【《一款基于超聲波控制的智能小車避障系統(tǒng)設計》6800字】

一款基于超聲波控制的智能小車避障系統(tǒng)設計 11.1課題背景及意義 11.2國內外發(fā)展現(xiàn)狀 2 2 42.1系統(tǒng)總體方案 42.2系統(tǒng)模塊設計 42.3測距模塊選擇 52.4報警模塊選擇 52.5驅動模塊選擇 53硬件設計 6 63.2STC89C52型單片機介紹 63.3避障小車配件介紹 74系統(tǒng)軟件設計 14.1軟件開發(fā)環(huán)境 4.2軟件總體結構 4.3測距子程序 4.4驅動軟件的設計 5調試與誤差分析 5.1安裝小車 5.2系統(tǒng)調試 5.3誤差分析 1這次設計的最主要意義就是通過超聲波智能避在各種危險的領域，比如說溶洞探測，煤礦運輸?shù)鹊热藛T較為危險的領大。2020年，智能汽車市場規(guī)模相對增速較低，主要是由于受疫情等多重因素市場規(guī)模將不斷增長。中商產業(yè)研究院預測，2021年我國智能汽車市場規(guī)模將2達827億元，2022年將進一步達到1012億元。我國在智能、5G等領域處于世界領先水平，從智能汽車領域的發(fā)展來看，我國市場空間廣闊。數(shù)據顯示，2021年1-11月，全國汽車銷量2348.9萬輛，同比增長4.5%,增幅比1-10月均繼續(xù)回落19個百分點[1。汽車銷量的同比增長表明我國汽車消費需求依然旺盛，預計1.2國內外發(fā)展現(xiàn)狀一般不能探測超過三十米以上的距離，而美國AIRMAR公司生產的AR30作用的研究尚不全面[2]。1.3應用方向3大車企關注到了這一點，通過在車前車后安裝超聲波測距儀來達到輔助駕駛的目的。比如說轎車在斜后方安裝測距模塊，通過電路傳輸?shù)杰囕d電腦，駕駛員就可以在駕駛位觀察到右后方或者左后方存在汽車。再比如倒車影像，原來的汽車沒有倒車雷達停車時需要一個人下車指揮，現(xiàn)在只需要通過超聲波傳感器就能實時觀察到后方是否有障礙物。所以在汽車方面運用超聲波模塊極大地提高了行車的安全性。在機器人避障方面，機器人通過傳感器得到自身位置以及障礙物位置，42系統(tǒng)整體方案設計本次智能小車設計我準備采用c52單片機去控制，控制超聲波模塊和電機系統(tǒng)。動。模塊圖如圖2-1所示。機5塊信號，由電機驅動控制電機的正反轉，以及左轉右轉。目前智能小車測距模塊主要分為超聲波測距，或者紅外線測距。超聲波測距的優(yōu)點是不受光線時間的干擾，在復雜的情況下也能可靠安全的進行作業(yè)，而且相比較于紅外線測距，距離更加遠。所以此次設計我采用超聲波測距模塊來實現(xiàn)小車的功能。報警模塊即警報電路，當超聲波測距模塊進行距離計算計算出距離小于預先設定的安全距離值時，單片機給蜂鳴器一個電平，控制蜂鳴器進行動作。這個警報電路由一個蜂鳴器，電阻，以及三極管組成。電路較為簡單，也方便后期調試。本次驅動模塊采用的是L298D驅動電機，它是SGS公司生產的產品。內部含有4通道驅動電路，可以驅動兩個兩相電機。它的最高輸出電壓為36v.電路相對較為簡單，使用比較方便容易購買到。63硬件設計單片機最小系統(tǒng)包括電源電路，復位電路，時鐘電路，晶振電路等。外圍電路包括數(shù)碼顯示，蜂鳴器，液晶顯示等。最小系統(tǒng)圖如圖3-1所示P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0圖3-1最小系統(tǒng)圖3.2STC89C52型單片機介紹STC89C52是一種性能較高COMOS8的微處理器，它是由STC公司生產的，ProgramableandErasableReadOnlyMemory)的低電壓，俗稱單片機。它使用的是MCS-51內核，該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容13。7□內部已經具有上拉電阻的8位標準雙向I/O□,能負載4個TTL。代碼4]。3.3避障小車配件介紹3.3.1亞克力底盤8放置一個萬向輪，普通輪胎放置在后側。小車的底盤規(guī)格是長25厘米，寬為15厘米。小車的實物圖如圖3-3所示：3.3.2步進電機定要求，使用1:120的電機，5V電壓。3.3.3復合晶體管此次小車使用的是ULN2003高耐壓，大電流復合流可達500mA,并且能夠在關態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負載電流9US-100超聲波測距模塊它的工作電壓為2.4-5.5V,靜態(tài)電流2mA,工作溫度在零下20攝氏度到70攝氏度，在工作中能很好的適應溫度環(huán)境。