(畢業(yè)論文)智能超聲波避障小車的設(shè)計(jì)與制作(可編輯)（共5則）

第一篇：(畢業(yè)論文)智能超聲波避障小車的設(shè)計(jì)與制作(可編輯)

(畢業(yè)論文)智能超聲波避障小車的設(shè)計(jì)與制作

江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告

項(xiàng)目超聲波避障小車的設(shè)計(jì)與制作專業(yè) 學(xué)生姓名班級學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師完成日期摘要

智能小車是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人它具有制作成本低廉電路結(jié)構(gòu)簡單程序調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)由于具有很強(qiáng)的趣味性智能小車深受廣大機(jī)器人愛好者以及高校學(xué)生的喜愛

本論文介紹的是具有自動(dòng)避障功能的智能小車的設(shè)計(jì)與制作以下簡稱智能小車論文對智能小車的方案選擇設(shè)計(jì)思路以及軟硬件的功能和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析和論述經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)收測試該智能小車的電路結(jié)構(gòu)簡單調(diào)試方便系統(tǒng)反映快速靈活設(shè)計(jì)方案正確可行各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)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 目錄摘要 I Abstract II 目錄 III 第一章緒論 1 11項(xiàng)目研究背景及意義 1 12項(xiàng)目主要研究內(nèi)容 1 13設(shè)計(jì)思路 1 14應(yīng)用場合和功能 2 第二章總體方案 3 21總體方案概述 3 22 總體電路原理圖 3 第三章各模塊功能介紹 4 31障礙物測距系統(tǒng) 4 32顯示模塊 5 33驅(qū)動(dòng)模塊 10 34電源模塊 12 第四章軟件設(shè)計(jì) 13 41 程序設(shè)計(jì)流程圖 13 42 關(guān)鍵程序設(shè)計(jì) 14 第五章系統(tǒng)調(diào)試 17 51 調(diào)試的思路 17 52 各模塊的調(diào)試 17 53 調(diào)試心得 19 第六章結(jié)論與展望 61 結(jié)論 20 62 展望 20 致謝 21 參考資料 22 附錄 23 1元器件清單 23 2樣機(jī)實(shí)物照片 24 3電路原理圖 25 相關(guān)程序 26 第一章緒論

11項(xiàng)目研究背景及意義

智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物是以后的發(fā)展方向他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作無需人為管理便可以完成預(yù)期所要達(dá) 到的或是更高的目標(biāo)本設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)多功能小車的智能模式設(shè)計(jì)中的理論方案分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人采礦勘探機(jī)器人家用自動(dòng)清潔機(jī)器人等自動(dòng)半自動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與普及有一定的參考意義同時(shí)小車可以作為玩具的發(fā)展對象為中國玩具市場技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一定的彌補(bǔ)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益形成商業(yè)價(jià)值超聲波作為智能車避障的一種重要手段以其避障實(shí)現(xiàn)方便計(jì)算簡單易于做到實(shí)時(shí)控制測量精度也能達(dá)到實(shí)用的要求在未來汽車智能化進(jìn)程中必將得到廣泛應(yīng)用我國作為一個(gè)世界大國在高科技領(lǐng)域也必須占據(jù)一席之地未來汽車的智能化是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展必然的在這種情況下研究超聲波在智能車避障上的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)意義這將對我國未來智能汽車的研究在世界高科技領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位具有重要作用本智能小車系統(tǒng)最誘人的前景就是可用于未來的智能汽車上了當(dāng)駕駛員因疏忽或打瞌睡時(shí)這樣的智能汽車的設(shè)計(jì)就能體現(xiàn)出它的作用如果汽車偏離車道或距障礙物小于安全距離時(shí)汽車就會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒駕駛員注意如果駕駛員沒有及時(shí)作出反應(yīng)汽車就會(huì)自動(dòng)減速或?？坑诼愤?這樣的小車還可以用于月球探測等的無人探月車幫助我們傳達(dá)月球上更多的信息讓我們更加的了解月球?yàn)閷淼窃伦龊贸浞譁?zhǔn)備這樣的小車在科學(xué)考察探測車上也有廣闊的應(yīng)用前景在科學(xué)考察中有很多危險(xiǎn)且人們無法涉足的地方這時(shí)智能科學(xué)考察車就能夠派上用場在它上面裝上攝像機(jī)代替人們進(jìn)行許多無法進(jìn)行的工作

12項(xiàng)目主要研究內(nèi)容

本設(shè)計(jì)題目為智能避障小車設(shè)計(jì)主要研究小車的避障功能小車遇到障礙物時(shí)當(dāng)距離障礙物大于40cmPWM信號(hào)自增驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速小車加速前進(jìn)當(dāng)小于30cm時(shí)PWM信號(hào)自減驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速小車減速前進(jìn)并且小車采取相應(yīng)的避障措施這里探測裝置必不可少因?yàn)槌暡ㄔ诰嚯x檢測方面的較準(zhǔn)確定位所以采用超聲波傳感器作為探測裝置由于超聲波遇到障礙物時(shí)發(fā)生像光一樣的反射和散射在經(jīng)過多次發(fā)射之后再回到超聲波檢測端口會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的路程差從而影響對距離的檢測進(jìn)而影響對障礙物的較準(zhǔn)確定位通過軟件內(nèi)部校準(zhǔn)優(yōu)化消除外部物理?xiàng)l件造成的誤差從而達(dá)到對障礙物的較準(zhǔn)確定位

13設(shè)計(jì)思路

直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的加速減速并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制主體電路即直流電機(jī) PWM 控制模塊這部分電路主要由 AT89S52 單片機(jī) 的 IO 端口定時(shí)計(jì)數(shù)器外部中斷擴(kuò)展等控制直流電機(jī)的加速減速以及轉(zhuǎn)彎并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制其間是通過 AT89S52 單片機(jī)產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號(hào)并輸入到 L298 驅(qū)動(dòng)芯片來控制直流電機(jī)工作的該直流電機(jī) PWM 控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成設(shè)計(jì)控制部分主要由 AT89S52 單片機(jī)的外部中斷擴(kuò)展電路組成直流電機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)部分主要由電機(jī)和 L298 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成設(shè)計(jì)顯示部分LCD 數(shù)碼顯示部分實(shí)現(xiàn)對超聲波測的距離的實(shí)時(shí)顯示

14應(yīng)用場合和功能

應(yīng)用場合智能小車是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人它具有制作成本低廉電路結(jié)構(gòu)簡單程序調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)由于具有很強(qiáng)的趣味性智能小車深受廣大機(jī)器人愛好者以及高校學(xué)生的喜愛同時(shí)在玩具的應(yīng)用上深受小朋友的青睞

功能本小車使用AT89S52單片機(jī)作為主控芯片它通過超聲波測距來獲取小車距離障礙物的距離并且用LED顯示出來當(dāng)小車與障礙物的距離大于40cm時(shí)小車會(huì)沿直線前進(jìn)當(dāng)小車與障礙物的距離小于30cm時(shí)小車轉(zhuǎn)彎以避開障礙物并且此時(shí)蜂鳴器報(bào)警在避開障礙物后小車會(huì)沿直線前進(jìn)

第二章總體方案 21總體方案概述

本小車使用AT89S52單片機(jī)作為主控芯片它通過超聲波測距來獲取小車距離障礙物的距離并且用LCD顯示出來當(dāng)小車與障礙物的距離大于40cm時(shí)小車會(huì)沿直線前進(jìn)當(dāng)小車與障礙物的距離小于30cm時(shí)小車轉(zhuǎn)彎以避開障礙物并且此時(shí)蜂鳴器報(bào)警在避開障礙物后小車會(huì)沿直線前進(jìn)簡要框圖如圖2-1 圖 21簡要框圖

總體電路原理圖第三章各模塊功能介紹 31障礙物測距系統(tǒng) 方案一超聲波視覺

優(yōu)點(diǎn)價(jià)格合理夜間不受影響易于多目標(biāo)測量和分類分辨率好缺點(diǎn)測量范圍小對天氣變化敏感不能直接測量距離算法復(fù)雜處理速度慢

方案二激光雷達(dá)MMW雷達(dá)

優(yōu)點(diǎn)夜間不受影響不受燈光天氣影響缺點(diǎn)對水灰塵燈光敏感價(jià)格貴

探測障礙的最簡單的方法是使用超聲波傳感器它是利用向目標(biāo)發(fā)射超聲波脈沖計(jì)算其往返時(shí)間來判定距離的算法簡單價(jià)格合理所以我們選擇超聲波傳感器

超聲波測距原理

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TRIG管腳輸入到超聲波測距模塊再由超聲波測距模塊的發(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)通過軟件開始計(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距模塊的接收器收到反射波后通過產(chǎn)生一個(gè)回應(yīng)信號(hào)并通過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340ms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 VT2通過單片機(jī)來算出距離

圖31超聲波測距原理 32顯示模塊方案一用LCD顯示

優(yōu)點(diǎn)輻射小顯示內(nèi)容多低耗能散熱小顯示的畫面穩(wěn)定不閃爍缺點(diǎn)不適合做圖圖像還原不好有可視范圍限制

方案二用LED顯示

優(yōu)點(diǎn)亮度高成本低缺點(diǎn)不能顯示漢字顯示內(nèi)容較少

對于本課題的要求我們選擇LCD實(shí)現(xiàn)功能顯示內(nèi)容多低功耗顯示畫面穩(wěn)定不閃爍硬件電路設(shè)計(jì)簡單

字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母數(shù)字符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD目前常用161162202和402行等的模塊下面以長沙太陽人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器為例介紹其用法一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖

圖 3211602字符型液晶顯示器1602LCD主要技術(shù)參數(shù) 顯示容量16×2個(gè)字符芯片工作電壓4555V 工作電流20mA 50V 模塊最佳工作電壓50V字符尺寸295×435 W×H mm 引腳功能說明1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳無背光或16腳帶背光接口各引腳接口說明如表所示編號(hào) 符號(hào) 引腳說明編號(hào) 符號(hào) 引腳說明VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù)VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù)VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù)RS 數(shù)據(jù)命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù)RW 讀寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù)D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極

表-2-1引腳接口說明表

第1腳VSS為地電源第2腳VDD接5V正電源

第3腳VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端接正電源時(shí)對比度最弱接地時(shí)對比度最高對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生鬼影使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度

第4腳RS為寄存器選擇高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器低電平時(shí)選擇指令寄存器

第5腳RW為讀寫信號(hào)線高電平時(shí)進(jìn)行讀操作低電平時(shí)進(jìn)行寫操作當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)

第6腳E端為使能端當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)液晶模塊執(zhí)行命令

第7～14腳D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線第15腳背光源正極第16腳背光源負(fù)極

1602LCD的指令說明及時(shí)序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令如表-2-2所示序號(hào) 指令 RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 ID S 4 顯示開關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 SC RL 置功能 0 0 0 0 1 DL N F

置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址寫數(shù)到CGRAM或DDRAM 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從CGRAM或DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容表-2-2控制命令表

1602液晶模塊的讀寫操作屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的說明1為高電平0為低電平

指令1清顯示指令碼01H光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置指令2光標(biāo)復(fù)位光標(biāo)返回到地址00H 指令3光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 ID光標(biāo)移動(dòng)方向高電平右移低電平左移 S屏幕上所有文字是否左移或者右移高電平表示有效低電平則無效

指令4顯示開關(guān)控制 D控制整體顯示的開與關(guān)高電平表示開顯示低電平表示關(guān)顯示 C控制光標(biāo)的開與關(guān)高電平表示有光標(biāo)低電平表示無光標(biāo) B控制光標(biāo)是否閃爍高電平閃爍低電平不閃爍

指令5光標(biāo)或顯示移位 SC高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)

指令6功能設(shè)置命令 DL高電平時(shí)為4位總線低電平時(shí)為8位總線 N低電平時(shí)為單行顯示高電平時(shí)雙行顯示 F 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符

指令7字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置指令8DDRAM地址設(shè)置

指令9讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF為忙標(biāo)志位高電平表示忙此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)如果為低電平表示不忙

指令10寫數(shù)據(jù) 指令11讀數(shù)據(jù)

與HD44780相兼容的芯片時(shí)序表如下讀狀態(tài)

輸入 RS LRW HE H 輸出 D0D7 狀態(tài)字寫指令輸入 RS LRW LD0D7 指令碼E 高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù) 輸入 RS HRW HE H 輸出 D0D7 數(shù)據(jù)

寫數(shù)據(jù) 輸入 RS HRW LD0D7 數(shù)據(jù)E 高脈沖輸出無

表-2-3基本操作時(shí)序表

讀寫操作時(shí)序如圖和所示圖 322 讀操作時(shí)序

圖 323 寫操作時(shí)序 33驅(qū)動(dòng)模塊

方案一采用ULN2003驅(qū)動(dòng)它是由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)7組負(fù)載的能力一般用于高速大功率驅(qū)動(dòng)電路所以我們不采用這個(gè)方案

方案二采用由雙極性管組成的H橋電路L298N用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下則效率非常高H橋電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制電子開關(guān)的速度很快穩(wěn)定性也很高而且它有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力L298N有過電流保護(hù)功能當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)卡死時(shí)可以保護(hù)電路和電機(jī)等

