物距离较小但还未到达临界转弯方向值的时候，慢速前进。在与障碍物距离很近需要转向避障时，方案上将尝试进行转向，来进行避障。 2.2设计原理 该智能车系统可分为三个主要模块：单片机主控核心模块，传感器避障模块，电机驱动模块。系统主要原理是：通过超声波避障模块（即感测模块）实时监测路面情况并及时传输给单片机。由单片机主控核心模块根据感测模块给予的信息控制小车两电机转动工作状态。电机驱动模块驱动两电机转动，实现前进或者左、右转。
/****************************************************************************** *****************************/ //5路超声波避障实验：51单片机 + HC-SR04超声波 // /******************************************************************************************* ****************/ #include
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
超声波避障小车设 计
Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文） 设计题目：超声波避障小车 院系：电气工程及自动化 班级： 1 21 设计者：张佳炜 学号： 11 0316 指导教师：周庆东 设计时间： .09.14- .09.25 哈尔滨工业大学
课程设计考核表 题目：超声波避障小车 学生姓名：张佳炜班级： 1 21 学号： 11 0316 实验部分考核 总结报告评分 总成绩：指导教师签字：
哈尔滨工业大学课程设计任务书
开题报告 1立项依据 1.1立项目的 （1）设计一辆利用超声波传感器来实现避障功能的小车，使小车对其运动方向受到的阻碍作出各种躲避障碍的动作。 （2）深入学习单片机原理及其应用，提高程序的编写能力。 （3）掌握单片机系统外围电路的设计，了解超声波传感器的工作原理。（4）掌握软件和硬件调试的基本技巧与方法。 1.2立项意义 汽车作为人们不可缺少的交通工具，给人类带来了极大的便利，但随着汽车的量越来越多，交通事故也越来越多。交通事故成为了现在越来越严重的安全隐患。我们必须加强对汽车安全性能的考虑。随着电子技术、信息技术、网络技术的发展，智能汽车概念应运而生，将电子信息网络和汽车接合起来实现汽车的智能化，是传统汽车产业的机遇也是的挑战。汽车的智能化必将是未来汽车产业发展的趋势，在这样的背景下，我们开展了基于超声波的智能小车的避障研究。 超声波具有穿透力强、方向性好、操作简单、方便、快速和安全等的特点，在很多 领域有着广泛的应用前景。超声波作为智能车避障的传感信号，以其避障实现方便，计算简单，易于做到实时控制，测量精度也能达到实用的要求，在未来汽车智能化进程中必将得到广泛应用。作为一个发展大
智能超声波避障小车 ： 班级： 学号：
目录 摘要 (3) 一、总体方案概述 (3) 二、总体电路原理图 (3) 三、各模块功能介绍 (4) （一）、超声波测距模块 (4) （二）、步进电机控制模块 (5) （三）、单片机控制模块 (6) 四、系统软件设计 (6) 五、应用前景 (7) 六、参考文献 (8)
摘要： 现今发达的交通在给人们带来便捷的同时也带来了许多的交通事故。发生交通事故的因素有很多。当然，如果我们的汽车能够更加智能，就是说事先能预测并显示前面障碍物离车的距离，当障碍物距离很近时汽车会自动采取一些措施避开障碍物，这样就能够在很大程度上避免这些事故的发生。在本论文中，我们将会看到能够实现这一功能的智能小车。 关键字：超声波、测量、避障、单片机 一、总体方案概述 本小车使用一台AT89S51单片机作为主控芯片，它通过超声波测距来获取小车距离障碍物的距离，并且用数码管实时的显示出来，在小车与障碍物的距离小于安全距离（用软件设定）时，小车会发出“在距您车前方x（数码显示的实时距离）米的地方有一障碍物，请您注意避让”的语音提示，并且拐弯，以避开障碍物，同时会点亮相应侧边的发光二极管作为提示信号。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。 本系统设计的简易智能小车分为几个模块：单片机控制系统、超声波路面检测系统、前进、转弯控制电机以及方向指示灯系统。它们之间的相互关系如下图1所示。 二、总体电路原理图 图1：智能小车简要原理框架图
三、各模块功能介绍 （一）、超声波测距模块 首先利用单片机输出一个40kHz的触发信号，把触发信号通过TRIG管脚输入到超声波测距模块，再由超声波测距模块的发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时单片机通过软件开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物返回，超声波测距模块的接收器收到反射波后通过产生一个回应信号并通过ECHO脚反馈给单片机，此时单片机就立即停止计时。时序图如图1所示。由于超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离，即：S=VT/2，通过单片机来算出距离。 图1：超声波模块时序图
Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文） 设计题目：超声波避障小车 院系：电气工程及自动化 班级：1201121 设计者：张佳炜 学号：1120110316 指导教师：周庆东 设计时间：2012.09.14-2012.09.25 哈尔滨工业大学
课程设计考核表 题目：超声波避障小车 学生姓名：张佳炜班级：1201121 学号：1120110316 实验部分考核 总结报告评分 总成绩：指导教师签字：
哈尔滨工业大学课程设计任务书
开题报告 1立项依据 1.1立项目的 （1）设计一辆利用超声波传感器来实现避障功能的小车，使小车对其运动方向受到的阻碍作出各种躲避障碍的动作。 （2）深入学习单片机原理及其应用，提高程序的编写能力。 （3）掌握单片机系统外围电路的设计，了解超声波传感器的工作原理。 （4）掌握软件和硬件调试的基本技巧与方法。 1.2立项意义 汽车作为人们不可缺少的交通工具，给人类带来了极大的便利，但随着汽车的量越来越多，交通事故也越来越多。交通事故成为了现在越来越严重的安全隐患。我们必须加强对汽车安全性能的考虑。随着电子技术、信息技术、网络技术的发展，智能汽车概念应运而生，将电子信息网络和汽车接合起来实现汽车的智能化，是传统汽车产业的机遇也是的挑战。汽车的智能化必将是未来汽车产业发展的趋势，在这样的背景下，我们开展了基于超声波的智能小车的避障研究。 超声波具有穿透力强、方向性好、操作简单、方便、快速和安全等的特点，在很多领域有着广泛的应用前景。超声波作为智能车避障的传感信号，以其避障实现方便，计算简单，易于做到实时控制，测量精度也能达到实用的要求，在未来汽车智能化进程中必将得到广泛应用。作为一个发展大国，应该把握未来汽车产业发展的方向，在这种情况下研究超声波在智能车避障上的应用具有深远意义，这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科技领域占据领先地位具有重要作用。 2主要设计内容及方案 2.1总体方案 系统采用51单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制,在超声波检测到障碍物之后,主控芯片根据距离值控制直流电机的转动,在与障碍物距离较大的情况下，快速前进，在与障碍物距离较小但还未到达临界转弯方向值的时候，慢速前进。在与障碍物距离很近需要转向避障时，方案上将尝试进行转向，来进行避障。 2.2设计原理 该智能车系统可分为三个主要模块：单片机主控核心模块，传感器避障模块，电机驱动模块。系统主要原理是：通过超声波避障模块（即感测模块）实时监测路面情况并及
超声波测距及红外避障小车的设计 发表时间：2018-06-11T11:51:58.193Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：赵勇柳青张腾文 [导读] 摘要：介绍一种超声波测距及红外避障小车的设计，根据功能需求，进行系统方案设计，进而进行系统模块设计。 （沈阳理工大学信息科学与工程学院辽宁沈阳 110159） 摘要：介绍一种超声波测距及红外避障小车的设计，根据功能需求，进行系统方案设计，进而进行系统模块设计。本小车将超声波测距和红外避障结合起来，增加了系统的可实现性。 关键词：超声波测距；红外避障；小车；设计 概论 在当今世界，复杂的环境不断对科技提出越来越高的要求，要求我们探寻更为合适的技术来适应复杂环境的变化。超声波测距因其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，且覆盖面积大等优势被广泛应用；红外避障则是通过检测红外光遇到障碍物反射来感知障碍物的存在，反馈至控制器，单片机进行驱动报警以有效避障。本智能小车将超声波测距技术和红外避障技术相结合，为现代智能化生活中，非接触特殊环境下的探测及测距、安全保护、车载倒车等提供可靠、实时有效的保障。 1.功能需求 该超声波测距及红外避障小车将测距功能和避障功能相结合，在获得距离信息的基础上进行有效避障，并将距离显示在LCD1602液晶显示屏上，当距离小于一定数值时，小车将转向。小车使用电机进行驱动，采用AT89S52单片机作为核心控制器进行有效控制。 2.系统方案设计 本智能小车由超声波测距系统、温度补偿系统、摄像头传输系统、红外避障系统、WIFI系统、显示系统六部分组成。小车的运行由AT89S52芯片作为核心控制器，测距和红外避障由超声波传感器和红外传感器进行数据采集，显示系统部分由LCD1602液晶显示屏来完成，温度传感器采集外界环境温度进行温度补偿，摄像头和WIFI模块完成画面的传输和设备的控制，如图1所示。 图1 系统硬件组成 3.