超声波测距及红外避障小车的设计

智能跟随小车设计喻语嫣*肖明杰(武汉文理学院信息与计算机学院 湖北武汉 430345)摘要：随着我国智能行业的飞速发展，解放人类劳动力的理念不断普及，智能跟随小车出现在人们视野里，它可以解放人们双手，提高物品搬运的效率，减轻人们的负担同时为其他工作节约时间。

基于此，该文设计了一款基于红外技术和超声波测距的智能跟随小车。

小车以AT89C52芯片为核心控制器，3个人体红外传感器HC-SR501用于识别人所在的位置，把识别到的信号通过核心控制器传送给L298N电机驱动模块，从而实现对小车转向和行驶的控制；超声波传感器HC-SR04用于检测人与小车之间的距离，当距离小于0.5 m时，实现小车报警同时后退，保证人与小车之间的安全距离，防止发生碰撞。

样机测试结果显示，小车能在 4 m 以内对人自动跟随，并与人保持0.5 m的安全距离，防止碰撞，具有一定的实用价值。

关键词：AT89C52 红外技术 超声波测距 跟随小车中图分类号：TP23文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)18-0033-07Design of Intelligent Following CarsYU Yuyan*XIAO Mingjie(School of Information and Computer, Wuhan College of Arts & Sciences, Wuhan, Hubei Province, 430345 China) Abstract:With the rapid development of the intelligent industry in China, the concept of liberating human labor force continues to be popularized, and the intelligent following car appears in people's vision. It can free people's hands, im‐prove the efficiency of goods handling, reduce the burden and save time for other work. Based on this, this paper designs an intelligent following car based on infrared technology and ultrasonic ranging. The car uses the AT89C52 chip as its core controller, uses three pyroelectric infrared sensors HC-SR501 to identify the position of the person, and transmits the identified signal to the L298N motor drive module through the core controller, so as to realize the control of the car's steering and driving. It uses the ultrasonic sensor HC-SR04 to detect the distance between people and cars, and the car gives and alarm and retreats at the same time when the distance is less than 0.5m, so as to ensure the safe distance be‐tween people and cars and prevent collision, which has certain practical value.Key Words: AT89C52; Infrared technology; Ultrasonic ranging; Following car近年来，随着科学技术的飞速发展，智能移动机器人技术也在不断发展，传统的机械运输方式有被取代的趋势。