L298N有過電流保護(hù)功能當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)卡死時(shí)可以保護(hù)電路和電機(jī) 等所以我們選擇L298N 下圖為L298內(nèi)部圖圖33L298內(nèi)部原理圖

L298各引腳功能如下表

引腳功能

SEN1SEN2 分別為兩個(gè)H橋的電流反饋腳不用時(shí)可以接地 23 1Y11Y2 輸出端與對應(yīng)輸入端IN1IN2同邏輯 4 VS 驅(qū)動(dòng)電壓最小值需比輸入的低電平電壓高25V 57 IN1IN2 輸入端TTL電平兼容

611 EN1EN2 使能端低電平禁止輸出GND 地 9 VSS 邏輯電源457V 1012 IN3IN4 輸入端TTL電平兼容

1314 2Y12Y2 輸出端與對應(yīng)輸入端IN3IN4同邏輯表3-3-1 封裝引腳及功能

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行IO端口狀態(tài)與電機(jī)制動(dòng)對照表如下 IN1 IN2 IN3 IN4 EN1 EN2 轉(zhuǎn)速0 1 0 1 1 正轉(zhuǎn)

0 1 0 1 1 1 反轉(zhuǎn)1 1 1 1 1 停止

0 0 0 0 1 1 停止

X X X X 0 0 停止

表3-3-2 IO端口狀態(tài)與電機(jī)制動(dòng)對照表

34電源模塊

我們選擇采用5v的獨(dú)立的穩(wěn)壓電源優(yōu)點(diǎn)穩(wěn)定可靠且有各種成熟電路可供選用

缺點(diǎn)各模塊都采用獨(dú)立電源會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜且可能影響電路電平綜合電源模塊的缺優(yōu)點(diǎn)和電路的實(shí)際需求我們采用了兩塊獨(dú)立穩(wěn)壓電源一塊給小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)供電一塊給小車的芯片供電這樣彌補(bǔ)了單個(gè)獨(dú)立電源供電出現(xiàn)電力不足的情況

第四章軟件設(shè)計(jì) 41 程序設(shè)計(jì)流程圖

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)由主程序、定時(shí)子程序電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序、中斷子程序顯示子程序、算法子程序構(gòu)成主程序流程圖如圖41所示

圖 41主程序流程圖

關(guān)鍵程序設(shè)計(jì) PWM產(chǎn)生程序設(shè)計(jì)

void Timer2 void interrupt 5

TF2 0 RCAP2H 0x0fe RCAP2L 0x33 click if click 100 click 0 if click ZK1

PWM1 1

else

PWM1 0 if click ZK2

PWM2 1

else

PWM2 0

2超聲波的發(fā)射與接受程序設(shè)計(jì) void zd3 interrupt 3

TH1 0x0f8 TL1 0x30 timer if timer 200

timer 0

TX 1

_nop_

TX 0

31602的初始化程序的設(shè)計(jì) void ini_lcd1602

write_lcd1602 0x380 delay 1 write_lcd1602 0x0c0 delay 1 write_lcd1602 0x060 delay 1 write_lcd1602 0x010 delay 1

41602的寫程序的設(shè)計(jì)

void write_lcd1602 uchar cmduchar i

lcd_mang rs i rw 0 e 0 _nop_ _nop_

e 1 _nop_ _nop_ P0 cmd _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ e 0

51602的判忙程序的設(shè)計(jì) void lcd_mang rs 0 rw 1 e 1 _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ while P00x80 e 0

第五章系統(tǒng)調(diào)試 51 調(diào)試的思路

本設(shè)計(jì)的智能避障小車一共分為四大模塊分別是L298驅(qū)動(dòng)模塊超聲波測距模塊LCD顯示模塊以及蜂鳴器報(bào)警模塊調(diào)試的時(shí)候我們可以把四大模塊分別調(diào)試最后再把所有模塊組合起來再進(jìn)行最后的整機(jī)調(diào)試這樣一個(gè)調(diào)試的思路

各模塊的調(diào)試

521 LCD的調(diào)試首先根據(jù)電路圖將顯示模塊焊好再用萬用表檢查電路是否出現(xiàn)短路一切都正常的情況下將LCD測試程序燒到芯片中觀察LCD的顯示是否正確如圖521一開始可能什么都不顯示這個(gè)時(shí)候我們只需調(diào)整LCD 3腳的變阻器阻值即可

圖 521LCD測試圖

522 超聲波的調(diào)試

超聲波模塊一共有四個(gè)腳一個(gè)是VCC一個(gè)是GND還有兩個(gè)分別是超聲波的發(fā)射和接收引腳連接電路時(shí)候只需引出四根插線分別連接到89S52的對應(yīng)引腳燒制好測試程序測試結(jié)果圖如522本設(shè)計(jì)四根插線分別連接到VCCGND還有發(fā)射和接收引腳分別為P30和P32口

圖 522超聲波測試圖

523 蜂鳴器報(bào)警調(diào)試

蜂鳴器的連接很簡單只需用一個(gè)PNP管來做驅(qū)動(dòng)當(dāng)?shù)碗娖降絹頃r(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音當(dāng)高電平到來時(shí)沒有聲音本設(shè)計(jì)中蜂鳴器連接到P34口如圖523所示

圖523蜂鳴器報(bào)警電路

調(diào)試心得

通過系統(tǒng)的調(diào)試我們可以學(xué)到更多的知識(shí)我們也可以發(fā)現(xiàn)仿真和實(shí)物調(diào)試不同的地方程序設(shè)計(jì)的結(jié)果可能往往和實(shí)物調(diào)試出的結(jié)果不一樣這就需要我們?nèi)ニ伎既フ遄萌ジ倪M(jìn)以達(dá)到預(yù)期效果通過程序和硬件的調(diào)試我們可以更深刻的理解各功能模塊之間的聯(lián)系也可以明白各調(diào)試的步驟

在調(diào)試的過程中我也遇到許多問題例如我在宿舍調(diào)試好小車之后帶到班級時(shí)候在插上電源試圖讓小車跑起來時(shí)候發(fā)現(xiàn)超聲波模塊失去了作用LCD不再顯示數(shù)據(jù)了后來我用電腦USB口供電發(fā)現(xiàn)也不可以檢查了許久才發(fā)現(xiàn)是超聲波模塊上的電源線和地線的兩根插線出現(xiàn)了斷路換線之后LCD正常顯示數(shù)值小車正常行駛整個(gè)調(diào)試過程需要硬件和軟件結(jié)合起來調(diào)試要仔細(xì)檢查電路認(rèn)真思考程序

硬件部分調(diào)試的步驟

檢查原理圖連接是否正確用萬用表檢查是否有虛焊引腳短路現(xiàn)象檢查原理圖與上引腳是否一致680歐的電阻焊成了68千歐這使我深深感受到理論與實(shí)際間的差距在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)插上編程器后不能燒制程序通過檢查電路發(fā)現(xiàn)AT89S52芯片的使能端沒有接VCC改好之后重新燒制發(fā)現(xiàn)還是不可以通過再次檢查發(fā)現(xiàn)是共陰管的驅(qū)動(dòng)芯片74LS245的引腳出現(xiàn)焊接錯(cuò)誤通過這些調(diào)試提高了我檢查電路的能力以及鞏固了電路圖的知識(shí)通過這樣的設(shè)計(jì)提高了我的動(dòng)手能力每天在實(shí)驗(yàn)室除了焊接線路板還可以上機(jī)編程使我軟件調(diào)試知識(shí)也提高了本設(shè)計(jì)采用的是89S52單片機(jī)這主要是因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)的穩(wěn)定性比較好還可以采用其它系列的單片機(jī)比如采用陵陽單片機(jī)就可以簡化編程但其穩(wěn)定性不是很好

展望

1在本課題的基礎(chǔ)上我們可以在小車的底座下面裝一個(gè)吸塵裝置這樣就可以在小車行駛的過程中吸除一些預(yù)先放好的小紙屑

2設(shè)計(jì)出兩輛小車一輛小車放在另一輛的前面當(dāng)前面一輛小車起動(dòng)時(shí)候后面一輛小車也起動(dòng)前面一輛小車轉(zhuǎn)彎的時(shí)候后面一輛也跟著轉(zhuǎn)彎前面一輛小車停止時(shí)后面一輛也跟著停止

致謝

歷時(shí)三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落經(jīng)過自己不斷的搜索努力以及白老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成在這段時(shí)間里白老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩他的指導(dǎo)使我受益非淺

通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果雖然在這次設(shè)計(jì)中對于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力不斷完善這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)

由于自身水平有限設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處敬請各位老師批評指正

參考資料趙負(fù)圖傳感器集成電路手冊第一版化學(xué)工業(yè)出版社2004590～591 2李華MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)第三版北京1997年 3張紅潤實(shí)用自動(dòng)控制成都科技大學(xué)出版社1990年1月 4康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)北京高等教育出版社1983年10月 5潘新民微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)北京人民郵電技術(shù)出版社1988年3月

6趙依軍單片機(jī)微型接口技術(shù)北京人民郵電技術(shù)出版社1989年3月

7李廣弟單片機(jī)基礎(chǔ)北京北京航空航天大學(xué)出版社2001 8胡漢才單片機(jī)原理及其接口技術(shù)北京清華大學(xué)出版社1996 9王毅單片機(jī)器件應(yīng)用手冊北京人民郵電出版社1995 附錄 1元器件清單

序號(hào) 元件名稱數(shù)量參數(shù)AT89S52單片機(jī)

超聲波模塊 1 L298n 1 智能避障小車底盤蜂鳴器LCD液晶屏

2樣機(jī)實(shí)物照片

3電路原理圖相關(guān)程序 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int unsigned char i sbit rs P26

定義引腳 sbit rw P25 sbit e P27 sbit TX P30 觸發(fā)信號(hào)引腳 sbit FM P34 sbit PWM1 P36 pwm信號(hào)輸出 sbit PWM2 P37 static char click 0 unsigned char ZK1ZK2 unsigned int time 0 unsigned int timer 0 unsigned long S bit flag 0 unsigned char code ASCII[19] 0123456789-MJU LI static unsigned char DisNum 0 顯示用指針

unsigned long S 0 unsigned char disbuff[11] 0 void Conut void

time TH0256TL0

TH0 0

TL0 0

S time17 100

disbuff[0] 13

disbuff[1] 14

disbuff[2] 15

disbuff[3] 16

disbuff[4] 17

disbuff[5] 18

disbuff[6] S1000100

disbuff[7] 10

disbuff[8] S100010010

disbuff[9] S100010 10

disbuff[10] 12

void delay_1 void 誤差 0us

unsigned char ab for b 215b 0b--for a 45a 0a--

void delay uchar a

uchar i while a--

for i 0i 250i

_nop_ _nop_

判忙

void lcd_mang rs 0 rw 1 e 1 _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ while P00x80 e 0

1602的寫

void write_lcd1602 uchar cmduchar i 當(dāng)i為0的時(shí)候?yàn)橄?602寫指令為1寫數(shù)據(jù)

lcd_mang rs i rw 0 e 0 _nop_ _nop_

e 1 _nop_ _nop_ P0 cmd _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ e 0

1602的初始化 void ini_lcd1602

write_lcd1602 0x380 delay 1 write_lcd1602 0x0c0 delay 1 write_lcd1602 0x060 delay 1 write_lcd1602 0x010 delay 1

void Timer2Interrupt

RCAP2H 0x0fe RCAP2L 0x33 ET2 1 T2定時(shí)器中斷

EA 1 總中斷

TR2 1 T2定時(shí)器

允許打開啟動(dòng)void zd0 interrupt 1

flag 1

void zd3 interrupt 3 800MS啟動(dòng)模塊

TH1 0x0f8 TL1 0x30 timer if timer 200

timer 0 TX 1

800MS _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_

T1中斷用來掃描數(shù)碼管和計(jì)啟動(dòng)一次模塊 _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ _nop_ TX 0

void Timer2 void interrupt 5

TF2 0 T2定時(shí)器發(fā)生溢出中斷時(shí)需要用戶自己清除溢出標(biāo)記

RCAP2H 0x0fe RCAP2L 0x33 恢復(fù)定時(shí)器初始值

click if click 100 click 0 if click ZK1

PWM1 1

else

PWM1 0 if click ZK2

PWM2 1

else

PWM2 0 主函數(shù) void main

TMOD 0x19

設(shè)T0為方式1GATE 1 TH0 0 TL0 0 TH1 0x0f8 2MS定時(shí)

TL1 0x30 ET0 1 允許T0中斷

ET1 1

允許T1中斷 TR1 1

開啟定時(shí)器

Timer2Interrupt EA 1

開啟總中斷

ZK1 20 ZK2 20 ini_lcd1602 while 1

while INT0 0 當(dāng)RX為零時(shí)等待

TR0 1

while INT0 1 當(dāng)RX為1計(jì)數(shù)并等待

TR0 0

關(guān)閉計(jì)數(shù)