它的感應角度為小于15度，探測距離為2-450厘米，探測精度為0.3cm?？梢詣偃沃悄苄≤嚨臏y距功能。實物如圖3-5所示：1號：接VCC電源。2號：在異步收發(fā)接收器模式時，接外部電路的TX端。當為電平觸發(fā)模式下接外部電路的TRIG端。3號：在異步收發(fā)接收器模式時，接外部電路的RX端。當為電平觸發(fā)模式下接外部電路的ECHO端。4號，5號：為外部電路的接地端口。通過分析測距儀在相同的溫度下的電平觸發(fā)測距時序圖我們發(fā)現(xiàn)回響電平寬度只與距離有關，兩者成正比關系。由此我們將聲速算為340m/s,那么測得的距離為(高電平時間*340)/2。本次設計采用的是7805穩(wěn)壓電路，它具有過壓保護，過流保護，過熱保護的功能。常見的三端穩(wěn)壓集成電路分為兩種分別是正電壓輸出的78系列和負電壓輸出的79系列。三端穩(wěn)壓電路的意思就是具有三條引腳，分別對應的是接地4系統(tǒng)軟件設計本次設計的開發(fā)軟件使用的是Keilc51,他是由美國的KeilSoftware公司生產研發(fā)的單片機c語言開發(fā)軟件系統(tǒng)。當前C語言源程序變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的代碼有兩種方式，一種是匯編，另一種即Keil軟件。此軟件具備C編譯器，宏編輯C時，分別由C51編譯器編譯生成目標文件通常為OBJ格式，然后OBJ文件與庫文件一起通過連接生成絕對目標文件通常為ABS格式，再通過轉換變?yōu)榛鼗貓D4-1軟件開發(fā)環(huán)境境初始化，設置TO工作模式為16位的定時器模式，及計數(shù)初值，然后通過超聲程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器TO的數(shù)(即超按公式計算可測得被測物體與測距儀之間的距離，測出距示，然后再循環(huán)進行下一次距離的測量8。框圖如圖4-2所示。超聲波發(fā)射子程序在P1.1(為例)□產生40kHZ方波脈沖寬度約12us,作為超接收到的標志位為1,然后在主函數(shù)里調用計算距離公式，在顯示出來。流程圖如圖4-3所示。程序果Y結束外部0是否開始N圖4-2圖4-3方有障礙物時，立即計算出小車與障礙物之間的距離d,如果d<dc(dc為事先約定好的預設值),小車自動復位這時候要加一個延時防止反向電壓對電路板進行沖擊。電機控制驅動左轉一定距離，現(xiàn)規(guī)定為800MS的距離。距離的算法如下首先算出1us聲波能走多遠的距離1s=1000ms=1000000us,340/1000000=0.00034米0.00034米/1000=0.34毫米，也就是lus能走0.34毫米。但是，我們現(xiàn)在計算的是從超聲波發(fā)射到反射接收的雙路程，所以我們將計算的結果除以2才是實際的路程8]。程序流程圖如圖4-4所示。開始初始化否前是否有障礙物否是小車右轉后左轉直走圖4-4程序流程圖5調試與誤差分析終于小車成功焊接完成。組裝完成圖如5-1所示。圖5-1反導致了小車一直原地打轉。仔細觀察程序發(fā)現(xiàn)沒有問題，這時排查到小車的電機控制端口雖然按照視頻教學的方式進行鏈接，但是我結合綜合考慮將左邊步進電機的控制真反轉端口互相調換，隨后小車正常直線行駛。此時程序的難題在于前進不能走直線的時候，調節(jié)程序defineForward_L_DATA處的數(shù)值。如果兩邊取得數(shù)值相同的情況下，小車還是向左或者右偏轉。說明此時電機馬達轉速過快，將數(shù)值合理調節(jié)小車即可以直線行駛I9]。接下來將事先寫好的程序燒錄進單片機中看功能是否可以實現(xiàn)。雖然調試時遇到了一些問題但在指導老師的幫助下小車最終能實現(xiàn)避障的功能。超聲波測距在實際應用也有局限性，其中對超聲波測距的精度要求挺高。是超聲波在空氣中衰減極大，因為測量距離的不同，造成回波信號的起伏，使回波到達時間的測量產生了較大的誤差；二是超聲波脈沖回波在接收過程中展寬，影響了測距的分辨率，尤其是對近距離造成較大的影響，還有一些因素，諸如環(huán)境溫度、風速等也會對測量造成-.定地影響，這些因素都限制了超聲波測距在一些對測距精度要求較高的場合的應用，如何解決這些問題，提高超聲波測距的精度，超聲波也是一種聲波，其聲速c與溫度有關