(毕业论文)智能超声波避障小车的设计与制作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AbstractSmart 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 convenientdebug fast flexible system reflect correct and feasible design scheme each index is steady and reliable目录摘要IAbstract II目录III第一章绪论 111项目研究背景及意义 112项目主要研究容113设计思路114应用场合和功能2第二章总体方案 321总体方案概述 322 总体电路原理图 3第三章各模块功能介绍 431障碍物测距系统432显示模块533驱动模块1034电源模块12第四章软件设计1341 程序设计流程图1342 关键程序设计14第五章系统调试1751 调试的思路 1752 各模块的调试1753 调试心得19第六章结论与展望2061 结论 2062 展望 20致谢21参考资料22附录 231元器件清单232样机实物照片243电路原理图25相关程序26第一章绪论11项目研究背景及意义智能作为现代社会的新产物是以后的发展方向他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作无需人为管理便可以完成预期所要达到的或是更高的目标本设计主要体现多功能小车的智能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本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这样的小车还可以用于月球探测等的无人探月车帮助我们传达月球上更多的信息让我们更加的了解月球为将来登月做好充分准备这样的小车在科学考察探测车上也有广阔的应用前景在科学考察中有很多危险且人们无法涉足的地方这时智能科学考察车就能够派上用场在它上面装上摄像机代替人们进行许多无法进行的工作12项目主要研究容本设计题目为智能避障小车设计主要研究小车的避障功能小车遇到障碍物时当距离障碍物大于40cmPWM信号自增驱动电机加速小车加速前进当小于30cm时PWM信号自减驱动电机减速小车减速前进并且小车采取相应的避障措施这里探测装置必不可少因为超声波在距离检测方面的较准确定位所以采用超声波传感器作为探测装置由于超声波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13设计思路直流电机PWM控制系统的主要功能包括实现对直流电机的加速减速并且可以调整电机的转速能够很方便的实现电机的智能控制主体电路即直流电机 PWM 控制模块这部分电路主要由 AT89S52 单片机的 IO 端口定时计数器外部中断扩展等控制直流电机的加速减速以及转弯并且可以调整电机的转速能够很方便的实现电机的智能控制其间是通过 AT89S52 单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298 驱动芯片来控制直流电机工作的该直流电机 PWM 控制系统由以下电路模块组成设计控制部分主要由 AT89S52 单片机的外部中断扩展电路组成直流电机PWM控制实现部分主要由电机和 L298 直流电机驱动模块组成设计显示部分LCD 数码显示部分实现对超声波测的距离的实时显示14应用场合和功能应用场合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同时在玩具的应用上深受小朋友的青睐功能本小车使用AT89S52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LED显示出来当小车与障碍物的距离大于40cm时小车会沿直线前进当小车与障碍物的距离小于30cm时小车转弯以避开障碍物并且此时蜂鸣器报警在避开障碍物后小车会沿直线前进第二章总体方案21总体方案概述本小车使用AT89S52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LCD显示出来当小车与障碍物的距离大于40cm时小车会沿直线前进当小车与障碍物的距离小于30cm时小车转弯以避开障碍物并且此时蜂鸣器报警在避开障碍物后小车会沿直线前进简要框图如图2-1图 21简要框图22 总体电路原理图第三章各模块功能介绍31障碍物测距系统方案一超声波视觉优点价格合理夜间不受影响易于多目标测量和分类分辨率好缺点测量围小对天气变化敏感不能直接测量距离算法复杂处理速度慢方案二激光雷达MMW雷达优点夜间不受影响不受灯光天气影响缺点对水灰尘灯光敏感价格贵探测障碍的最简单的方法是使用超声波传感器它是利用向目标发射超声波脉冲计算其往返时间来判定距离的算法简单价格合理所以我们选择超声波传感器超声波测距原理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340ms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 VT2通过单片机来算出距离图31超声波测距原理32显示模块方案一用LCD显示优点辐射小显示容多低耗能散热小显示的画面稳定不闪烁缺点不适合做图图像还原不好有可视围限制方案二用LED显示优点亮度高成本低缺点不能显示汉字显示容较少对于本课题的要求我们选择LCD实现功能显示容多低功耗显示画面稳定不闪烁硬件电路设计简单字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母数字符号等点阵式LCD目前常用161162202和402行等的模块下面以太阳人电子的1602字符型液晶显示器为例介绍其用法一般1602字符型液晶显示器实物如图图 3211602字符型液晶显示器1602LCD主要技术参数显示容量16×2个字符芯片工作电压4555V工作电流20mA 50V模块最佳工作电压50V字符尺寸295×435 W×H mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚无背光或16脚带背光接口各引脚接口说明如表所示编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1 VSS 电源地9 D2 数据 2 VDD 电源正极10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压11 D4 数据4 RS 数据命令选择12 D5 数据 5 RW 读写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据7 D0 数据15 BLA 背光源正极8 D1 数据16 BLK 背光源负极表-2-1引脚接口说明表第1脚VSS为地电源第2脚VDD接5V正电源第3脚VL为液晶显示器对比度调整端接正电源时对比度最弱接地时对比度最高对比度过高时会产生鬼影使用时可以通过一个10K 的电位器调整对比度第4脚RS为寄存器选择高电平时选择数据寄存器低电平时选择指令寄存器第5脚RW为读写信号线高电平时进行读操作低电平时进行写操作当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据第6脚E端为使能端当E端由高电平跳变成低电平时液晶模块执行命令第7～14脚D0～D7为8位双向数据线第15脚背光源正极第16脚背光源负极1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块部的控制器共有11条控制指令如表-2-2所示序号指令RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 置输入模式00 0 0 0 0 0 1 ID S 4 显示开关控制0 0 00 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 01 SC RL 6 置功能0 0 0 0 1 DL N F7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址8 置数据存贮器地址0 0 1 显示数据存贮器地址9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址10 写数到CGRAM或DDRAM 1 0 要写的数据容11 从CGRAM或DDRAM读数 1 1 读出的数据容表-2-2控制命令表1602液晶模块的读写操作屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的说明1为高电平0为低电平指令1清显示指令码01H光标复位到地址00H位置指令2光标复位光标返回到地址00H指令3光标和显示模式设置 ID光标移动方向高电平右移低电平左移 S屏幕上所有文字是否左移或者右移高电平表示有效低电平则无效指令4显示开关控制 D控制整体显示的开与关高电平表示开显示低电平表示关显示 C控制光标的开与关高电平表示有光标低电平表示无光标 B控制光标是否闪烁高电平闪烁低电平不闪烁指令5光标或显示移位 SC高电平时移动显示的文字低电平时移动光标指令6功能设置命令 DL高电平时为4位总线低电平时为8位总线 N低电平时为单行显示高电平时双行显示 F 低电平时显示5x7的点阵字符高电平时显示5x10的点阵字符指令7字符发生器RAM地址设置指令8DDRAM地址设置指令9读忙信号和光标地址 BF为忙标志位高电平表示忙此时模块不能接收命令或者数据如果为低电平表示不忙指令10写数据指令11读数据与HD44780相兼容的芯片时序表如下读状态输入RS LRW HE H 输出D0D7 状态字写指令输入RS LRW LD0D7 指令码E 高脉冲输出无读数据输入RS HRW HE H 输出D0D7 数据写数据输入RS HRW LD0D7 数据E 高脉冲输出无表-2-3基本操作时序表读写操作时序如图和所示图 322 读操作时序图 323 写操作时序33驱动模块方案一采用ULN2003驱动它是由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成具有同时驱动7组负载的能力一般用于高速大功率驱动电路所以我们不采用这个方案方案二采用由双极性管组成的H桥电路L298N用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态精确调整电机转速这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下则效率非常高H桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制电子开关的速度很快稳定性也很高而且它有更强的驱动能力L298N有过电流保护功能当出现电机卡死时可以保护电路和电机等L298N有过电流保护功能当出现电机卡死时可以保护电路和电机等所以我们选择L298N下图为L298部图图33L298部原理图L298各引脚功能如下表引脚功能115 SEN1SEN2 分别为两个H桥的电流反馈脚不用时可以接地23 1Y11Y2 输出端与对应输入端IN1IN2同逻辑 4 VS 驱动电压最小值需比输入的低电平电压高25V 57 IN1IN2 输入端TTL电平兼容611 EN1EN2 使能端低电平禁止输出8 GND 地9 VSS 逻辑电源457V 