Conut

計(jì)算

if S 40

控制加速

FM 1

P1 0xaf

ZK1 ZK1-5

ZK2 ZK2-5

else

if S 30 控制轉(zhuǎn)向

FM 0

ZK1 ZK15

ZK2 ZK25

P1 0X8F

delay_1

if ZK1 99 ZK1 1

if ZK1 1 ZK1 10

if ZK2 99 ZK2 1

if ZK2 1 ZK2 10

write_lcd1602 0x800

for i 0i 10i

write_lcd1602 ASCII[disbuff[i]]1-31-

第二篇：智能避障小車試驗(yàn)報(bào)告與總結(jié)

智能避障小車試驗(yàn)報(bào)告與

總結(jié)

專業(yè)班級：12自動(dòng)化-3 姓名：李昆倫學(xué) 號(hào)：1216306058

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感覺傳感器種類越來越多，其中視覺傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，對于視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺需要通過大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡單的目標(biāo)。視覺傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動(dòng)聚焦。但CCD傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮使用接近覺傳感器是一種實(shí)用有效的方法。

STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。我們采用的就是STC12C5A60S2這種單片機(jī)。

避障系統(tǒng)可以采用反射式光電開關(guān)或者超聲波傳感器對前方的障礙物進(jìn)行檢測，前者結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用方便靈活，但不能獲知障礙物與小車間的具體距離；后者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可以測得障礙物與小車間的直線距離。本系統(tǒng)采用反射式光電開關(guān)E3F-DS10C4來檢測障礙物。E3F-DS10C4是漫反射式光電開關(guān)，NPN三線輸出方式，三線分別為電源線、輸出線、地線。它的靈敏度也可以調(diào)節(jié)，檢測距離比較遠(yuǎn)，可以達(dá)到20cm。

紅外發(fā)射管，發(fā)射50hz調(diào)制的38k信號(hào)。當(dāng)遇到障礙物時(shí)，發(fā)生漫反射，紅外接收頭接收到這一信號(hào)時(shí)，輸出端輸出50hz的信號(hào)。判斷這一信號(hào)，即可判斷，遇到了障礙物。

避障傳感器基本原理，利用物體的反射性質(zhì)。在一定范圍內(nèi)，如果沒有障礙物，發(fā)射出去紅外線，因?yàn)閭鞑ゾ嚯x越遠(yuǎn)而逐漸減弱，最后消失，或者反射回來的光很弱時(shí)，輸出端呈低電平光電開關(guān)的檢測不受外界干擾。如果有障礙物，紅外線遇到障礙物，被反射到達(dá)傳感器接收頭，則輸出端呈高電平。傳感器檢測到這一信號(hào)，就可以確認(rèn)正前方有障礙物，并送給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行一系列的處理分析，協(xié)調(diào)小車兩輪工作。紅外避障基本原理大致就是如此。

利用紅外傳感器進(jìn)行“前進(jìn)-倒退-轉(zhuǎn)向”避障，在車的頭部安裝光電開關(guān)小車采用左右輪分別驅(qū)動(dòng)小車進(jìn)入障礙區(qū)后，在距離障礙物10cm到20cm的地方就可以檢測到前面有障礙物（改變光電開關(guān)的靈敏度可改變最遠(yuǎn)檢測距離），然后小車剎車停止，并調(diào)整角度，車頭右偏一個(gè)角度，其方法是小車在前進(jìn)制動(dòng)過程中，先制動(dòng)右輪，這樣左輪轉(zhuǎn)動(dòng)快，使小車右轉(zhuǎn)，并制動(dòng)停止，隨后小車加速后退，然后制動(dòng)，在制動(dòng)過程中，先制動(dòng)右輪，左邊快而使車頭左偏，小車再前進(jìn)，檢測前方是否有障礙物。如此循環(huán)，就可以繞開障礙物。前進(jìn)停止和后退停止之間的距離約為30cm，只要小車前進(jìn)時(shí)剎車行程小于傳感器檢測到障礙物的最大距離，就可以肯定小車車頭碰不到障礙物。調(diào)整適當(dāng)?shù)膭x車行程和傳感器的靈敏度，便可實(shí)現(xiàn)這個(gè)條件。單片機(jī)電路：

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：

電源電路：

紅外傳感電路:

之后附上小車實(shí)物照片：采用二輪驅(qū)動(dòng)，后面一個(gè)萬向輪方便轉(zhuǎn)向，減少阻力。電源采用3.7v鋰電池供電。

至于程序輸入，如圖電源指示燈旁邊有個(gè)插口，可以連接數(shù)據(jù)線，安裝的驅(qū)動(dòng)是PL2303Vista_Installer，燒寫軟件我采用的是stc-isp-15xx-v6.67D，至于程序則是在同學(xué)們的幫助下參考網(wǎng)上的改編的。程序有如下：

#include“STC12C5A60S2.h” #include /*接線定義*/ sbit IN1=P1^5;sbit IN2=P1^6;sbit IN3=P1^1;sbit IN4=P1^0;sbit EN1=P1^3;sbit EN2=P1^4;/*傳感器接線定義*/ sbit Left_InSen=P3^3;sbit Right_InSen=P2^0;sbit bleft=P2^4;sbit bright=P2^3;sbit BUZZ=P1^7;

void delay(unsigned int n){ unsigned char i, j,k;for(k=0;k<=n;k++){ _nop_();_nop_();i = 20;j = 10;do {

while(--j);} while(--i);} } void beep(void){ unsigned char i;for(i=0;i<3;i++){ BUZZ=~BUZZ;delay(10);} BUZZ=1;} void gogogo(void){ IN1=1;IN2=0;IN3=1;IN4=0;} void backbackback(void){ IN1=0;IN2=1;IN3=0;IN4=1;} void stop(void){ IN1=0;IN2=0;IN3=0;IN4=0;} void turnleft(void){ IN1=0;IN2=1;IN3=1;IN4=0;} void turnright(void){ IN1=1;IN2=0;IN3=0;IN4=1;} void main(void){ while(1){ if(bleft==0&&bright==1){ turnright();delay(3);stop();delay(3);} if(bleft==1&&bright==0){ turnleft();delay(3);stop();delay(3);} if(bleft==0&&bright==0){ gogogo();delay(3);stop();delay(3);} if(bleft==1&&bright==1){ turnright();delay(3);stop();delay(3);} } } 在焊接過程中，也出線了很多錯(cuò)誤，再嚴(yán)重的一次是單片機(jī)底座引腳有一個(gè)沒有焊好，然后用萬用表連接了多次才發(fā)現(xiàn)，然后用一根小鐵絲從下面穿上去再用錫焊牢固。特別要注意的是色環(huán)電阻的識(shí)別計(jì)算方法，在這就不詳細(xì)介紹了。最難的莫過于程序的調(diào)試和小車的機(jī)械方面布局幾輪驅(qū)動(dòng)一類的問題?？傊?，通過這次動(dòng)手制作小車，我從中也學(xué)到了很多平時(shí)不知道的東西。以后有機(jī)會(huì)，會(huì)繼續(xù)加強(qiáng)這方面的動(dòng)手學(xué)習(xí)能力。

第三篇：基于Arduino單片機(jī)避障小車機(jī)器人畢業(yè)論文

論文編碼：TP39

Capital Normal University

首都師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

基于行為設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

——機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)模塊

Design and Implementation of Mobile Robot

Based on Behavior Design —— Robot Mechanical Solutions

論文作者：張倩穎院系：信息工程學(xué)院專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 號(hào)： 1111000055 指導(dǎo)老師：徐敏完成日期： 2015年 4月 25日

首都師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

摘要

本文簡要介紹了基于行為設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)----一種基于Arduino新型集成開發(fā)環(huán)境的超聲波避障小車的工作原理。其中包括對小車的執(zhí)行組件、搭建結(jié)構(gòu)、傳感器、Arduino單片機(jī)軟件編程及試驗(yàn)結(jié)果的介紹。

本方案以Arduino單片機(jī)為控制核心，基于蝙蝠超聲波測距的原理,利用超聲波傳感器,檢測小車前方障礙物的距離，然后把數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)。當(dāng)超聲波檢測到距離小車前方25CM有障礙物時(shí)單片機(jī)就發(fā)出指令讓小車左轉(zhuǎn)一定角度，然后停止行進(jìn)繼續(xù)探測.如果前方25CM沒有障礙物則直行，否則繼續(xù)左轉(zhuǎn)一定角度。如此通過超聲波不斷的循環(huán)檢測周邊環(huán)境的情況進(jìn)行自動(dòng)避障。

本系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)方面，以Arduino單片機(jī)為控制核心，以超聲波傳感器檢測前方障礙物，從而自動(dòng)避障。在軟件方面，利用Arduino語言進(jìn)行編程，通過軟件編程來控制小車運(yùn)轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)方面采用L298N驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流電機(jī)帶動(dòng)小車運(yùn)行。并且，用PWM系統(tǒng)調(diào)速,控制小車前進(jìn)的速度。實(shí)現(xiàn)小車根據(jù)外部環(huán)境,做出前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向等動(dòng)作,從而完成避障的功能，本設(shè)計(jì)具有有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：Arduino單片機(jī)；超聲波傳感器；避障

基于行為設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

ABSTRACT This paper describes the design of mobile robot behavior-based design and implement----A new ultrasound-based integrated development environment Arduino obstacle avoidance car works.These include the implementation of car components, building structures, sensors, Arduino microcontroller software programming and test results presentation.The program to Arduino microcontroller core, based on the principle of ultrasonic distance measurement bats using ultrasonic sensors to detect obstacles in front from the car, and then transmits the data to the microcontroller.When the ultrasonic distance in front of the car detects obstacles 25CM SCM issued a directive to make the car turn left on an angle, then continue probing stop traveling.If there is no obstacle in front of the 25CM straight, turn left or continue certain angle.So the case of the ultrasonic continuous loop through the surrounding environment to automatically detect avoidance.The system hardware design to Arduino microcontroller core, with ultrasonic sensors detect obstacles in front, so that automatic obstacle avoidance.On the software side, the use of Arduino programming language to control the car running through software programming.The system uses the driver side L298N drive two DC motors drive the car running.And, with the PWM system speed, speed control car forward.Realize the car according to the external environment, made forward, backward, and steering movements, thus completing the obstacle avoidance function, the design has a certain practical value.Key words: Arduino;ultrasonic sensors;obstacle avoidance

首都師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

第一章緒論....................................................................................................................................1 1.1 論文的選題背景...................................................................................................................1 1.2 Arduino單片機(jī)概述.............................................................................................................2 1.3 Arduino機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀.....................................................................................................3 1.4 Arduino智能避障機(jī)器人研究意義和目的.........................................................................4 1.5項(xiàng)目主要研究內(nèi)容...............................................................................................................5 第二章避障小車機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)............................................................................................6 2.1設(shè)計(jì)原理與方法...................................................................................................................6 2.2硬件設(shè)計(jì)...............................................................................................................................6 2.3 軟件設(shè)計(jì)...............................................................................................................................7 2.3.1 Arduino語言..................................................................................................................7 2.3.2 Arduino IDE....................................................................................................................8 2.4 實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備.....................................................................................................................10 第三章硬件模塊..........................................................................................................................12 3.1 各模塊的的基本性能.........................................................................................................12 3.1.1 單片機(jī)模塊...................................................................................................................12 3.1.2 電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊...................................................................................................12 3.1.3避障模塊......................................................................................................................14 3.1.4電源模塊......................................................................................................................15 3.2 小車的基本搭建.................................................................................................................15 3.3連線.....................................................................................................................................17 3.3.1電機(jī)的連線..................................................................................................................17 3.3.2舵機(jī)的連線..................................................................................................................18 3.3.3超聲波的連線..............................................................................................................19 3.3.4 Arduino超聲波小車總體連線圖：.............................................................................20

III

基于行為設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

第四章軟件模塊..........................................................................................................................21 4.1 軟件設(shè)計(jì)思路.....................................................................................................................21 4.2 電機(jī)前進(jìn)模塊.....................................................................................................................22 4.2 電機(jī)后退模塊.....................................................................................................................22 4.3 電機(jī)停止工作模塊.............................................................................................................23 4.4 電機(jī)左轉(zhuǎn)模塊.....................................................................................................................23 4.5 電機(jī)右轉(zhuǎn)模塊.....................................................................................................................24 4.6 防卡死模塊.........................................................................................................................25 第五章實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析..............................................................................................................26 5.1預(yù)期目標(biāo).............................................................................................................................26 5.2遇到的問題和解決方法.....................................................................................................26 5.3 硬件的調(diào)試與整合.............................................................................................................27 5.3.1調(diào)試思路......................................................................................................................27 5.3.2調(diào)試超聲波模塊..........................................................................................................27 5.3.3電機(jī)調(diào)試......................................................................................................................28 5.4 心得體會(huì).............................................................................................................................28 第六章設(shè)想與展望......................................................................................................................30 參考文獻(xiàn).......................................................................................................................................31 致謝...............................................................................................................................................32 附錄...............................................................................................................................................33 超聲波智能避障車程序（ARDUINO）...................................................................................33

