智能超聲波避障小車(chē)

1、智能超聲波避障小車(chē)姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 目錄摘要.3一、總體方案概述.3二、總體電路原理圖.3三、各模塊功能介紹.4（一）、超聲波測(cè)距模塊.4（二）、步進(jìn)電機(jī)控制模塊.5（三）、單片機(jī)控制模塊.6四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).6五、應(yīng)用前景.7六、參考文獻(xiàn).8摘要：現(xiàn)今發(fā)達(dá)的交通在給人們帶來(lái)便捷的同時(shí)也帶來(lái)了許多的交通事故。發(fā)生交通事故的因素有很多。當(dāng)然，如果我們的汽車(chē)能夠更加智能，就是說(shuō)事先能預(yù)測(cè)并顯示前面障礙物離車(chē)的距離，當(dāng)障礙物距離很近時(shí)汽車(chē)會(huì)自動(dòng)采取一些措施避開(kāi)障礙物，這樣就能夠在很大程度上避免這些事故的發(fā)生。在本論文中，我們將會(huì)看到能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能的智能小車(chē)。關(guān)鍵字：超聲波、測(cè)量、避障、單片機(jī)

2、一、總體方案概述本小車(chē)使用一臺(tái)AT89S51單片機(jī)作為主控芯片，它通過(guò)超聲波測(cè)距來(lái)獲取小車(chē)距離障礙物的距離，并且用數(shù)碼管實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)，在小車(chē)與障礙物的距離小于安全距離（用軟件設(shè)定）時(shí)，小車(chē)會(huì)發(fā)出“在距您車(chē)前方x（數(shù)碼顯示的實(shí)時(shí)距離）米的地方有一障礙物，請(qǐng)您注意避讓”的語(yǔ)音提示，并且拐彎，以避開(kāi)障礙物，同時(shí)會(huì)點(diǎn)亮相應(yīng)側(cè)邊的發(fā)光二極管作為提示信號(hào)。在避開(kāi)障礙物后，小車(chē)會(huì)沿直線(xiàn)前進(jìn)。圖1：智能小車(chē)簡(jiǎn)要原理框架圖本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易智能小車(chē)分為幾個(gè)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)、超聲波路面檢測(cè)系統(tǒng)、前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎控制電機(jī)以及方向指示燈系統(tǒng)。它們之間的相互關(guān)系如下圖1所示。二、總體電路原理圖三、各模塊功能介紹（一）、超

3、聲波測(cè)距模塊圖1：超聲波模塊時(shí)序圖首先利用單片機(jī)輸出一個(gè)40kHz的觸發(fā)信號(hào)，把觸發(fā)信號(hào)通過(guò)TRIG管腳輸入到超聲波測(cè)距模塊，再由超聲波測(cè)距模塊的發(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)單片機(jī)通過(guò)軟件開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物返回，超聲波測(cè)距模塊的接收器收到反射波后通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)回應(yīng)信號(hào)并通過(guò)ECHO腳反饋給單片機(jī)，此時(shí)單片機(jī)就立即停止計(jì)時(shí)。時(shí)序圖如圖1所示。由于超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離，即：S=VT/2，通過(guò)單片機(jī)來(lái)算出距離。（二）、步進(jìn)電機(jī)控制模塊此模塊是用來(lái)作為小車(chē)前進(jìn)的動(dòng)力和控制小車(chē)的避障。圖4

4、：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊原理圖步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)的，其步距角和轉(zhuǎn)速只與輸入的脈沖頻率有關(guān)，頻率越快，其轉(zhuǎn)速越快，因此，只需要控制驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的工作，而步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖可以通過(guò)單片機(jī)來(lái)輸出。但由于步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)需要較大的工作電流，因此需要用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)，如圖4所示，我們用ULN2803芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，并且用單片機(jī)的P0 I/O口來(lái)給ULN2803芯片輸入不同頻率的脈沖，再通過(guò)ULN2803來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。本小車(chē)使用的是兩個(gè)四相五線(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。我們知道，四相五線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)共有五根線(xiàn)，其中紅色的接電源的正極，剩下的四根分別接在了ULN2803芯片的四個(gè)輸出