1012 IN3IN4 输入端TTL电平兼容1314 2Y12Y2 输出端与对应输入端IN3IN4同逻辑表3-3-1 封装引脚及功能驱动电机的运行IO端口状态与电机制动对照表如下IN1 IN2 IN3 IN4 EN1 EN2 转速 1 0 1 01 1 正转0 1 0 1 1 1 反转 1 1 1 1 11 停止0 0 0 0 1 1 停止X X X X 0 0停止表3-3-2 IO端口状态与电机制动对照表34电源模块我们选择采用5v的独立的稳压电源优点稳定可靠且有各种成熟电路可供选用缺点各模块都采用独立电源会使系统复杂且可能影响电路电平综合电源模块的缺优点和电路的实际需求我们采用了两块独立稳压电源一块给小车的电机驱动供电一块给小车的芯片供电这样弥补了单个独立电源供电出现电力不足的情况第四章软件设计41 程序设计流程图本设计系统软件采用模块化结构由主程序、定时子程序电机驱动子程序、中断子程序显示子程序、算法子程序构成主程序流程图如图41所示图 41主程序流程图42 关键程序设计PWM产生程序设计void Timer2 void interrupt 5TF2 0RCAP2H 0x0feRCAP2L 0x33clickif click 100 click 0if click ZK1PWM1 1elsePWM1 0if click ZK2 PWM2 1elsePWM2 02超声波的发射与接受程序设计void zd3 interrupt 3TH1 0x0f8TL1 0x30timerif timer 200timer 0TX 1_nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop_TX 031602的初始化程序的设计void ini_lcd1602write_lcd1602 0x380delay 1write_lcd1602 0x0c0delay 1write_lcd1602 0x060delay 1write_lcd1602 0x010delay 141602的写程序的设计void write_lcd1602 uchar cmduchar ilcd_mangrs irw 0e 0_nop__nop_e 1_nop__nop_P0 cmd_nop__nop__nop__nop_e 051602的判忙程序的设计void lcd_mangrs 0rw 1e 1_nop__nop__nop__nop_while P00x80e 0第五章系统调试51 调试的思路本设计的智能避障小车一共分为四大模块分别是L298驱动模块超声波测距模块LCD显示模块以及蜂鸣器报警模块调试的时候我们可以把四大模块分别调试最后再把所有模块组合起来再进行最后的整机调试这样一个调试的思路52 各模块的调试521 LCD的调试首先根据电路图将显示模块焊好再用万用表检查电路是否出现短路一切都正常的情况下将LCD测试程序烧到芯片中观察LCD的显示是否正确如图521一开始可能什么都不显示这个时候我们只需调整LCD 3脚的变阻器阻值即可图 521LCD测试图522 超声波的调试超声波模块一共有四个脚一个是VCC一个是GND还有两个分别是超声波的发射和接收引脚连接电路时候只需引出四根插线分别连接到89S52的对应引脚烧制好测试程序测试结果图如522本设计四根插线分别连接到VCCGND还有发射和接收引脚分别为P30和P32口图 522超声波测试图523 蜂鸣器报警调试蜂鸣器的连接很简单只需用一个PNP管来做驱动当低电平到来时蜂鸣器发出声音当高电平到来时没有声音本设计中蜂鸣器连接到P34口如图523所示图523蜂鸣器报警电路53 调试心得通过系统的调试我们可以学到更多的知识我们也可以发现仿真和实物调试不同的地方程序设计的结果可能往往和实物调试出的结果不一样这就需要我们去思考去斟酌去改进以达到预期效果通过程序和硬件的调试我们可以更深刻的理解各功能模块之间的联系也可以明白各调试的步骤在调试的过程中我也遇到许多问题例如我在宿舍调试好小车之后带到班级时候在插上电源试图让小车跑起来时候发现超声波模块失去了作用LCD不再显示数据了后来我用电脑USB口供电发现也不可以检查了许久才发现是超声波模块上的电源线和地线的两根插线出现了断路换线之后LCD正常显示数值小车正常行驶整个调试过程需要硬件和软件结合起来调试要仔细检查电路认真思考程序硬件部分调试的步骤检查原理图连接是否正确用万用表检查是否有虚焊引脚短路现象检查原理图与上引脚是否一致680欧的电阻焊成了68千欧这使我深深感受到理论与实际间的差距在调试过程中发现插上编程器后不能烧制程序通过检查电路发现AT89S52芯片的使能端没有接VCC改好之后重新烧制发现还是不可以通过再次检查发现是共阴管的驱动芯片74LS245的引脚出现焊接错误通过这些调试提高了我检查电路的能力以及巩固了电路图的知识通过这样的设计提高了我的动手能力每天在实验室除了焊接线路板还可以上机编程使我软件调试知识也提高了本设计采用的是89S52单片机这主要是因为该单片机的稳定性比较好还可以采用其它系列的单片机比如采用陵阳单片机就可以简化编程但其稳定性不是很好62 展望1在本课题的基础上我们可以在小车的底座下面装一个吸尘装置这样就可以在小车行驶的过程中吸除一些预先放好的小纸屑2设计出两辆小车一辆小车放在另一辆的前面当前面一辆小车起动时候后面一辆小车也起动前面一辆小车转弯的时候后面一辆也跟着转弯前面一辆小车停止时后面一辆也跟着停止致谢历时三个月的毕业设计已经告一段落经过自己不断的搜索努力以及白老师的耐心指导和热情帮助本设计已经基本完成在这段时间里白老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩他的指导使我受益非浅通过这次毕业设计使我深刻地认识到学好专业知识的重要性也理解了理论联系实际的含义并且检验了大学四年的学习成果虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练但是我将在以后的工作和学习中继续努力不断完善这三个月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程为今后的发展打下了良好的基础由于自身水平有限设计中一定存在很多不足之处敬请各位老师批评指正参考资料1 负图传感器集成电路手册第一版化学工业2004590～5912华MCS-51系列单片机实用接口技术第三版1997年3红润实用自动控制科技大学1990年1月4康华光电子技术基础高等教育1983年10月5潘新民微型计算机控制技术人民邮电技术1988年3月6依军单片机微型接口技术人民邮电技术1989年3月7广弟单片机基础航空航天大学20018汉才单片机原理及其接口技术清华大学19969王毅单片机器件应用手册人民邮电1995附录1元器件清单序号元件名称数量参数 1 AT89S52单片机12 超声波模块 13 L298n 14 智能避障小车底盘 15 蜂鸣器 16 LCD液晶屏 1 2样机实物照片3电路原理图相关程序includeincludedefine uchar unsigned chardefine uint unsigned intunsigned char isbit rs P26 定义引脚sbit rw P25sbit e P27sbit TX P30 触发信号引脚sbit FM P34sbit PWM1 P36 pwm信号输出sbit PWM2 P37static char click 0unsigned char ZK1ZK2unsigned int time 0unsigned int timer 0unsigned long Sbit flag 0unsigned char code ASCII[19] 0123456789-MJU LI static unsigned char DisNum 0 显示用指针unsigned long S 0unsigned char disbuff[11] 0void Conut voidtime TH0256TL0TH0 0TL0 0S time17 100disbuff[0] 13disbuff[1] 14disbuff[2] 15disbuff[3] 16disbuff[4] 17disbuff[5] 18disbuff[6] S1000100disbuff[7] 10disbuff[8] S100010010disbuff[9] S100010 10disbuff[10] 12void delay_1 void 误差 0usunsigned char abfor b 215b 0b--for a 45a 0a--void delay uchar auchar iwhile a--for i 0i 250i_nop__nop__nop__nop_判忙void lcd_mangrs 0rw 1e 1_nop__nop__nop__nop_while P00x80e 01602的写void write_lcd1602 uchar cmduchar i 当i为0的时候为向1602写指令为1写数据lcd_mangrs irw 0e 0_nop__nop_e 1_nop__nop_P0 cmd_nop__nop__nop__nop_e 01602的初始化void ini_lcd1602write_lcd1602 0x380delay 1write_lcd1602 0x0c0delay 1write_lcd1602 0x060delay 1write_lcd1602 0x010delay 1void Timer2InterruptRCAP2H 0x0feRCAP2L 0x33ET2 1 允许T2定时器中断EA 1 打开总中断TR2 1 启动T2定时器void zd0 interrupt 1flag 1void zd3 interrupt 3 T1中断用来扫描数码管和计800MS启动模块TH1 0x0f8TL1 0x30timerif timer 200timer 0TX 1 800MS 启动一次模块_nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop_TX 0void Timer2 void interrupt 5TF2 0 T2定时器发生溢出中断时需要用户自己清除溢出标记RCAP2H 0x0feRCAP2L 0x33 恢复定时器初始值clickif click 100 click 0if click ZK1PWM1 1elsePWM1 0if click ZK2 PWM2 1elsePWM2 0主函数void mainTMOD 0x19 设T0为方式1GATE 1 TH0 0TL0 0TH1 0x0f8 2MS定时TL1 0x30ET0 1 允许T0中断ET1 1 允许T1中断TR1 1 开启定时器Timer2InterruptEA 1 开启总中断ZK1 20ZK2 20ini_lcd1602while 1while INT0 0 当RX为零时等待TR0 1while INT0 1 当RX为1计数并等待TR0 0 关闭计数Conut 计算if S 40 控制加速FM 1P1 0xafZK1 ZK1-5ZK2 ZK2-5elseif S 30 控制转向FM 0ZK1 ZK15ZK2 ZK25P1 0X8Fdelay_1if ZK1 99 ZK1 1if ZK1 1 ZK1 10if ZK2 99 ZK2 1if ZK2 1 ZK2 10write_lcd1602 0x800for i 0i 10iwrite_lcd1602 ASCII[disbuff[i]]1- III -- 31 -。