首都師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

第一章緒論

1.1 論文的選題背景

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及近年來機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。小到智能玩具，大到機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國防等各個(gè)領(lǐng)域。人們將計(jì)算機(jī)技術(shù)更加廣闊的運(yùn)用的人類生活中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類的夢想，并一直在為之努力。在我們的生活里，有很多的機(jī)器人，如圖1.1所示，這兩種機(jī)器人分別是掃地機(jī)器人和滅火機(jī)器人。他們在我們的生活中非常常見也很實(shí)用，他們的特點(diǎn)就是無需人們的控制，能夠自行運(yùn)動(dòng)完成他們的任務(wù)。那么這就需要一個(gè)非常必要的基礎(chǔ)功能，那就是能夠感知并躲避前方的障礙物。

因此，在本次的設(shè)計(jì)中，我們將設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠避障機(jī)器人，在具有這個(gè)基本功能的基礎(chǔ)上，我們就可以為他附加更多的功能，賦予它更多的實(shí)用價(jià)值。選用Arduino單片機(jī)作為控制核心，使用仿生超聲波技術(shù)傳感器進(jìn)行避障的實(shí)現(xiàn)?！爸悄鼙苷蠙C(jī)器人”作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，也是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。

圖1.1

基于行為設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.2 Arduino單片機(jī)概述

Arduino，是一個(gè)基于開放原始碼的軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建于開放原始碼simple I/O介面版，并且具有使用類似Java，C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。它包含兩個(gè)主要的部分：硬件部分是可以用來做電路連接和Arduino電路板；另外一個(gè)則是Arduino IDE，你的計(jì)算機(jī)中的程序開發(fā)環(huán)境。你只要在IDE中編寫程序代碼，將程序上傳到Arduino電路板后，程序便會(huì)告訴Arduino電路板要做些什么了。

Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境。板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進(jìn)制文件，收錄進(jìn)微控制器。對Arduino的編程是利用Arduino編程語言(基于 Wiring)和Arduino開發(fā)環(huán)境(based on Processing)來實(shí)現(xiàn)的?；贏rduino的項(xiàng)目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上運(yùn)行的軟件，他們之間進(jìn)行通信(比如 Flash, Processing, MaxMSP)來實(shí)現(xiàn)?？梢宰约簞?dòng)手制作，也可以購買成品套裝;Arduino所使用到的軟件都可以免費(fèi)下載.硬件參考設(shè)計(jì)(CAD 文件)也是遵循availableopen-source協(xié)議, 你可以非常自由地根據(jù)你自己的要求去修改他們.Arduino可以使用開發(fā)完成的電子元件例如Switch或sensors或其他控制器、LED、步進(jìn)馬達(dá)或其他輸出裝置。Arduino也可以獨(dú)立運(yùn)作成為一個(gè)可以跟軟件溝通的接口，例如說：flash、processing、Max/MSP、VVVV或其他互動(dòng)軟件…。Arduino開發(fā)IDE接口基于開放源代碼原，可以讓您免費(fèi)下載使用開發(fā)出更多令人驚艷的互動(dòng)作品。

其主要特點(diǎn)如下：

1）開放源代碼的電路圖設(shè)計(jì)，程序開發(fā)接口免費(fèi)下載，也可依個(gè)人需求自己修改。2）使用低價(jià)格的微處理控制器(AVR系列控制器)，可以采用USB接口供電，不需外接電源，也可以使用外部9VDC輸入。

3）Arduino支持ISP在線燒，可以將新的“bootloader”固件燒入AVR芯片。有了bootloader之后，可以通過串口或者USB to Rs232線更新固件。

4）可依據(jù)官方提供的Eagle格式PCB和SCH電路圖簡化Arduino模組，完成獨(dú)立運(yùn)作的微處理控制；可簡單地與傳感器，各式各樣的電子元件連接(例如：紅外線,超音波,熱敏電阻,光敏電阻,伺服馬達(dá),…等)5)支持多種互動(dòng)程序，如：Flash、Max/Msp、VVVV、PD、C、Processing等。

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6)應(yīng)用方面，利用Arduino，突破以往只能使用鼠標(biāo)、鍵盤、CCD等輸入的裝置的互動(dòng)內(nèi)容，可以更簡單地達(dá)成單人或多人游戲互動(dòng)。

我們?yōu)槭裁匆褂肁rduino？有很多的單片機(jī)和單片機(jī)平臺(tái)都適合用做交互式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。例如：Parallax Basic Stamp，Netmedia’s BX-24，Phidgets，MIT’s Handyboard和其它等等提供類似功能的。所有這些工具，你都不需要去關(guān)心單片機(jī)編程繁瑣的細(xì)節(jié)，提供給你的是一套容易使用的工具包。Arduino同樣也簡化了同單片機(jī)工作的流程，但同其它系統(tǒng)相比Arduino在很多地方更具有優(yōu)越性，特別適合老師，學(xué)生和一些業(yè)余愛好者們使用：和其它平臺(tái)相比，Arduino板算是相當(dāng)便宜了。最便宜的Arduino版本可以自己動(dòng)手制作，即使是組裝好的成品，其價(jià)格也不會(huì)超過200元。而且Arduino軟件可以跨平臺(tái)運(yùn)行在Windows，Macintosh OSX，和Linux操作系統(tǒng)。而大部分其它的單片機(jī)系統(tǒng)都只能運(yùn)行在Windows上。另外，它具有簡易的編程環(huán)境。初學(xué)者很容易就能學(xué)會(huì)使用Arduino編程環(huán)境，同時(shí)它又能為高級用戶提供足夠多的高級應(yīng)用。對于老師們來說，一般都能很方便的使用Processing 編程環(huán)境，所以如果學(xué)生學(xué)習(xí)過使用Processing 編程環(huán)境的話，那他們在使用Arduino開發(fā)環(huán)境的時(shí)候就會(huì)覺得很相似很熟悉。

軟件開源并可擴(kuò)展－Arduino軟件是開源的，對于有經(jīng)驗(yàn)的程序員可以對其進(jìn)行擴(kuò)展。Arduino編程語言可以通過C++庫進(jìn)行擴(kuò)展，如果有人想去了解技術(shù)上的細(xì)節(jié)，可以跳過Arduino語言而直接使用AVR C 編程語言（因?yàn)锳rduino語言實(shí)際上是基于AVR C的）。類似的，如果你需要的話，你也可以直接往你的Arduino程序中添加AVR-C 代碼。

Arduino基于AVR平臺(tái)，對AVR庫進(jìn)行了二次編譯封裝，把端口都打包好了，寄存器啦、地址指針之類的基本不用管。大大降低了軟件開發(fā)難度，適宜非專業(yè)愛好者使用。優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)并存，因?yàn)槭嵌尉幾g封裝，代碼不如直接使用AVR代碼編寫精練，代碼執(zhí)行效率與代碼體積都弱于AVR直接編譯。

1.3 Arduino機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

我國目前的發(fā)展現(xiàn)狀是研制中的智能移動(dòng)機(jī)器人智能水平并不高，只能說是智能移動(dòng)機(jī)器人的初級階段。智能移動(dòng)機(jī)器人研究中當(dāng)前的核心問題有兩方面：一方面是，提高智能移動(dòng)機(jī)器人的自主性，這是就智能移動(dòng)機(jī)器人與人的關(guān)系而言，即希望智能

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移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)一步獨(dú)立于人，具有更為友善的人機(jī)界面。從長遠(yuǎn)來說，希望操作人員只要給出要完成的任務(wù)，而機(jī)器能自動(dòng)形成完成該任務(wù)的步驟，并自動(dòng)完成它。另一方面是，提高智能移動(dòng)機(jī)器人的適應(yīng)性，提高智能移動(dòng)機(jī)器人適應(yīng)環(huán)境變化的能力，這是就智能移動(dòng)機(jī)器人與環(huán)境的關(guān)系而言，希望加強(qiáng)它們之間的交互關(guān)系。

智能移動(dòng)機(jī)器人涉及到許多關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)關(guān)系到智能移動(dòng)機(jī)器人的智能性的高低。這些關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面：多傳感信息耦合技術(shù)，多傳感器信息融合就是指綜合來自多個(gè)傳感器的感知數(shù)據(jù),以產(chǎn)生更可靠、更準(zhǔn)確或更全面的信息，經(jīng)過融合的多傳感器系統(tǒng)能夠更加完善、精確地反映檢測對象的特性,消除信息的不確定性,提高信息的可靠性；導(dǎo)航和定位技術(shù)，在自主移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中，無論是局部實(shí)時(shí)避障還是全局規(guī)劃，都需要精確知道機(jī)器人或障礙物的當(dāng)前狀態(tài)及位置，以完成導(dǎo)航、避障及路徑規(guī)劃等任務(wù)；路徑規(guī)劃技術(shù)，最優(yōu)路徑規(guī)劃就是依據(jù)某個(gè)或某些優(yōu)化準(zhǔn)則，在機(jī)器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)、可以避開障礙物的最優(yōu)路徑；機(jī)器人視覺技術(shù)，機(jī)器人視覺系統(tǒng)的工作包括圖像的獲取、圖像的處理和分析、輸出和顯示,核心任務(wù)是特征提取、圖像分割和圖像辨識(shí)；智能控制技術(shù)，智能控制方法提高了機(jī)器人的速度及精度；人機(jī)接口技術(shù)，人機(jī)接口技術(shù)是研究如何使人方便自然地與計(jì)算機(jī)交流。

在各國的智能移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展中，美國的智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在國際上一直處于領(lǐng)先地位，其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)，性能可靠、功能全面、精確度高，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用。日本由于一系列扶植政策，各類機(jī)器人包括智能移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展迅速。歐洲各國在智能移動(dòng)機(jī)器人的研究和應(yīng)用方面在世界上處于公認(rèn)的領(lǐng)先地位。中國起步較晚，而后進(jìn)入了大力發(fā)展的時(shí)期，以期以機(jī)器人為媒介物推動(dòng)整個(gè)制造業(yè)的改變，推動(dòng)整個(gè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的壯大

1.4 Arduino智能避障機(jī)器人研究意義和目的

機(jī)器人的感覺傳感器種類非常多，其中視覺傳感器成為研制自動(dòng)行走和駕駛機(jī)器人的重要部件。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺功能。本設(shè)計(jì)以超聲波作為智能車避障的一種重要手段，以其避障實(shí)現(xiàn)方便，計(jì)算簡單，易于做到實(shí)時(shí)控制，測量精度也能達(dá)到實(shí)用的要求，在未來汽車智能化進(jìn)程中必將得到廣泛應(yīng)用。我國作為一個(gè)世界大國，在高科

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技領(lǐng)域也必須占據(jù)一席之地，未來汽車的智能化是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展必然的，在這種情況下研究超聲波在智能車避障上的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)意義，這將對我國未來智能汽車的研究在世界高科技領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位具有重要作用。

本設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)多功能小車的智能避障功能，本設(shè)計(jì)中的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動(dòng)清潔機(jī)器人等自動(dòng)半自動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與普及有一定的參考意義。同時(shí)小車可以作為玩具的發(fā)展對象，為中國玩具市場技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一定的彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，形成商業(yè)價(jià)值。我們所設(shè)計(jì)的智能移動(dòng)機(jī)器人利用超聲波能夠在路面上順利躲避障礙物，從而在導(dǎo)盲和輔助人類行動(dòng)方面也有著重要意義。

1.5項(xiàng)目主要研究內(nèi)容

本設(shè)計(jì)題目為《基于行為設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》是以Arduino單片機(jī)為控制核心，主要研究小車的避障功能。利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，然后把數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，當(dāng)超聲波檢測到距離小車前方有障礙物時(shí)單片機(jī)就發(fā)出指令讓小車左轉(zhuǎn)一定角度，然后停止運(yùn)行繼續(xù)探測.如果前方?jīng)]有障礙物就直走，否則繼續(xù)左轉(zhuǎn)一定角度。如此通過超聲波不斷的循環(huán)檢測周邊環(huán)境的情況進(jìn)行自動(dòng)避障。該功能的小車能夠?qū)崿F(xiàn)在無人操作的情況下在比較寬闊平坦的環(huán)境中避開障礙物。當(dāng)機(jī)器人在行走過程中遇到前方障礙時(shí),能夠根據(jù)有效范圍內(nèi)的距離作出相應(yīng)處理,由單片機(jī)軟件發(fā)出轉(zhuǎn)彎、直行、后退指令,避免機(jī)器與障礙物相撞。

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第二章避障小車機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)原理與方法

本設(shè)計(jì)中直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的加速、減速，并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。主體電路：即直流電機(jī)PWM 控制模塊。這部分電路主要由AT89S52 單片機(jī)的 I/O 端口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、外部中斷擴(kuò)展等控制直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。其間是通過 AT89S52 單片機(jī)產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號(hào)并輸入到L298 驅(qū)動(dòng)芯片來控制直流電機(jī)工作的。該直流電機(jī)PWM 控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：設(shè)計(jì)控制部分：主要由AT89S52 單片機(jī)的外部中斷擴(kuò)展電路組成。直流電機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)部分主要由一些二極管、電機(jī)和L298 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。智能小車采用后輪驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)后輪各用一個(gè)電機(jī)，前輪是萬象輪，起到支撐和轉(zhuǎn)向的作用。

2.2硬件設(shè)計(jì)