5、端，其對(duì)應(yīng)的輸入端則接在了單片機(jī)的P1.0P1.3端口，要使電機(jī)工作，則只需讓四個(gè)I/O口依次輸出高電平。電機(jī)勵(lì)磁表如下所示：勵(lì)磁順序AABB11000201003001040001小車(chē)的前面兩個(gè)輪子分別用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一樣的時(shí)候，車(chē)子將沿直線(xiàn)前進(jìn)，而兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不一樣的時(shí)候，車(chē)子就會(huì)拐彎，例如，左邊的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速比右邊的快的話(huà)，車(chē)子將向右邊拐彎，只要控制好兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比和不同轉(zhuǎn)速的時(shí)間，就可以精確的控制小車(chē)的避障行為。（三）、單片機(jī)控制模塊此模塊是小車(chē)的最重要部分，它控制著超聲波測(cè)距模塊、數(shù)碼管顯示模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、語(yǔ)音提示模塊、速度自控模塊和信號(hào)

6、提示模塊的工作。單片機(jī)通過(guò)計(jì)時(shí)器記錄超聲波發(fā)射和接受的時(shí)間差，來(lái)計(jì)算出小車(chē)距離障礙物的距離，控制P1口的高低電平來(lái)控制數(shù)碼管顯示，通過(guò)輸出不同頻率的脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的工作，通過(guò)SPI協(xié)議與ISD1760語(yǔ)音芯片進(jìn)行通信，來(lái)控制語(yǔ)音芯片的定點(diǎn)放音，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示功能。圖6：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序中斷子程序算法子程序構(gòu)成。主程序流程圖如圖2所示。其中：避障中斷服務(wù)子程序完成對(duì)超聲波探測(cè)器產(chǎn)生的外部中斷進(jìn)行處理，如果超出預(yù)定的危險(xiǎn)距離就左轉(zhuǎn)進(jìn)行避障。是否是否初始化驅(qū)動(dòng)電機(jī)利用定時(shí)器中斷每800ms發(fā)送一個(gè)觸發(fā)信號(hào)收到回波信號(hào)計(jì)算障礙物距離

7、障礙物距離小于20cm驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)向圖7：程序流程圖五、應(yīng)用前景本智能小車(chē)系統(tǒng)最誘人的前景就是可用于未來(lái)的智能汽車(chē)上了。當(dāng)駕駛員因疏忽或打瞌睡時(shí)這樣的智能汽車(chē)的設(shè)計(jì)就能體現(xiàn)出它的作用。如果汽車(chē)偏離車(chē)道或距障礙物小于安全距離時(shí)，汽車(chē)就會(huì)發(fā)出報(bào)警，提醒駕駛員注意，如果駕駛員沒(méi)有及時(shí)作出反應(yīng)，汽車(chē)就會(huì)自動(dòng)減速或?？坑诼愤叀＿@樣的小車(chē)還可以用于月球探測(cè)等的無(wú)人探月車(chē)，幫助我們傳達(dá)月球上更多的信息，讓我們更加的了解月球，為將來(lái)登月做好充分準(zhǔn)備。這樣的小車(chē)在科學(xué)考察探測(cè)車(chē)上也有廣闊的應(yīng)用前景。在科學(xué)考察中，有許多很危險(xiǎn)且人們無(wú)法涉足的地方，這時(shí)，智能科學(xué)考察車(chē)就能夠派上用場(chǎng)，在它上面裝上攝像機(jī)，代替人們進(jìn)行許多無(wú)法進(jìn)行的工作。六、參考文獻(xiàn)1 郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程入門(mén)、提高、開(kāi)發(fā)、拓展全攻略.北京：電子工業(yè)出版社，20092 宋戈，黃鶴松，員玉良，