目录摘要 (I)Abstract (II)引言 (1)第一章绪论 (2)1.1课题研究背景 (2)1.2课题研究意义 (2)第二章超声波测距原理 (4)2.1 超声波传感器介绍 (4)2.2 超声波发生器 (5)2.3压电式超声波发生器原理 (5)2.4超声波测距的基本原理 (6)第三章方案论证及选择 (8)3.1 设计的任务要求 (8)3.2 系统初步设计及可行性论证 (8)3.3 微处理器的选择 (9)3.4 显示方式的选择 (9)3.5 小车电机驱动电路的选择 (10)3.6 遥控器的选择 (10)第四章硬件电路的设计 (11)4.1控制器 (11)4.2 超声波测距模块 (13)4.3 超声波测距显示模块 (15)4.4 超声波测距报警模块 (16)4.5 小车驱动模块 (16)4.6 红外遥控接收模块 (18)第五章软件设计 (20)5.1 程序设计方案 (20)5.1.1超声波测距程序设计方案 (20)5.1.2超声波测距显示程序设计 (20)5.1.3超声波数据采集电路软件流程图 (21)5.2 控制电路程序设计 (22)5.2.1 红外接收解码设计 (22)5.2.2 小车驱动程序设计 (22)5.2.3 控制电路程序流程图 (23)结论 (24)致 (25)参考文献 (26)附录 (27)附录A：硬件原理图 (27)附录B：硬件PCB图 (29)附录C：硬件实物图 (31)附录D：部分源程序 (32)附录D1:控制源程序 (32)附录D2:超声波数据测距源程序 (37)基于超声波测距的智能小车设计摘要：本设计采用AT89S52单片机作为主控器，结合超声波测距原理，设计了红外遥控小车的测距报警系统。