本小車的硬件部分分為幾個(gè)模塊：超聲波傳感器、Arduino單片機(jī)、電源、兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、車身。電源連接在Arduino單片機(jī)上給整個(gè)小車供電。小車以Arduino單片機(jī)為核心，連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)板控制兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)。將超聲波傳感器安置在車身的最前端，用于探測前方是否有障礙物。當(dāng)超聲波傳感器遇到障礙物，將反饋提供到單片機(jī)里從而做出向左旋轉(zhuǎn)的反應(yīng)，再次檢測前方是否有障礙物，若有障礙物則繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，沒有障礙物則電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)前進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)小車的避障功能。硬件框架圖如圖2.1。

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圖2.1 硬件設(shè)計(jì)框架

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 Arduino語言

Arduino語言具有如下特點(diǎn)：

1、開放源代碼的電路圖設(shè)計(jì)，程序開發(fā)接口免費(fèi)下載，也可依需求自己修改。

2、使用低價(jià)格的微處理控制器(AVR系列控制器)，可以采用USB接口供電，不需外接電源，也可以使用外部9VDC輸入。

3、Arduino支持ISP在線燒，可以將新的“bootloader”固件燒入AVR芯片。有了bootloader之后，可以通過串口或者USB to Rs232線更新固件。

4、可依據(jù)官方提供的Eagle格式PCB和SCH電路圖簡化Arduino模組，完成獨(dú)立運(yùn)作的微處理控制；可簡單地與傳感器，各式各樣的電子元件連接(例如：紅外線,超音波,熱敏電阻,光敏電阻,伺服馬達(dá),?等)

5、支持多種互動(dòng)程序，如：Flash、Max/Msp、VVVV、PD、C、Processing等。

6、應(yīng)用方面，利用Arduino，突破以往只能使用鼠標(biāo)、鍵盤、CCD等輸入的裝置的互動(dòng)內(nèi)容，可以更簡單地達(dá)成單人或多人游戲互動(dòng)。Arduino的功能：

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Arduino可以讓我們快速使用與Macromedia Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider等軟件結(jié)合，作出互動(dòng)作品。Arduino可以使用現(xiàn)有的電子元件例如開關(guān)或者傳感器或者其他控制器件、LED、步進(jìn)馬達(dá)或其他輸出裝置。Arduino也可以獨(dú)立運(yùn)行，并與軟件進(jìn)行交互，例如：Macromedia Flash, Processing,Max/MSP, Pure Data,VVVV或其他互動(dòng)軟件，Arduino的IDE界面基于開放源代碼，可以讓我們免費(fèi)下載使用，開發(fā)出更多令人驚艷的互動(dòng)作品。

Arduino可使用ICSP線上燒入器，將「bootloader」燒入新的IC晶片；可依據(jù)官方電路圖，簡化Arduino模組，完成獨(dú)立運(yùn)作的微處理控制；可簡單地與傳感器，各式各樣的電子元件連接（例如：紅外線，超聲波，熱敏電阻，光敏電阻，伺服馬達(dá)等）；支援多樣的互動(dòng)程序例如: Macromedia Flash、Max/Msp、VVVV、PD、C、Processing等；使用低價(jià)格的微處理控制器(ATMEGA 8-168)；USB接口，不需外接電源。另外有提供9V直流電源輸入；在應(yīng)用方面，利用Arduino，突破以往只能使用鼠標(biāo)，鍵盤，CCD等輸入的裝置進(jìn)行互動(dòng)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，可以更簡單地達(dá)成單人或多人游戲互動(dòng)。

2.3.2 Arduino IDE 如圖2.3這是運(yùn)行界面。Arduino語言是一種類c的語言。在這個(gè)界面里有我們編程時(shí)最常用的東西。當(dāng)我們把鼠標(biāo)放在上面就會(huì)在右側(cè)出現(xiàn)按鍵的功能。

圖2.3 Arduino IDE運(yùn)行界面

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圖2.4就是upload上傳功能。最右邊的圖標(biāo)是我們需要熟知的串口監(jiān)視器，快捷鍵是：Ctrl+Shift+M。點(diǎn)這個(gè)圖標(biāo)有用的前提是插上了串口設(shè)備，當(dāng)然Arduino插在USB上也可以，因?yàn)榘迳系腁tmega16U2就是USB轉(zhuǎn)串口的功能。

圖2.4 upload

上傳功能

如圖2.5這就是串口監(jiān)視器的運(yùn)行畫面相對于網(wǎng)上流傳的眾多串口調(diào)試軟件，它的功能可以說較為簡單。右下角是波特率，波特率接收端和發(fā)射端要相同，要不然收到的會(huì)是亂碼。

圖2.5 串口監(jiān)視器

如果電腦沒找到串口或者驅(qū)動(dòng)沒裝好，就會(huì)有如圖2.6的提示。serial port的意思是串行通訊接口。

圖2.6 Arduino IDE的菜單欄中有很多選項(xiàng)，例如“文件”“編輯”等英文界面。其中Sketch是草圖的意思，在Arduino IDE中，每個(gè)Arduino程序都稱為sketch，他是一個(gè)

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可以上傳進(jìn)Arduino Board中的程序包，當(dāng)然經(jīng)過編譯以后他就不是代碼包了。Tools里面第一項(xiàng)，自動(dòng)格式，當(dāng)你把一段從網(wǎng)上下載的源代碼放到sketch里面，會(huì)有一些縮進(jìn)的亂碼，這時(shí)，Auto Format就起到了很好的作用。

當(dāng)我們編寫好程序后，點(diǎn)擊Update，IDE會(huì)自動(dòng)編譯，上傳。如果程序有錯(cuò)誤，就會(huì)有如圖2.7的顯示，標(biāo)出了行號(hào)。修改程序后就可以繼續(xù)編譯上傳了。

圖2.7

2.4 實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備

搭建小車的零件清單如下： 1.減速電機(jī) 2個(gè) 2.優(yōu)質(zhì)輪胎2個(gè) 3.電機(jī)固定件2個(gè) 4.萬向輪1個(gè)

5.100*150*2.6MM有機(jī)玻璃板 2片 6.L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)板1個(gè) 7.ARDUINO 328給力板 1個(gè) 8.云臺(tái) 1個(gè) 9.舵機(jī) 1個(gè) 10.超聲波模塊1個(gè) 11.迷你面包板1個(gè) 12.6節(jié)5號(hào)電池盒一個(gè) 13.杜邦線 12條 14.1米長USB線1條

15.銅柱 35MM長 3個(gè) 12MM 4個(gè)

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16.3MM螺絲螺母若干

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第三章硬件模塊

3.1 各模塊的的基本性能

3.1.1 單片機(jī)模塊

本設(shè)計(jì)采用Atmel Atmega328微處理控制器。其性能為：Digital I/O 數(shù)字輸入/輸出端共 0~13。Analog I/O 模擬輸入/輸出端共 0~5。支持ISP下載功能。輸入電壓：接上電腦USB時(shí)無須外部供電，外部供電7V~12V 直流電壓輸入。輸出電壓：5V 直流電壓輸出和3.3V 直流電壓輸出。

圖3.1 Arduino單片機(jī)實(shí)物圖

3.1.2 電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

本設(shè)計(jì)采用由雙極性管組成的H橋電路（L298N）。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，則效率非常高；H橋電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高。而且它有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。而且L298N有過電流保護(hù)

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功能，當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)卡死時(shí)，可以保護(hù)電路和電機(jī)。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。

圖 3.2 L298N引腳圖

圖3.3 L298N電路原理圖

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圖3.4 L298N實(shí)物圖

3.1.3避障模塊

本設(shè)計(jì)采用HC-SR04超聲波測距模塊，該原件可提供2CM-400CM的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器，接收器和控制電路。

基本工作原理：(1)采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號(hào);(2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測是否有信號(hào)返回；(3)有信號(hào)返回，通過IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2;

圖3.5避障模塊實(shí)物圖

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3.1.4電源模塊

本設(shè)計(jì)采用的電源為車載電源。為保證電源工作可靠，單片機(jī)系統(tǒng)與動(dòng)力伺服系統(tǒng)的電源采用了大功率、大容量的蓄電池；而傳感器的工作電源則采用了小巧輕便的干電池。

圖3.6 電源模塊實(shí)物圖

3.2 小車的基本搭建

舵機(jī),云臺(tái)和超聲波的連接步驟如下圖：

1.如圖3.7準(zhǔn)備好云臺(tái)舵機(jī)超聲波安裝所需配件。

圖3.7 2.圖3.8取出舵機(jī)配件之一“十字膠體”將十字剪成四邊對等的長度，打磨成寬度一樣。

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圖3.8 3.將2*8mm的和1.2*5mm的螺絲安裝到十字的第二個(gè)孔，裝到云臺(tái)底座上。在云臺(tái)底部的螺絲位套上螺母，并用熱熔膠固定如圖3.9。

圖3.9 4.將舵機(jī)裝上云臺(tái)的兩個(gè)邊翼，并用螺絲緊固如圖3.10。

圖3.10 5.將裝好的舵機(jī)放進(jìn)固定好的十字膠體調(diào)整好方向后，從舵機(jī)組件包里取出2*6mm的螺絲安裝到舵機(jī)固定孔中。完成云臺(tái)安裝后用扎帶將超聲波模塊固定在云臺(tái)前端如圖3.11。

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圖3.11 6.將6mm銅柱裝在云臺(tái)底座安裝孔并將裝好的云臺(tái)組件直接安裝到小車底盤上，小車搭建成品如圖3.12。

圖3.12 小車搭建成品

3.3連線

3.3.1電機(jī)的連線

L298N的供電處理：

用6節(jié)5號(hào)電池盒取一路電源給L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊供電，另一路給ARDUINO主板供電給L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊供電的電源+極接L298N的VMS接口，電源的-接L298N的GND接口，L298N板上的+5V接口放空不接。電機(jī)一接L298N的MOTOA，電機(jī)二接L298N的MOTOB。

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圖3.13 電機(jī)的連線

3.3.2舵機(jī)的連線

首先設(shè)置函數(shù)：myservo.attach(5);// 定義伺服馬達(dá)輸出第5腳位。

舵機(jī)需要連接的有三條線，分別是+，-，信號(hào)。三條線均直接連接到Arduino板上。

接線方法：將+5V接到J5位，-位接到J6位，信號(hào)位接到J4位PWM口的第五腳。

連線方式如圖3.14所示：

圖3.14舵機(jī)的連線

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3.3.3超聲波的連線

超聲波傳感器有四個(gè)腳，如圖3.15所示：四個(gè)引腳的功能分別是： 1：VCC 接+5V。2：TRIQ 信號(hào)輸入。3：ECHO信號(hào)輸出。4：GND 接地。

圖3.15超聲波的引腳示意圖

超聲波模塊四個(gè)引腳直接與Arduino單片機(jī)連接，接線方法如圖3.16所示：

圖3.16超聲波與Arduino單片機(jī)接線

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3.3.4 Arduino超聲波小車總體連線圖：

電機(jī)A和電機(jī)B將正負(fù)兩端接在L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)板上，若正負(fù)兩級接反則車輪反轉(zhuǎn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、舵機(jī)、超聲波模塊直接與Arduino核心控制板相連，電源模塊分別給電機(jī)驅(qū)動(dòng)板和Arduino板供電。

圖3.17 Arduino超聲波小車總體連線圖

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第四章軟件模塊

4.1 軟件設(shè)計(jì)思路

在軟件設(shè)計(jì)方面，采用Arduino語言編程，編寫程序流程圖4.1

圖4.1 軟件編譯流程圖

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4.2 電機(jī)前進(jìn)模塊

在定義好各個(gè)引腳之后，進(jìn)入主程序的編寫部分。我在程序控制模塊里主要編寫的是電機(jī)的控制函數(shù)。本程序中提及的digitalWrite函數(shù)的作用是設(shè)置引腳的輸出的電壓為高電平或低電平。該函數(shù)也是一個(gè)無返回值的函數(shù)，函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)pin和value，pin參數(shù)表示所要設(shè)置的引腳，value參數(shù)表示輸出的電壓HIGH（高電平）或LOW（低電平）。

首先定義為advance前進(jìn)函數(shù)： void advance(int a){ 編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)右后動(dòng)作為低電平，即不給電： digitalWrite(pinRB,LOW);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)右前動(dòng)作為高電平： digitalWrite(pinRF,HIGH);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)左后動(dòng)作為低電平： digitalWrite(pinLB,LOW);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)左前動(dòng)作為高電平： digitalWrite(pinLF,HIGH);定義延時(shí)，即將前進(jìn)動(dòng)作保持一段時(shí)間，直到開始執(zhí)行下一程序。delay(a * 100);延時(shí) } 4.2 電機(jī)后退模塊

將函數(shù)定義為back后退函數(shù) void back(int g)//后退 { 編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)右后動(dòng)作為高電平： digitalWrite(pinRB,HIGH);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)右前動(dòng)作為低電平： digitalWrite(pinRF,LOW);

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編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)左后動(dòng)作為高電平： digitalWrite(pinLB,HIGH);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)左前動(dòng)作為低電平： digitalWrite(pinLF,LOW);定義延時(shí)，即將電機(jī)的后退動(dòng)作保持一段時(shí)間，直到開始執(zhí)行下一程序。delay(g * 100);} 4.3 電機(jī)停止工作模塊