系统模块设计 3.1超声波测距模块 本小车设计的测距系统采用脉冲回波法测距，以AT89S52芯片为核心，通过超声波传感器发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到返回波时就立即停止计时。如果设超声波的传播速度为计时器记录的时间为，可计算出发射距离障碍物面的距离，即 3.2温度补偿模块 温度补偿模块主要是对温度进行补偿，以减小测距误差。温度传感器主要运用的是DS18B20。每次温度测量前，首先会将温度寄存器和低温度系数振荡器预置-55℃所对应的基数值，而高温度系数振荡器会根据环境温度确定一个振荡周期。然后，低温度系数振荡器开始振荡，对应的计数器对振荡脉冲进行减计数，直到计数器中被预置的值减为0。此时，温度寄存器的值加1，而低温度系数振荡器的值重新被预置到-55℃所对应的基数值，如此重复直到高温度系数振荡器停振，此时，温度寄存器的值就是所要测的温度值。 3.3摄像头和WIFI模块 摄像头将道路实时画面传输到手机或PC等终端设备上，操作者可以直观地了解到道路信息。通过手机或PC上的WIFI与在小车上的WIFI模块相协同，可以在手机或PC端控制小车的前进、后退、拐弯等动作，该系统便于灵活控制小车动作、易于操作。 3.4红外避障模块 避障传感器利用物体的反射性质来实现避障功能。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失；如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头，传感器检测到这一信号，确认正前方有障碍物，并将信号传给单片机，单片机对信号进行系统的处理分析，从而协调小车两轮工作，完成躲避障碍物的动作。 3.5显示模块 将测得的温度和距离通过传感器送入到单片机中进行处理，将处理后的结果显示在液晶上，可以直观地读出温度和距离参数，使参数可视化，便于实时监测测距精度。
Arduino智能避障小车避障程序 首先建立一个名为modulecar.ino的主程序。 // modulecar.ino，玩转智能小车主程序 #include
pinMode(ENA, OUTPUT); //依次设定各I/O属性 pinMode(IN1, OUTPUT); pinMode(IN2, OUTPUT); pinMode(ENB, OUTPUT); pinMode(IN3, OUTPUT); pinMode(IN4, OUTPUT); pinMode(trigger, OUTPUT); pinMode(echo, INPUT); sensorStation.write(90); //舵机复位至90? delay(6000); //上电等待6s后进入主循环 } //主程序 void loop() { read_ahead = readDistance(); //调用readDistance()函数读出前方距离Serial.println("AHEAD:"); Serial.println(read_ahead); //串行监视器显示机器人前方距离 if (read_ahead < no_good) //如果前方距离小于警戒值 { fastStop(); //就令机器人紧急刹车 waTch(); //然后左右查看，分析得出最佳路线 goForward(); //*此处调用看似多余，但可以确保机器人高速运转下动作的连贯性 }
项目名称：智能小车 系别：信息工程系 专业：11电气工程及其自动化：亮、占闯、康 指导老师：王蕾
目录 摘要： ............................................................................................ ...3关键词： ............................................................................................ .3 绪论： ............................................................................................ (3) 一、系统设 计 (4) 1.1、任务及要求 (4) 1.2车体方案认证与选择 (4) 二、硬件设计及说 明 (5) 2.1循迹+避障模块 (5) 2.2主控模块 (6) 2.3电机驱动模块 (6) 2.4机械模块 (7) 2.5 电源模块 (7)
三、自动循迹避障小车总体设计 (7) 四、软件设计及说 明 (8) 4.1系统软件流程图 (9) 4.2系统程序 (9) 五、系统测试过 程 (12) 六、总 结 (13) 七、附录：系统元器 件 (13) 摘要 本设计主要有三个模块包括信号检测模块、主控模块、电机驱动模块。信号检测模块采用红外光对管，用以对有无障碍与黑线进行检测。主控电路采用宏晶公司的8051核心的STC89C52单片机为控制芯片。电机驱动模块采用意法半导体的L298N专用电机驱动芯片，单片控制与传统分立元件电路相比，使整个系统有很好的稳定性。信号检测模块将采集到的路况信号传入STC89C52单片机，经单片机处理过后对L298N发出指令进行相应的调整。通过有无光线接收来控制电动小车的转向，从而实现自动循迹避障的功能。 关键词：智能循迹避障小车，STC89C52单片机，L298N驱动芯片，