该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化等特点，AT89S52单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。

超声波距离测量系统用的频率为40KHz的脉冲压力波，发射和接收的传感器有时共用一个，或者两个是分开使用的。

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红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。

智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。

由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。

本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。

关键词：避障光电开关红外线漫反射差分控制Infrared obstacle avoidance carAbstractWith the development needs of the production automation, robots have been more and more widely applied to the automation of production, with the development of science and technology, the robot more and more types of sensors, including infrared sensors has become an important component of the automatic walking and driving .Infrared Typical applications for autonomous intelligent navigation systems, robotics to achieve automatic obstacle avoidance must be perceived obstacles, perceived obstacles to the robot quite a visual function. Intelligent obstacle avoidance system based on infrared sensor, infrared sensor front obstacle detection and determine the obstacle distance.Due to the limited time and the level of our most basic obstacle avoidance temporary as the design goal.Design by car carrier recombination by AT89S51 as the core of the control panel can achieve its basic functions, supplemented plus diffuse photoelectric switch obstacle avoidance circuit 555 comprising a speed control circuit, power circuit, a differential drive circuit. You can improve the entire design.Keywords: obstacle avoidance photoelectric switch infrared diffuse reflectance differential control目录TOC \o "1-2" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc354953359" 前言 PAGEREF _Toc354953359 \h 1HYPERLINK \l "_Toc354953360" 第1章课题研究价值 PAGEREF _Toc354953360 \h 2HYPERLINK \l "_Toc354953361" 第1.1节选题背景 PAGEREF _Toc354953361 \h 2HYPERLINK \l "_Toc354953362" 第2章课题设计 PAGEREF_Toc354953362 \h 3HYPERLINK \l "_Toc354953363" 第2.1节设计要求 PAGEREF _Toc354953363 \h 3HYPERLINK \l "_Toc354953364" 第2.2节总体设计 PAGEREF _Toc354953364 \h 3HYPERLINK \l "_Toc354953365" 第3章方案论证 PAGEREF_Toc354953365 \h 5HYPERLINK \l "_Toc354953366" 第3.1节单片机选择论证PAGEREF _Toc354953366 \h 5HYPERLINK \l "_Toc354953367" 第3.2节传感器设计方案PAGEREF _Toc354953367 \h 5HYPERLINK \l "_Toc354953368" 第3.3节控制算法设计方案PAGEREF _Toc354953368 \h 6HYPERLINK \l "_Toc354953369" 第4章智能小车硬件设计PAGEREF _Toc354953369 \h 8HYPERLINK \l "_Toc354953370" 第4.1节智能小车硬件分配PAGEREF _Toc354953370 \h 8HYPERLINK \l "_Toc354953371" 第4.2节 AT89S51单片机简介PAGEREF _Toc354953371 \h 11HYPERLINK \l "_Toc354953372" 第4.3节电路设计 PAGEREF _Toc354953372 \h 14HYPERLINK \l "_Toc354953373" 第5章智能小车软件设计PAGEREF _Toc354953373 \h 20HYPERLINK \l "_Toc354953374" 第5.1节总体流程图 PAGEREF _Toc354953374 \h 20HYPERLINK \l "_Toc354953375" 第5.2节最少拍控制算法PAGEREF _Toc354953375 \h 22HYPERLINK \l "_Toc354953376" 第6章开发流程 PAGEREF_Toc354953376 \h 25HYPERLINK \l "_Toc354953377" 第6.1节编译环境 PAGEREF _Toc354953377 \h 25HYPERLINK \l "_Toc354953378" 第6.2节下载调试 PAGEREF _Toc354953378 \h 27HYPERLINK \l "_Toc354953379" 第6.3节单片机的I/O分配PAGEREF _Toc354953379 \h 28HYPERLINK \l "_Toc354953380" 结论 PAGEREF_Toc354953380 \h 29HYPERLINK \l "_Toc354953381" 附录A PAGEREF_Toc354953381 \h 30HYPERLINK \l "_Toc354953382" 附录B PAGEREF_Toc354953382 \h 34HYPERLINK \l "_Toc354953383" 附录C PAGEREF_Toc354953383 \h 35HYPERLINK \l "_Toc354953384" 参考文献 PAGEREF_Toc354953384 \h 39HYPERLINK \l "_Toc354953385" 致谢 PAGEREF_Toc354953385 \h 40前言随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。