將函數(shù)定義為stopp停止函數(shù) void stopp(int f){ 編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)右后動(dòng)作為高電平： digitalWrite(pinRB,HIGH);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)右前動(dòng)作為高電平digitalWrite(pinRF,HIGH);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)左后動(dòng)作為高電平digitalWrite(pinLB,HIGH);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)左前動(dòng)作為高電平digitalWrite(pinLF,HIGH);定義延時(shí)，即將電機(jī)的停止動(dòng)作保持一段時(shí)間，直到開始執(zhí)行下一程序。delay(f * 100);}

4.4 電機(jī)左轉(zhuǎn)模塊

將函數(shù)定義為left左轉(zhuǎn)函數(shù) void left(int c){

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編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)右后動(dòng)作為高電平 digitalWrite(pinRB,HIGH);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)右前動(dòng)作為高電平 digitalWrite(pinRF,HIGH);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)左后動(dòng)作為低電平 digitalWrite(pinLB,LOW);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)左前動(dòng)作為高電平 digitalWrite(pinLF,HIGH);定義延時(shí)，即將電機(jī)的左轉(zhuǎn)動(dòng)作保持一段時(shí)間，直到開始執(zhí)行下一程序。delay(c * 100);}

4.5 電機(jī)右轉(zhuǎn)模塊

將函數(shù)定義為right右轉(zhuǎn)函數(shù) void right(int b){ 編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)右后動(dòng)作為低電平 digitalWrite(pinRB,LOW);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)右前動(dòng)作為高電平 digitalWrite(pinRF,HIGH);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)左后動(dòng)作為高電平 digitalWrite(pinLB,HIGH);編寫模擬信號(hào)，定義馬達(dá)左前動(dòng)作為高電平 digitalWrite(pinLF,HIGH);定義延時(shí)，即將電機(jī)的右轉(zhuǎn)動(dòng)作保持一段時(shí)間，直到開始執(zhí)行下一程序。delay(b * 100);}

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4.6 防卡死模塊

該模塊為防止避障小車卡死的編譯，即當(dāng)小車發(fā)生與障礙物距離過近的情況而無法轉(zhuǎn)彎時(shí)，該程序會(huì)指引小車向后倒退，倒退一定距離后左轉(zhuǎn)前進(jìn)，若仍有障礙物則繼續(xù)倒退，若無障礙物則左轉(zhuǎn)后直行。即可防止車在行進(jìn)途中卡在死巷里。

if(directionn == 2)//假如directionn(方向)= 2(倒車){ back(8);// 倒退(車)turnL(2);//些微向左方移動(dòng)(防止卡在死巷里)Serial.print(“ Reverse ”);//顯示方向(倒退)}

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第五章實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

5.1預(yù)期目標(biāo)

總體來說本次試驗(yàn)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

（1）在車前方?jīng)]有障礙物時(shí)，小車沿直線向前走。

（2）在車前方有障礙物時(shí)，小車能避開障礙物，避障方法如下：超聲波檢測到障礙物后，先向左邊旋轉(zhuǎn)，檢測。如果旋轉(zhuǎn)后前面沒有檢測障礙物，則沿直線向前走；如果旋轉(zhuǎn)后檢測到前方仍有障礙物，則繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，如果前面沒有障礙物，則沿直線向前行走；

但是該超聲波避障小車還存在著許多的不足，比如說只能對正前方一定角度內(nèi)進(jìn)行探測，使用的是一路超聲波而不是多路超聲波探測，并且為了簡化，默認(rèn)的只是向同一個(gè)方向轉(zhuǎn)彎等，這些都是有待進(jìn)一步發(fā)展和提高的。

5.2遇到的問題和解決方法

在此之前我們并沒有制作過任何智能的機(jī)器人。初定避障小車這個(gè)題目時(shí)，最初我們采用樂高機(jī)器人搭建了一個(gè)循跡避障的機(jī)器人，由于操作較為簡單，后來我們決定嘗試采用Arduino芯片，利用超聲波傳感器搭建出一臺(tái)智能的避障小車。最初我們對硬件的原理不夠明白，不知道采用哪些原件，課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書上介紹的也并不詳細(xì)，因此我們利用大量時(shí)間去圖書館查閱了許多資料，對其電機(jī)驅(qū)動(dòng)、Arduino控制板以及超聲波傳感器的引腳、電路設(shè)計(jì)等各方面都做了近一步的了解之后才開始進(jìn)行小車的搭建。

在選擇硬件設(shè)施上，我們也花了很大功夫。在最初我們設(shè)計(jì)了兩個(gè)驅(qū)動(dòng)方案的選擇。一個(gè)是采用ULN2003驅(qū)動(dòng)，它是由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)7組負(fù)載的能力，一般用于高速大功率驅(qū)動(dòng)電路。另個(gè)一就是采用由雙極性管組成的H橋電路（L298N）。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，則效率非常高；H橋電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高。而且它有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。此驅(qū)動(dòng)板體積小，重量輕，而且它有一個(gè)外加的續(xù)流二極管，可以防止電機(jī)線圈在斷電時(shí)的方向電勢損壞芯片，同時(shí)也也安裝有散熱

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片能使芯片溫度降低，盡量防止他自動(dòng)斷電，讓驅(qū)動(dòng)性能更加穩(wěn)定。板子設(shè)有兩個(gè)電流反饋檢測接口、內(nèi)邏輯取電選擇端、4個(gè)上拉電阻選擇端、2路直流電機(jī)接口、控制電機(jī)方向指向燈等等。這個(gè)板子不僅適用于智能程控小車、輪式機(jī)器人等，還可以配合各種控制器使用。因此經(jīng)過一番對比和考慮，最終我們選擇了L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)板。在超聲波的選擇上我們也出現(xiàn)了分期，本設(shè)計(jì)最終采用的是HC-SR04超聲波測距模塊。而最初我們選擇的事紅外傳感裝置。之所以最終沒有選擇紅外線傳感，是因?yàn)榧t外線對使用環(huán)境有較高的要求，當(dāng)遇上淺色或是深色的家居物品它無法反射回來，會(huì)造成機(jī)器人無法正常避障。而這款HC-SR04則采用仿生超聲波技術(shù)，類似鯨魚，蝙蝠采用聲波來偵測判斷障礙物以及及空間方位，該超聲波避障模塊包括超聲波發(fā)射器，接收器和控制電路，靈敏度較高，但技術(shù)成本也較高。

在搭建方面，我們完成程序的編譯通電之后，小車發(fā)生了原地旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，經(jīng)過觀察，我們發(fā)現(xiàn)小車在感應(yīng)障礙物方面并沒有問題。問題出現(xiàn)在左側(cè)輪前轉(zhuǎn)，而右側(cè)輪后轉(zhuǎn)。所以我們將控制右側(cè)車輪的電機(jī)的接線進(jìn)行改接，這個(gè)問題便得以解決。

在軟硬件調(diào)試方面，我們也遇到了一些問題。首先是避障小車的旋轉(zhuǎn)角度不夠，也許是因?yàn)榈孛婺Σ亮Φ年P(guān)系，小車的旋轉(zhuǎn)角度并達(dá)不到我們所設(shè)定的左轉(zhuǎn)九十度。后來我們又將程序進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)置的旋轉(zhuǎn)角度比九十度多一些，小車就可正常避障了。還有一個(gè)問題就是小車在遇到障礙物之后的反應(yīng)速度并不是很快，需要障礙物在前面平行持續(xù)1,2秒才可以做出轉(zhuǎn)向的判斷，這個(gè)延遲反應(yīng)也經(jīng)常造成小車和障礙物發(fā)生碰撞，這也是我們遇到的最大問題，在這個(gè)問題上我們做了很多程序上的調(diào)試，但終究達(dá)不到很理想的效果，在后續(xù)的試驗(yàn)中，我們準(zhǔn)備嘗試換一個(gè)感測避障模塊進(jìn)行嘗試改進(jìn)。

5.3 硬件的調(diào)試與整合

5.3.1調(diào)試思路

本設(shè)計(jì)的智能避障小車，難點(diǎn)重點(diǎn)有兩大模塊。分別是：L298驅(qū)動(dòng)模塊和超聲波測距模塊。我們在調(diào)試的時(shí)候我們把兩大模塊分別調(diào)試，最后再把所有模塊和硬件組合起來再進(jìn)行最后的整機(jī)調(diào)試這樣一個(gè)調(diào)試的思路。

5.3.2調(diào)試超聲波模塊

超聲波模塊一共有四個(gè)腳，一個(gè)是VCC，一個(gè)是GND,還有兩個(gè)分別是超聲波的發(fā)射和接收引腳。連接電路時(shí)候只需引出四根插線，分別連接到89S52的對應(yīng)引腳，燒制好

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測試程序，測試結(jié)果圖如5.2.2。本設(shè)計(jì)四根插線分別連接到VCC,GND，還有發(fā)射和接收引腳分別為：P3.0和P3.2。

5.3.3電機(jī)調(diào)試

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)板上。有EA，I1，I2，EB，I3，I4六個(gè)端子用于控制電機(jī)。EA，EB為兩路電機(jī)的控制使能，通過PWM可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，高電平有效。我們完成程序的編譯通電之后，小車發(fā)生了不停地旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，我們觀察到小車在感應(yīng)障礙物方面并沒有問題。問題出現(xiàn)在左側(cè)輪前轉(zhuǎn)，而右側(cè)輪后轉(zhuǎn)。所以我們將控制右側(cè)車輪的電機(jī)的接線進(jìn)行修改，這個(gè)問題便得以解決。

圖5.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的引腳及其功能

5.4 心得體會(huì)

通過這次的項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，我學(xué)習(xí)到了很多的電子知識(shí)，提高了我對于陌生硬件的學(xué)習(xí)能力。超聲波傳感器在此之前我沒有接觸過，對我來說非常的陌生，從一無所知慢慢查資料到能夠熟練應(yīng)用，讓我知道了面對新的硬件應(yīng)該怎么學(xué)習(xí)，在以后的工作學(xué)習(xí)中，我一定會(huì)遇到非常多的不熟悉的硬件，我相信，通過不斷地鍛煉積累，學(xué)習(xí)能力會(huì)進(jìn)一步提高。這次實(shí)訓(xùn)同時(shí)還加強(qiáng)了我實(shí)踐動(dòng)手能力，特別培養(yǎng)了出現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，我相信這些能力的提高對我以后在從事任何工作都將會(huì)有極大的幫助。

這次的項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)讓我感觸最深的是：作為電子愛好者，電子制作中不管遇到什么問題和困境都要有一顆平靜的心和堅(jiān)持不懈的精神，一顆浮躁的心是不會(huì)到達(dá)成功的彼岸。這次課程設(shè)計(jì)，給我更多的是一種模塊化的思想，將系統(tǒng)按我們所需的功能和系統(tǒng)所能提供的功能進(jìn)行模塊化的分類，將會(huì)使我們的工作變得一目了然，非常清晰。比如說這次我選的避障小車，可以分成超聲波測速模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，單片機(jī)核心模塊三個(gè)，首都師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

三個(gè)部分各司其職，無論從硬件上還是軟件上，都能夠比較清晰地將他們的功能區(qū)分開，從而有利于硬件的連接和程序的編寫。

從以后工作來看，這種模塊化處理問題的方式將會(huì)更加的有用，在公司和以后得科研項(xiàng)目中，系統(tǒng)一定是越來越復(fù)雜，不可能一個(gè)人完成所有的任務(wù)，一定是一個(gè)團(tuán)隊(duì)來做這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所以模塊化之后，能夠?qū)⑷蝿?wù)分配給每個(gè)人，最后大家還能夠很好的綜合到一起，大大的縮短了開發(fā)周期。這次的畢設(shè)實(shí)踐學(xué)習(xí)讓我受益匪淺。

基于行為設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

第六章設(shè)想與展望

隨著科技的迅猛發(fā)展，智能已經(jīng)成為了現(xiàn)在的高科技的熱詞，智能機(jī)器人可以解決無數(shù)人類無法或者是很難解決的難題。本智能小車系統(tǒng)最誘人的前景就是可用于未來的智能汽車上了，當(dāng)駕駛員因疏忽或打瞌睡時(shí)這樣的智能汽車的設(shè)計(jì)就能體現(xiàn)出它的作用。如果汽車偏離車道或距障礙物小于安全距離時(shí)，汽車就會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒駕駛員注意，如果駕駛員沒有及時(shí)作出反應(yīng)，汽車就會(huì)自動(dòng)減速或停靠于路邊，這樣就大大增大了駕車的安全系數(shù)，想的再長遠(yuǎn)一點(diǎn)，這個(gè)避障功能可以作為無人駕駛機(jī)動(dòng)的一個(gè)基本功能。無人駕駛的機(jī)動(dòng)車行駛在路上，擁有定位和導(dǎo)航的功能后就可以將人或物品送到我們所需要送到的位置。這樣智能機(jī)器人的應(yīng)用，就大大的減少了人力和物力，并且方便了更多不會(huì)駕駛機(jī)動(dòng)車的市民。