南 京 理 工 大 学 毕业设计说明书(论文) 作 者 : 薛玉洁 号： 6 教 学点 : 工业职业技术学院 专 业 : 电子工程 题 目 : 超声波在小车避障技术的应用设计 指导者： (姓 名) (专业技术职务) 评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 倪瑛 副教授 副教授 戴娟
2013 年 5 月 毕业设计说明书（论文）中文摘要
毕业设计说明书（论文）外文摘要
目次 1 引言 (1) 1.1 研究背景与意义 (1) 2 超声波的避障技术 (4) 2.1 小车的避障技术 (4) 2.2 超声波的传播特性 (5) 2.3 超声波测距技术 (5) 2.4 基于单片机的超声波测距系统 (6) 2.5 超声波的衰减 (6) 3 超声波避障系统硬件设计 (8) 3.1 方案概述 (8) 3.2 方案设计 (8) 3.3 元器件介绍 (9) 3.4 超声波发射系统电路 (16) 3.5 超声波接收系统电路 (16) 3.6 相关软件、电路模块和器件清单。 (17) 4 超声波避障系统的软件设计 (19) 4.1 直流电机控制软件设计 (19) 4.2 超声波测距模块软件设计 (19) 4.3 超声波避障技术软件设计 (21) 4.4 软件与硬件的整合软件与硬件的整合 (22) 5 超声波避障系统调试 (23) 5.1 调试过程 (23) 5.2 问题分析 (26) 5.3 误差分析 (26) 致 (29) 参考文献 (30)
1 引言 1.1 研究背景与意义 随着机器人技术的发展,自主移动机器人以其活性和智能性等特点,在人们的生产、生活中的应用来越广泛。自主移动机器人通过各种传感器系统感知外界环境和自身状态, 在复杂的已知或者未知环境中自主移动并完成相应的任务。而在多种探测手段中, 超声波传感器系统由于具有成本低, 安装方便, 不易受电磁、光线、被测对象颜色、烟雾等影响，时间信息直观等特点, 对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力, 因此在移动机器人领域有着广泛用。 本设计主要体现多功能小车的智能避障模式，设计中的理论方案、分析方法及特色与创新点等可以为自动运输机器人、采矿勘探机器人、家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义。同时小车可以作为玩具的发展对象，为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的弥补，实现经济收益，形成商业价值。 智能小车系统最诱人的前景就是可用于未来的智能汽车上了，当驾驶员因疏忽或打瞌睡时这样的智能汽车的设计就能体现出它的作用。如果汽车偏离车道或距障碍物小于安全距离时，汽车就会发出警报，提醒驾驶员注意，如果驾驶员没有及时作出反应，汽车就会自动减速或停靠于路边。 超声波测距与避障系统包括硬件及软件两个部分。硬件开发基STC89S52微控制器，集成了传感器电路、信号处理电路、微控制器外围电路及电源电路等；软件设计主要包括测距算法设计和避障算法设计。其中，避障算法由单传感器避障策略、多传感器精确避障策略以及多传感器模糊避障策略组成。
智能超声波避障小车
智能超声波避障小车 姓名： 班级： 学号：
目录 摘要 (3) 一、总体方案概述 (3) 二、总体电路原理图 (3) 三、各模块功能介绍 (4) （一）、超声波测距模块 (4) （二）、步进电机控制模块 (5) （三）、单片机控制模块 (6) 四、系统软件设计 (6) 五、应用前景 (7) 六、参考文献 (8)
摘要：现今发达的交通在给人们带来便捷的同时也带来了许多的交通事故。发生交通事故的因素有很多。当然，如果我们的汽车能够更加智能，就是说事先能预测并显示前面障碍物离车的距离，当障碍物距离很近时汽车会自动采取一些措施避开障碍物，这样就能够在很大程度上避免这些事故的发生。在本论文中，我们将会看到能够实现这一功能的智能小车。 关键字：超声波、测量、避障、单片机 一、总体方案概述 本小车使用一台AT89S51单片机作为主控芯片，它通过超声波测距来获取小车距离障碍物的距离，并且用数码管实时的显示出来，在小车与障碍物的距离小于安全距离（用软件设定）时，小车会发出“在距您车前方x（数码显示的实时距离）米的地方有一障碍物，请您注意避让”的语音提示，并且拐弯，以避开障碍物，同时会点亮相应侧边的发光二极管作为提示信号。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。 本系统设计的简易智能小车分为几个模块：单片机控制系统、超声波路面检测系统、前进、转弯控制电机以及方向指示灯系统。它们之间的相互关系如下图1所示。 图1：智能小车简 二、总体电路原理图