编号：毕业设计(论文)说明书题目：智能超声波避障小车系别：电子工程系专业：电子信息工程题目类型：☐理论研究☐实验研究☑工程设计☐工程技术研究☐软件开发☐应用研究随着现今社会智能化愈来愈高，智能性交通工具的改善是必不可确少的，由于交通工具的普及，由于驾驶员的长时刻驾驶引发精神注意力不集中而发生许多严峻的交通事故触目皆是，因此智能车的诞生是必然的，它致力于提高汽车的平安性、适应性、舒适性、和提升良好的人车交互界面。

自主智能寻迹避障小车是通过单片机、传感器、信号处置器、电机驱动和自动操纵等技术来实现环境感知和自动行驶相结合的高新技术综合体，随着不断提高企业生产技术和不断加深对自动化技术的要求，智能车已普遍的应用于许多工业部门。

能够说它已日趋深切到社会和工业的方方面面，例如：智能车在物流运输方面的应用；智能车在军事领域的应用；智能车在社会生活中的应用；智能车在智能运输系统上的应用等等。

这些应用能够使社会上正在面临各类各样的问题得以有效解决，关于城市公共交通效劳质量的提高，减缓各地交通拥堵，减轻交通治理，道路建设压力起到踊跃的推动作用。

在我国高科技水平的日趋提高的同时，工业自动化进程也在不断地推动，智能小车能够通过自动采取一些躲避障碍物的方法，有效幸免交通事故的发生，同时也被普遍应用于各类玩具和其他产品的设计中，极大地丰硕了人们的生活。

本次设计主若是利用ATmega16单片机，超声波传感器、红外线传感器和L298N完成避障小车的制作。

以ATmega16为主控芯片，利用超声波传感器对距离的检测，将前方障碍探测出，而且通过超声波的传回数据和红外线传感器对小车双侧的障碍物位置的确信，进行判定，1602液晶显示所测距离，然后由ATmega16单片机发出指令，操纵电机转动，电机驱动采纳经常使用的PWM方式进行电机的调速操纵。

关键词：智能小车；单片机；超声波；避障As intelligent in today's society more and more high, the improvement of the intelligent transportation is will not do less, due to the popularity of traffic tools, because the driver from driving for a long time of the spirit of inattention and many serious traffic accidents, so the birth of smart cars is inevitable, it aims to improve vehicle safety, adaptability, comfort, and promote good interactive interface, autonomous intelligent tracing car obstacle avoidance is by single-chip computer, sensor, signal processors, motor drive and automatic control technology to realize environmental awareness and the combination of autonomous driving technology, along with the continuously improve enterprise production technology as well as the growing demand for automation technology, intelligent vehicle has been widely used in many industrial sectors. It has increasingly deep into the social and industrial aspects, such as: intelligent car applications in logistics; Smart car in the field of military application; Smart car in the application of social life.High-tech level rising in our country at the same time, industrial process automation is in constant propulsion, smart car can automatically take some measures to avoid obstacles, effectively avoid the happening of traffic accident, but also are widely used in the design of all kinds of toys and other products, greatly enriched people's life.This design mainly use ATmega16 single chip microcomputer, ultrasonic sensors, infrared sensors and L298N complete obstacle avoidance car production. ATmega16 as main control chip, using ultrasonic sensors to the detection of the distance, will be in front of the obstacle detection, and returned by ultrasonic and infrared sensors data for determining obstacles on either side of the car position, judge, 1602 liquid crystal display measured distance, and instructions issued by the ATmega16 single chip microcomputer to control motor rotation, the motor driver uses the commonly used PWM motor speed control in the form of control.Key words :intelligent car; Single chip microcomputer; Ultrasound; Obstacle avoidance目录引言 (1)1 系统设计 (1)1.1 任务要求 (1)整体设计 (1)2 方案论证 (2)系统操纵模块设计方案论证 (2)电机的选择方案论证 (3)避障模块设计方案论证 (4)显示模块设计方案论证 (5)直流调速方案设计 (5)电源模块设计方案论证 (5)3 元器件介绍 (6)AVR单片机主控芯片介绍 (6)3.2 L298N驱动芯片 (6) (6)驱动芯片特点 (6)3.3 直流电机 (6)3.4 超声波传感器 (7)超声波传感器概述 (7)接口说明 (8)超声波测距原理 (8)3.5 光电传感器 (8)3.6 LCD1602液晶显示 (9)液晶显示LCD实物图 (9)液晶显示原理 (9)管脚功能 (9)4 系统单元电路的设计 (10)4.1 超声波收发电路 (10)4.2 红外线收发电路 (10)4.3 单片机主控电路 (10)4.4 电源电路 (11)LCD1602显示电路 (12)4.6 电机驱动电路 (13)直流电机H 桥驱动方案的选择 (14)调速原理 (14)4.7 光警示电路 (16)4.8 单片机复位电路 (16)4.9 单片机时钟震荡电路 (17)5 软件设计 (18)主程序 (19)避障子程序 (19)电机驱动子程序 (20)显示子程序 (21)5.5 测量距离子程序 (23)5.6 光警示子程序 (24)6 调试与仿真 (24)6.1 调试仿真工具Proteus介绍 (24)6.2 硬件的制作与调试 (26)6.3 电路与程序调试进程 (28)电路的仿真调试 (28)电路的调试 (28)7 结论 (30)谢辞 ............................................................................................ 错误!未定义书签。