這樣的避障小車還可以用于月球探測等的無人探月車，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，為將來登月做好充分準(zhǔn)備。這樣的小車在科學(xué)考察探測車上也有廣闊的應(yīng)用前景，在科學(xué)考察中，有很多危險(xiǎn)且人們無法涉足的地方，這時(shí)，智能科學(xué)考察車就能夠派上用場，在它上面裝上攝像機(jī)，代替人們進(jìn)行許多無法進(jìn)行的工作。智能車的應(yīng)用減少了人們的工作危險(xiǎn)系數(shù)，解決了惡劣環(huán)境下勘探的需求，實(shí)現(xiàn)了即是沒有人操作應(yīng)用機(jī)器也能很好的完成工作，這項(xiàng)研發(fā)可謂是一舉多得。

在未來的社會(huì)中智能也是大勢所趨，而智能車作為智能機(jī)器人中一類必不可少的組成部分。最近幾年發(fā)展更是迅速，各個(gè)國家更是投入大量資金。它廣泛涉及人工智能、計(jì)算機(jī)視覺、自動(dòng)控制、精密儀器、傳感和信息等一系列學(xué)科的創(chuàng)新研究，其研究成果可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、軍事、航空、信息技術(shù)等實(shí)際領(lǐng)域，智能機(jī)器人的發(fā)展水平可反映出一個(gè)國家的高科技水平和綜合國力，是國家綜合國力強(qiáng)大的標(biāo)志，也是人類文明進(jìn)步的標(biāo)志。在我們未來的工作與生活中，會(huì)越來越多的需要機(jī)器人代替人力來工作和完成一些難度較大或較為費(fèi)力的任務(wù)，對這些實(shí)用的機(jī)器人的需求也會(huì)越來越大。因此，機(jī)器人研發(fā)的前景是不可估量的。

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參考文獻(xiàn)

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基于行為設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

致謝

歷時(shí)三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。在我和我組成員張碩的共同努力下，本避障小車的任務(wù)已經(jīng)基本完成。在這段時(shí)間里，非常感謝在遇到困難時(shí)我的同學(xué)們所給予的支持和鼓勵(lì)，給我提供專業(yè)的意見和建議。還有和我同組的同學(xué)張碩，我們共同查閱資料，克服許多在選擇小車部件、小車搭建和編程上的種種困難。也正是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。我更明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。兩個(gè)人不僅有兩個(gè)大腦和更多的主意和知識(shí)，最重要的事能夠在遇到困難時(shí)可以相互鼓勵(lì)學(xué)習(xí)，互相分擔(dān)。也正是這種團(tuán)結(jié)合作的精神促使了我們這次畢設(shè)任務(wù)的圓滿成功。

這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。也非常感謝指導(dǎo)老師徐老師的支持和指導(dǎo)，每次我給徐老師發(fā)郵件她都會(huì)認(rèn)真的給我批改，指出我的不足。也正是因?yàn)樵诶蠋煹闹笇?dǎo)下我的論文進(jìn)行不斷的改正，才有機(jī)會(huì)變得越來越好。

由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處。雖然這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)對于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練，但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。敬請各位老師批評指正。

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附錄

超聲波智能避障車程序（ARDUINO）

L = 左 R = 右 F = 前 B = 后 */ #include int pinLB=6;// 定義6腳位左后 int pinLF=9;// 定義9腳位左前

int pinRB=10;// 定義10腳位右后 int pinRF=11;// 定義11腳位右前

int inputPin = A0;// 定義超音波信號(hào)接收腳位 int outputPin =A1;// 定義超音波信號(hào)發(fā)射腳位

int Fspeedd = 0;// 前速 int Rspeedd = 0;// 右速 int Lspeedd = 0;// 左速

int directionn = 0;// 前=8 后=2 左=4 右=6 Servo myservo;// 設(shè) myservo int delay_time = 250;// 伺服馬達(dá)轉(zhuǎn)向后的穩(wěn)定時(shí)間

int Fgo = 8;// 前進(jìn) int Rgo = 6;// 右轉(zhuǎn) int Lgo = 4;// 左轉(zhuǎn) int Bgo = 2;// 倒車

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void setup(){ Serial.begin(9600);// 定義馬達(dá)輸出腳位 pinMode(pinLB,OUTPUT);// 腳位 8(PWM)pinMode(pinLF,OUTPUT);// 腳位 9(PWM)pinMode(pinRB,OUTPUT);// 腳位 10(PWM)pinMode(pinRF,OUTPUT);// 腳位 11(PWM)

pinMode(inputPin, INPUT);// 定義超音波輸入腳位 pinMode(outputPin, OUTPUT);// 定義超音波輸出腳位

myservo.attach(5);// 定義伺服馬達(dá)輸出第5腳位(PWM)} void advance(int a)// 前進(jìn) { digitalWrite(pinRB,LOW);// 使馬達(dá)（右后）動(dòng)作 digitalWrite(pinRF,HIGH);digitalWrite(pinLB,LOW);// 使馬達(dá)（左后）動(dòng)作 digitalWrite(pinLF,HIGH);delay(a * 100);}（電機(jī)前進(jìn)函數(shù)）

void right(int b)//右轉(zhuǎn)(單輪){ digitalWrite(pinRB,LOW);//使馬達(dá)（右后）動(dòng)作右后方的引腳的低電頻 digitalWrite(pinRF,HIGH);右前引腳高電頻 digitalWrite(pinLB,HIGH);digitalWrite(pinLF,HIGH);delay(b * 100);}

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void left(int c)//左轉(zhuǎn)(單輪){ digitalWrite(pinRB,HIGH);digitalWrite(pinRF,HIGH);digitalWrite(pinLB,LOW);//使馬達(dá)（左后）動(dòng)作 digitalWrite(pinLF,HIGH);delay(c * 100);}（high高頻是向前 low低頻向后）void turnR(int d)//右轉(zhuǎn)(雙輪){ digitalWrite(pinRB,LOW);//使馬達(dá)（右后）動(dòng)作 digitalWrite(pinRF,HIGH);digitalWrite(pinLB,HIGH);digitalWrite(pinLF,LOW);//使馬達(dá)（左前）動(dòng)作 delay(d * 100);} void turnL(int e)//左轉(zhuǎn)(雙輪){ digitalWrite(pinRB,HIGH);digitalWrite(pinRF,LOW);//使馬達(dá)（右前）動(dòng)作 digitalWrite(pinLB,LOW);//使馬達(dá)（左后）動(dòng)作 digitalWrite(pinLF,HIGH);delay(e * 100);} void stopp(int f)//停止 { digitalWrite(pinRB,HIGH);digitalWrite(pinRF,HIGH);digitalWrite(pinLB,HIGH);digitalWrite(pinLF,HIGH);

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delay(f * 100);} void back(int g)//后退 {

digitalWrite(pinRB,HIGH);//使馬達(dá)（右后）動(dòng)作 digitalWrite(pinRF,LOW);digitalWrite(pinLB,HIGH);//使馬達(dá)（左后）動(dòng)作 digitalWrite(pinLF,LOW);delay(g * 100);}

void detection()//測量3個(gè)角度(0.90.179){ intdelay_time = 250;// 伺服馬達(dá)轉(zhuǎn)向后的穩(wěn)定時(shí)間 ask_pin_F();// 讀取前方距離

if(Fspeedd< 10)// 假如前方距離小于10公分 { stopp(1);// 清除輸出資料 back(2);// 后退 0.2秒 }

if(Fspeedd< 25)// 假如前方距離小于25公分 { stopp(1);// 清除輸出資料 ask_pin_L();// 讀取左方距離

delay(delay_time);// 等待伺服馬達(dá)穩(wěn)定 ask_pin_R();// 讀取右方距離

delay(delay_time);// 等待伺服馬達(dá)穩(wěn)定

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if(Lspeedd>Rspeedd)//假如左邊距離大于右邊距離 { directionn = Rgo;//向右走 }

if(Lspeedd<= Rspeedd)//假如左邊距離小于或等于右邊距離 { directionn = Lgo;//向左走 }

if(Lspeedd< 10 &&Rspeedd< 10)//假如左邊距離和右邊距離皆小于10公分 { directionn = Bgo;//向后走 } } else //加如前方不小于(大于)25公分 { directionn = Fgo;//向前走 } } void ask_pin_F()// 量出前方距離 { myservo.write(90);digitalWrite(outputPin, LOW);// 讓超聲波發(fā)射低電壓2μs delayMicroseconds(2);digitalWrite(outputPin, HIGH);// 讓超聲波發(fā)射高電壓10μs，這里至少是10μs delayMicroseconds(10);digitalWrite(outputPin, LOW);// 維持超聲波發(fā)射低電壓

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float Fdistance = pulseIn(inputPin, HIGH);// 讀差相差時(shí)間

Fdistance= Fdistance/5.8/10;// 將時(shí)間轉(zhuǎn)為距離距離（單位：公分）Serial.print(“F distance:”);//輸出距離（單位：公分）Serial.println(Fdistance);//顯示距離

Fspeedd = Fdistance;// 將距離讀入Fspeedd(前速)} void ask_pin_L()// 量出左邊距離 { myservo.write(5);delay(delay_time);digitalWrite(outputPin, LOW);// 讓超聲波發(fā)射低電壓2μs delayMicroseconds(2);digitalWrite(outputPin, HIGH);// 讓超聲波發(fā)射高電壓10μs，這里至少是10μs delayMicroseconds(10);digitalWrite(outputPin, LOW);// 維持超聲波發(fā)射低電壓 float Ldistance = pulseIn(inputPin, HIGH);// 讀差相差時(shí)間

Ldistance= Ldistance/5.8/10;// 將時(shí)間轉(zhuǎn)為距離距離（單位：公分）Serial.print(“L distance:”);//輸出距離（單位：公分）Serial.println(Ldistance);//顯示距離

Lspeedd = Ldistance;// 將距離讀入Lspeedd(左速)} void ask_pin_R()// 量出右邊距離 { myservo.write(177);delay(delay_time);digitalWrite(outputPin, LOW);// 讓超聲波發(fā)射低電壓2μs delayMicroseconds(2);digitalWrite(outputPin, HIGH);// 讓超聲波發(fā)射高電壓10μs，這里至少是10μs delayMicroseconds(10);digitalWrite(outputPin, LOW);// 維持超聲波發(fā)射低電壓

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float Rdistance = pulseIn(inputPin, HIGH);// 讀差相差時(shí)間

Rdistance= Rdistance/5.8/10;// 將時(shí)間轉(zhuǎn)為距離距離（單位：公分）Serial.print(“R distance:”);//輸出距離（單位：公分）Serial.println(Rdistance);//顯示距離

Rspeedd = Rdistance;// 將距離讀入Rspeedd(右速)}

void loop(){ myservo.write(90);//讓伺服馬達(dá)回歸預(yù)備位置準(zhǔn)備下一次的測量 detection();//測量角度并且判斷要往哪一方向移動(dòng)

if(、n == 2)//假如directionn(方向)= 2(倒車){ back(8);// 倒退(車)turnL(2);//些微向左方移動(dòng)(防止卡在死巷里)Serial.print(“ Reverse ”);//顯示方向(倒退)} if(directionn == 6)//假如directionn(方向)= 6(右轉(zhuǎn)){ back(1);turnR(6);// 右轉(zhuǎn)

Serial.print(“ Right ”);//顯示方向(左轉(zhuǎn))} if(directionn == 4)//假如directionn(方向)= 4(左轉(zhuǎn)){ back(1);turnL(6);// 左轉(zhuǎn)

Serial.print(“ Left ”);//顯示方向(右轉(zhuǎn))}

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if(directionn == 8)//假如directionn(方向)= 8(前進(jìn)){ advance(1);// 正常前進(jìn) Serial.print(“ Advance ”);//顯示方向(前進(jìn))Serial.print(“ ”);}

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第四篇：智能避障機(jī)器人設(shè)計(jì)外文翻譯

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INTELLIGENT VEHICLE

Our society is awash in “machine intelligence” of various kinds.Over the last century, we have witnessed more and more of the “drudgery” of daily living being replaced by devices such as washing machines.One remaining area of both drudgery and danger, however, is the daily act ofdriving automobiles 1.2 million people were killed in traffic crashes in 2002, which was 2.1% of all globaldeaths and the 11th ranked cause of death.If this trend continues, an estimated 8.5 million people will be dying every year in road crashes by 2020.In fact, the U.S.Department of Transportation has estimated the overall societal cost of road crashes annually in the United States at greater than $230 billion.When hundreds or thousands of vehicles are sharing the same roads at the same time, leading to the all too familiar experience of congested traffic.Traffic congestion undermines our quality of life in the same way air pollution undermines public health.Around 1990, road transportation professionals began to apply them to traffic and road management.Thus was born the intelligent transportation system(ITS).Starting in the late 1990s, ITS systems were developed and deployed.In developed countries, travelers today have access to signifi-cant amounts of information about travel conditions, whether they are driving their own vehicle or riding on public transit systems.As the world energy crisis, and the war and the energy consumption of oil--and are full of energy, in one day, someday it will disappear without a trace.Oil is not in resources.So in oil consumption must be clean before finding a replacement.With the development of science and technology the progress of the society, people invented the electric car.Electric cars will become the most ideal of transportation.In the development of world each aspect is fruitful, especially with the automobile electronic technology and computer and rapid development of the information age.The electronic control technology in the car on a wide range of 1