三、各模块功能介绍 （一）、超声波测距模块 首先利用单片机输出一个40kHz的触发信号，把触发信号通过TRIG管脚输入到超声波测距模块，再由超声波测距模块的发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时单片机通过软件开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物返回，超声波测距模块的接收器收到反射波后通过产生一个回应信号并通过ECHO脚反馈给单片机，此时单片机就立即停止计时。时序图如图1所示。由于超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离，即：S=VT/2，通过单片机来算出距离。 图1：超声波
简易避障小车设计 1.设计背景 随着汽车的自动化、智能化程度的提高，新一代智能汽车的研发在国内外受到越来越多的重视。目前，国内比较先进的智能车通过观测前方的路况，将路面的信息输入到车内的电脑中，通过计算机控制方向盘的运动，实现自动避障[1]。智能车辆的速度，关键在于它的控制技术，这就涉及到它的避障算法。一个好的控制算法如同一个有经验的司机，控制汽车运行[2]。自第一台工业机器人诞生以来，智能小车的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来智能小车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。借此在上单片机课的这次机会，我们三个共同想要自己研究制造一辆避障小车。 2.总体概述
2.1系统功能 智能小车采用后轮驱动，后轮左右两边各用一个电机驱动，分别控制两个轮子的转动从而达到转向的目的，后轮是万向轮，起支撑的作用。将三个红外线光电传感器分别装在车体的左中右，当车的左边的传感器检测到障碍物时，主控芯片控制右轮电机反向转动左轮电机正向转动，车向右方转向，当车的右边传感器检测到障碍物时，主控芯片控制左轮电机反向转动，右轮电机正向转动，车向左方转向，当前面有障碍物时规定车向右转。 2.2系统结构 两个直流电机内嵌单片机系 统控制电路板 电池供电避障感应器 智能避障小车的结构
2.3 系统原理 本设计用单片机来处理传感器采集来的数据，通过光电开光传感器判断小车前面的障碍物接受信号，处理完毕之后以便去控制电机驱动电路来驱动电机。电源部分为整个电路模块提供电源，以便能正常工作。 2.4控制框图 电机驱动避障传感器 单片机 电源模块 （5v） 电池 （9v）
《单片机课程设计》 设计报告 设计课题：超声波避障小车 专业班级：电子信息工程121班 学生姓名：范东耀 指导教师：蔡岗 设计时间： 2015年7月8日 赣南师范学院科技学院数学与信息科学系
超声波避障小车 一、设计任务与要求 1.设计任务: 1、采用超声波模块实现小车自动避障功能。 2、用LCD1602显示当前的障碍距离。 2.扩展部分： 测出当前小车的行驶速度，并用LCD1602显示当前速度。 二、方案设计与论证 1设计方案 系统采用51单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制，驱动板则以L289N驱动芯片为核心，应用超声波模块及光电传感器和LCD液晶模块，成功的实现了小车的避障、测速和显示功能这三大功能。在超声波检测到障碍物之后，主控芯片根据距离值控制电机的转动，在与障碍物距离较大的情况下，快速前进，在与障碍物距离较小但未到达临界转弯方向值得时候，慢速前进。在与障碍物距离较近时，小车转弯，在与障碍物很近时，小车后退转弯，来进行避障。测速传感器为光电测速传感器，在单位时间内计算脉冲的次数，然后再进行转换和处理即得到所测量的速度。通过软件pwm进行调速。通过LCD1602显示障碍距离及当前的小车行驶速度。 2 原理框图 简要原理框图如图1所示。 图1 系统原理框图
三、电路设计 1 电路设计 （1）超声波测距模块： 超声波测距的原理是首先利用单片机输出一个40kHz的触发信号，把触发信号通过TRIG管脚输入到超声波测距模块，再由超声波测距模块的发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时单片机通过软件开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物返回，超声波测距模块的接收器收到反射波后通过产生一个回应信号并通过ECHO脚反馈给单片机，此时单片机就立即停止计时。时序图如图1所示。由于超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离，即：S=VT/2，通过单片机来算出距离。超声波测距原理图如图2所示。 图2 超声波测距原理 （2）显示模块： 系统采用LCD1602显示，它不仅节省了单片机的资源，相比较数码管液晶显示更加直观、节能，同时可以直接显示字母、数字、符号等，具有灵活易操作的特性。故采用LCD显示。