基于HC—SR04超声波传感器的智能避障小车设计针对智能避障小车采用多路传感器导致的串口资源的浪费，以及无法准确的对存在间距的障碍物执行避障操作和避障后偏离轨道的缺陷，设计了一种三回路超声波传感器避障的方法，通过对距离的计算和判断，使小车能够在与障碍物不发生碰撞的情况下执行避障操作，并使小车回到原始方向。

标签：智能小车；避障；超声波传感器1 概述机器人从最初的示范模仿机器人，到现在的具有感知能力的智能机器人，在技术上有了很大的进步[1-2]。

随着机器人科学的发展，机器人已经应用到生活、娱乐、军事、医学等各个方面。

其中智能避障小车就是应用于生活、娱乐军事等领域的产品。

智能避障小车采用两轮或四轮驱动，行动灵活，操作方便，其避障系统能够在行进中对小车的前进方向进行调节，避免发生碰撞或摩擦[3]。

目前智能小车在实现避障功能时，往往在前方安装两个及以上的超声波传感器，由于超声波以声波的形式传播，存在波束角，这会引起传感器之间的干扰，而且安装多个传感器也会占用多个串口资源。

故设计出了一种在前端使用一个传感器的情况下任然能够精确避障的算法。

2 超声波测距原理方法设计中使用HC-SR04超声波测距传感器，其使用方法简单，模块性能稳定，测度距离精确，普遍用于智能小车的避障系统中。

超声波测距有相位探测法、渡越时间探测法和声波幅值探测法三种方法[4]。

渡越时间探测法，指的是超声波发生器往某个方向发射超声波，计时开始于发射的时间点，此后超声波沿直线传播，当超声波撞击到物体时就被反射回来，当超声波接收器接收到返回来的回波时计时停止。

超传感器与物体之间的距离d 可以由公式（2.1）得出，其中c为空气中超声波沿直线传播的速度，t为传感器测量的时间[5-6]。

但由于发射的超声波存在波束角，当障碍物偏离传感器一定角度时，传感器将检测不到障碍物，因此小车就可能与障碍物发生碰撞或摩擦。

3 避障距离计算该设计基于两轮驱动的智能小车，计算出多个避障距离，最终选用最大的距离作为安全避障距离（以下均讨论临界状态）。

智能红外避障小车的设计与制作以前用LM393做过红外避障小车，但避障效果不佳。

究其原因主要有两点，一是发射的红外信号未经调制探测范围窄；二是LM393本身只是个电压比较器，在输出电压翻转时没有延时，我们看到的现象就是小车在障碍物前面一前一后的瞎磨蹭，看了很是不爽。

现在介绍智能红外避障小车的设计与制作。

一.设计思想与总体方案1，设计思想小车沿直线行驶，当探测到前方有障碍物时停止，再后退，然后右转弯，最后继续前进，如此反复。

2，总体设计方案和框图本设计以AT89C2051单片机作为检测和控制核心，用红外光电开头探测障碍物，RP5履带式坦克底盘作车体。

框图如下：二.系统硬件组成及设计原理本系统硬件部分由单片机单元，红外传感器单元，电机驱动单元，蜂鸣器单元，键盘输入单元及电源单元组成。

1，单片机单元本系统采用AT89C2051单片机作为中央处理器，其主要任务是扫描键盘输入的信号启动小车，读P3.5判断前方有无障碍物,并执行相关动作(本设计中P3.5=0时，前方有障碍；P3.5=1时前方无障碍），P1.4----P1.7是电机驱动口；P3.7是蜂鸣器信号输出；P3.5接红外传感器。

2，红外传感器单元为简化硬件电路，传感器单元采用了发射/接收一体化的红外光电开头，型号E3F-DS30C4，点击图片可以查看其详细资料。

该传感器为漫反射型，使用电压范围宽（DC6V--36V），探测距离可调节，最大可达30CM，输出信号可直接与单片机的I/O口相连接。

3，电机驱动单元PR5履带式坦克底盘为双电机驱动，转弯非常灵活，本系统用常用的电机驱动集成电路L293D控制两只电机。

L293D内含2个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准的TTL逻辑电平信号，可驱动36V，2A以下的电机。

2，7，10，15接输入控制电平；3，6和11，14脚分别接两只电机，1，9脚接控制使能端，控制电机停转，单片机输出两组PWM信号，每一组PWM信号用来控制一个电机的转速。

红外避障小车课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解红外避障小车的基本工作原理，掌握红外传感器的作用和使用方法。

2. 学生能描述小车电机驱动的基本原理，了解电机控制与速度调节的相关知识。

3. 学生了解并掌握小车整体电路的连接和调试方法。

技能目标：1. 学生能够独立完成红外避障小车的组装和调试，提高动手实践能力。

2. 学生能够运用编程思维，设计并实现小车的避障功能，培养编程与解决问题的能力。

3. 学生能够通过团队合作，共同完成任务，提高沟通与协作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生在课程学习中，培养对科学技术的兴趣和求知欲，提高创新意识。

2. 学生在动手实践过程中，培养耐心、细心的品质，增强克服困难的自信心。

3. 学生在团队合作中，学会尊重他人，培养集体荣誉感和社会责任感。

课程性质：本课程为实践性课程，强调理论知识与实际操作的相结合，注重培养学生的动手能力、创新能力和团队协作能力。

学生特点：本课程面向初中年级学生，学生对新鲜事物充满好奇，动手能力强，但需加强对理论知识的学习和运用。

教学要求：结合学生特点，教师应采用启发式教学，引导学生主动探究，注重培养学生的自主学习能力和解决问题的能力。

在教学过程中，关注学生的个体差异，提供个性化的指导和支持。

通过课程学习，使学生能够达到上述设定的课程目标，实现知识、技能和情感态度价值观的全面发展。

二、教学内容1. 红外传感器原理与应用：讲解红外传感器的工作原理，引导学生学习传感器在避障小车中的作用，结合教材相关章节，分析传感器电路连接及调试方法。

2. 电机驱动原理：介绍小车电机驱动的基本原理，包括电机的工作原理、控制方法及速度调节，结合教材内容，让学生了解并掌握电机驱动电路的设计与连接。

3. 小车组装与调试：指导学生根据教材相关章节，进行红外避障小车的组装，学习电路连接、传感器安装、电机驱动等步骤，并进行调试。

4. 编程与避障功能实现：教授编程基础知识，引导学生设计并实现小车的避障功能，结合教材内容，让学生掌握编程思维和解决问题的方法。

179中国设备工程Engineer ing hina C P lant中国设备工程 2018.06（下）1 混合避障智能小车的原理本文设计的混合避障智能小车主要由单片机控制模块、红外线与超声波混合避障模块、电机驱动模块等组成。

系统的总体框图如图1所示。

图1基于单片机AT89S52设计的智能避障小车，需提供+12V 和+5V 电源，DC+5CV 由直流+12V 经7805转换得到，为单片机及其他电路提供工作电压，DC+12V 由市电直接转化，主要为电机提供驱动电压。

超声波避障模块、红外避障模块采用购买的现成的产品。

本模块设计拟以超声波、红外线避障系统为核心，配合超声波和红外线避障的优缺点，利用超声波探测工作环境中的固定障碍物同时使用红外线来探测小车周围的运基于单片机控制的红外线与超声波混合避障智能小车唐渊，周汝，段武斌，刘臻 （湖南工业大学电气与信息工程学院， 湖南 株洲 412000）摘要：目前，市场上大多数智能小车都是单一的采用红外线避障技术或超声波避障技术实现避障，但是采用红外线避障的小车在避障过程中会遇到“贴墙”陷阱问题，而超声波避障精度虽高但范围太小。

为解决此问题，采用红外线结合超声波混合避障技术来完成避障。

本文以AT89S52单片机为主控芯片，利用红外传感技术、超声波测距技术、步进电机控制技术，采用模块化的设计方案，编写程序，设计了红外线与超声波混合避障智能小车。

具有一定的智能性，可拓展应用于科学勘探等用途。

关键词：AT89S52单片机；红外线；超声波；避障中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2018）06（下）-0179-02动物体，装上超声波、红外线传感器完成小车对四周环境实时测距。

电机及电机驱动模块采用L298N 电机驱动模块来控制直流减速电机即可。

智能小车采用前轮驱动，前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。

超声波避障小车研究报告引言：超声波避障小车是一种基于超声波技术的智能移动装置，能够通过发射和接收超声波信号来实现避障功能。

本文将对超声波避障小车进行详细研究，包括其原理、设计和应用。

概述：超声波避障小车是一种以超声波技术为基础的智能移动装置，主要用于避免与障碍物发生碰撞。

它通过发射超声波信号并接收回波，计算出物体与小车之间的距离，在避障过程中调整方向和速度，从而实现安全移动。

正文内容：1.超声波避障小车的原理1.1超声波避障原理概述1.2超声波传感器的工作原理1.3超声波传感器的种类与选择2.超声波避障小车的设计2.1硬件设计2.1.1控制系统设计2.1.2超声波传感器布置设计2.1.3车体结构设计2.2软件设计2.2.1系统控制算法设计2.2.2超声波信号处理算法设计2.2.3状态判断与控制策略设计3.超声波避障小车的应用3.1家庭智能清洁3.2工业自动化生产线上的搬运工具3.3物流仓储场景中的无人搬运小车3.4农业领域中的自动化播种3.5无人驾驶汽车中的避障技术应用4.超声波避障小车的优缺点4.1优点4.1.1实时性强4.1.2精度较高4.1.3成本相对较低4.2缺点4.2.1受环境因素干扰较大4.2.2测距范围有限4.2.3障碍物形状复杂时易产生误判5.超声波避障小车的发展前景5.1技术趋势5.2市场需求5.3应用前景总结：超声波避障小车是一种利用超声波技术实现避障功能的智能移动装置。

它的原理是通过发射超声波信号并接收回波来测量物体与小车之间的距离，并根据距离调整移动方向和速度，以避免碰撞。

在设计方面，需要考虑控制系统、传感器布置和车体结构等因素。

在应用方面，超声波避障小车可以广泛应用于家庭清洁、工业自动化生产线、物流仓储、农业以及无人驾驶汽车等领域。

尽管超声波避障小车具有一定的优点，如实时性强、精度高和成本相对低廉，但也存在受环境因素干扰大、测距范围有限以及复杂障碍物误判等缺点。

随着技术的不断进步和市场的不断需求，超声波避障小车仍具有广阔的发展前景。