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applications, the application of the electronic device, cars, and electronic technology not only to improve and enhance the quality and the traditional automobile electrical performance, but also improve the automobile fuel economy, performance, reliability and emissions purification.Widely used in automobile electronic products not only reduces the cost and reduce the complexity of the maintenance.From the fuel injection engine ignition devices, air control and emission control and fault diagnosis to the body auxiliary devices are generally used in electronic control technology, auto development mainly electromechanical integration.Widely used in automotive electronic control ignition system mainly electronic control fuel injection system, electronic control ignition system, electronic control automatic transmission, electronic control(ABS/ASR)control system, electronic control suspension system, electronic control power steering system, vehicle dynamic control system, the airbag systems, active belt system, electronic control system and the automatic air-conditioning and GPS navigation system etc.With the system response, the use function of quick car, high reliability, guarantees of engine power and reduce fuel consumption and emission regulations meet standards.The car is essential to modern traffic tools.And electric cars bring us infinite joy will give us the physical and mental relaxation.Take for example, automatic transmission in road, can not on the clutch, can achieve automatic shift and engine flameout, not so effective improve the driving convenience lighten the fatigue strength.Automatic transmission consists mainly of hydraulic torque converter, gear transmission, pump, hydraulic control system, electronic control system and oil cooling system, etc.The electronic control of suspension is mainly used to cushion the impact of the body and the road to reduce vibration that car getting smooth-going and stability.When the vehicle in the car when the road uneven road can according to automatically adjust the height.When the car ratio of height, low set to gas or oil cylinder filling or oil.If is opposite, gas or diarrhea.To ensure and improve the level of driving cars driving stability.Variable force power steering system can significantly change the driver for the work efficiency and the state, so widely used

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in electric cars.VDC to vehicle performance has important function it can according to the need of active braking to change the wheels of the car, car motions of state and optimum control performance, and increased automobile adhesion, controlling and stability.Besides these, appear beyond 4WS 4WD electric cars can greatly improve the performance of the value and ascending simultaneously.ABS braking distance is reduced and can keep turning skills effectively improve the stability of the directions simultaneously reduce tyre wear.The airbag appear in large programs protected the driver and passenger's safety, and greatly reduce automobile in collision of drivers and passengers in the buffer, to protect the safety of life.Intelligent electronic technology in the bus to promote safe driving and that the other functions.The realization of automatic driving through various sensors.Except some smart cars equipped with multiple outside sensors can fully perception of information and traffic facilities and to judge whether the vehicles and drivers in danger, has the independent pathfinding, navigation, avoid bump, no parking fees etc.Function.Effectively improve the safe transport of manipulation, reduce the pilot fatigue, improve passenger comfort.Of course battery electric vehicle is the key, the electric car battery mainly has: the use of lead-acid batteries, nickel cadmium battery, the battery, sodium sulfide sodium sulfide lithium battery, the battery, the battery, the flywheel zinc-air fuel cell and solar battery, the battery.In many kind of cells, the fuel cell is by far the most want to solve the problem of energy shortage car.Fuel cells have high pollution characteristics, different from other battery, the battery, need not only external constantly supply of fuel and electricity can continuously steadily.Fuel cell vehicles(FCEV)can be matched with the car engine performance and fuel economy and emission in the aspects of superior internal-combustion vehicles.Along with the computer and electronic product constantly upgrading electric car, open class in mature technology and perfected, that drive more safe, convenient and flexible, comfortable.Electric cars with traditional to compete in the market, the car will was electric cars and intelligent car replaced.This is the question that day

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after timing will come.ABS, GPS, and various new 4WD 4WS, electronic products and the modern era, excellent performance auto tacit understanding is tie-in, bring us unparalleled precision driving comfort and safety of driving.The hardware and software of the intelligent vehicle are designed based on AVR.This system could set the route in advance.The vehicle could communicate with the PC vianRF401 and could run safely with the help of ultra sound detection and infrared measuring circuit.Neural network self-study is used to improve the intelligence of the vehicle.The performance of servo systems will determine the property of the robot.Based on AVRseries MCU，the velocity servo system for driving motor is created in this paper，including a discrete PIregulator which will work out a PWM control signal with applying the skill of integral separation.The velocities of motors will be controlled real-time with the speed sampling frequency set for 2KHz by using the AVR-GCC compiler software development.Compared to the servo system development based on the 51 Series MCU，the system here has these advantages of simpler peripheral circuit and faster data processing.The experiments demonstrate that，the mobile robot runs stably and smoothly by the control of AVR units，and that the design proposal especially benefits the development of intelligent mobile robots，also can be widely used in the development of other smart devices and product lines.A new design of contest robot control system based on AVR Atmega8 was put forward.According to the character of contest robot , the main control unit , motor drive unit , sense detection unit and LCD display unit were introduced.Furthermore the servo driver system based on MCBL3006S , the line t racker sensor system and the obstacle avoidance sensor system were presented in detail.Finally the performance shows

that

the

control

system

open,simple,easy programming,intelligent and efficiency.Avoidance rules of intelligent vehicle obstacle are intro ducted.Through the collection of infrared sensor formation,the rules use diode D1 to launch and diode D2 to receive infrared signals.Infrared transmitter signal without a dedicated circuit

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comes directly from the MCU clock frequency, which not only simplifier the circuit and debugging, but also make the circuit stability and anti-jamming capability greatly enhanced.After the experimental verification,the system runs reliably meet the design requirements.A smart car control system of the path information identified based on CCD camera was introduced.The hardware structure and scheme were designed.The control strategy of s teering mechanism was presented.The smart car not only can identify the road precisely, but also have ant-interference performance, and small steady state error.This article designed smart car system,includes the aspects of the sensor information acquisition and processing, motor drive, control algorithm and control strategy etc.Using laser sensor to collect the road information which can feedback to the micro-controller control system,then making analytical processing combined with the software.With velocity feedback and PID control algorithms to control steering engine and the speed of smart car.Verified by actual operation, this method makes smart car travel stably and reliably，and its average speed to reach 2.6m /s, and get a satisfied results.By the aid of the professional know ledge of control, patter n recognition, sensor technology, aut omotive electronics, electricity, computer, machinery and so on, an intelligent vehicle system is designed with PID control algorithm,CCD detection system and HC9SDG128 MCU.Code Warrior IDE integrated development programming environment is taken as a basic softy are platform that can automatically deal with the traffic and image pro cessing, and then adjust the moving direction along the scheduled or bit by t he aid of a CCD camera.The system has many advantages, such as high reliability , high stability, good speed ability and scalability.Based on the research background of the Free-Scale smart car competition,a smart track following car is designed.In the car, the photo electricity sensor is used to check the path and obtain the information of racing road, and calculate the error

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between the car and the black line.The fuzzy control is used to control the velocity of the car.The experiments show that the smart car based on the fuzzy control has high accuracy on the judgment of the path, stability and velocity control.外文翻譯

智能車

我們的社會(huì)充斥著各種各樣的“機(jī)器智能“。在過去的世紀(jì)，我們目睹越來越多日常生活中的“苦差事“被機(jī)器設(shè)備解決，如洗衣機(jī)。

然而，一個(gè)既枯燥又危險(xiǎn)的保留區(qū)域就是日常駕駛汽車。2002年，120萬人死于交通事故，這是所有全球2.1％死亡，死因排名第11。如果這種趨勢繼續(xù)下去，估計(jì)從2020年起每一年死于道路交通統(tǒng)（ITS）。20世紀(jì)90年代中后期開始，它的系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā)和部署。在發(fā)達(dá)國事故的人將達(dá)到850萬人。事實(shí)上，美國交通部估計(jì)交通事故的整體社會(huì)成本每年超過2300億美元。

數(shù)百或數(shù)千輛車共享相同的道路時(shí)，就導(dǎo)致了大家都熟悉的交通擠塞。交通擠塞破壞了我們的生活質(zhì)量就像空氣污染損害公眾健康。1990年左右，公路運(yùn)輸?shù)膶I(yè)人士開始申請讓他們在交通和道路管理。于是誕生了智能交通系家，旅客今天能夠獲得旅行條件的信息，無論是駕駛自己的車或乘坐公共交通系統(tǒng)。

隨著世界能源危機(jī)的持續(xù)，以及戰(zhàn)爭和能源-----石油的消耗及汽車飽有量的增加，能源在一天一天下降，終有一天它會(huì)消失的無影無蹤。石油不是在生資源。所以必須在石油耗凈之前找到一種代替品。隨著科技的發(fā)展社會(huì)的進(jìn)步，有人發(fā)明了電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車將成為人們最為理想的交通工具。

世界在各各方面的發(fā)展都取得豐碩成果，尤其是隨著汽車電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)以及發(fā)展迅速的信息時(shí)代。電子控制技術(shù)在汽車上得到了廣泛應(yīng)用，汽車上應(yīng)用的電子裝置越來越豐富，電子技術(shù)不僅用來改善和提高傳統(tǒng)汽車電器的質(zhì)量和性能，而且還提高了汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及廢氣排放的凈化性。汽車上廣泛使用電子產(chǎn)品不僅降低了成本，并且減少維護(hù)的復(fù)雜性。從發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射點(diǎn)火裝置、進(jìn)氣控制、廢氣排放控制、故障自診斷到車身輔助裝置都普遍采用了電子控制技術(shù)，可以說今后汽車發(fā)展主要以機(jī)電一體化。汽車上廣泛采用的電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)主要有電子控制燃油噴射系統(tǒng)、電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)、電子控制自動(dòng)變速器、電子控制防滑（ABS/ASR）控制系統(tǒng)、電子控制懸架系統(tǒng)、電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、主動(dòng)安全帶系統(tǒng)、電子控制自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)還有GPS等。有了這些系

外文翻譯

統(tǒng)汽車響應(yīng)敏捷，使用功能強(qiáng)，可靠性高，既保證發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力又降低燃油的消耗，而且又滿足排放法規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)。

汽車是現(xiàn)代人必不可少的交通工具。而電動(dòng)汽車給我們帶來無限樂趣外還能給我們勞累一天的身心得以放松。就拿自動(dòng)變速器來說吧，汽車在行駛時(shí)，可以不踩離合器踏板，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔而發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)熄火，這樣有效的提高駕駛方便性減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度。自動(dòng)變速器主要由液力變矩器、齒輪變速器、油泵、液壓控制系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)、油冷卻系統(tǒng)等組成。電子控制的懸架主要是用來緩沖路面對車身的沖擊力以及減少振動(dòng)保證汽車平順性和操縱穩(wěn)定性。當(dāng)汽車行駛在不平坦的道路時(shí)汽車能能根據(jù)底盤和路面高度自動(dòng)調(diào)整。當(dāng)車高比設(shè)置的高度低時(shí)，就向氣室或油缸充氣或充油。如果是相反，就放氣或?yàn)a油。從而保證汽車的水平行駛，提高行駛穩(wěn)定性?？勺兞?dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因能顯著改變駕駛員的工作效率和狀態(tài)，所以在電動(dòng)汽車上廣泛使用。VDC對汽車性能有著至關(guān)重要的作用它能根據(jù)需要主動(dòng)對車輪進(jìn)行制動(dòng)來改變汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使汽車達(dá)到最佳的行駛狀態(tài)和操縱性能，并增加了汽車的附著性，控制性和穩(wěn)定性。除了這些之外4WS、4WD的出現(xiàn)大大提高了電動(dòng)汽車的價(jià)值與性能同步提升。ABS具有減少制動(dòng)距離并能保持轉(zhuǎn)向操作能力有效提高行駛方向的穩(wěn)定性同時(shí)減少輪胎的磨損。安全氣囊的出現(xiàn)在很大程序上保護(hù)了駕駛員和乘客的安全，大大降低汽車在碰撞時(shí)對駕駛員和乘客的緩沖，以過到保護(hù)生命安全的目的。

智能電子技術(shù)在汽車上得以推廣使得汽車在安全行駛和其它功能更上一層樓。通過各種傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。除些之外智能汽車裝備有多種傳感器能充分感知交通設(shè)施及環(huán)境的信息并能隨時(shí)判斷車輛及駕駛員是否處于危險(xiǎn)之中，具備自主尋路、導(dǎo)航、避撞、不停車收費(fèi)等功能。有效提高運(yùn)輸過程中的安全，減少駕駛員的操縱疲勞度，提高乘客的舒適度。當(dāng)然蓄電池是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵，電動(dòng)汽車用的蓄電池主要有：鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鈉硫蓄電池、鈉硫蓄電池、鋰電池、鋅―空氣電池、飛輪電池、燃料電池和太陽能電池等。在諸多種電池中，燃料電池是迄今為止最有希望解決汽車能源短缺問題的動(dòng)力源。燃料電池具有高效無污染的特性，不同于其他蓄電池，其不需要充電，只要外部不斷地供給燃料，就能連續(xù)穩(wěn)定地發(fā)電。燃料電池汽車(FCEV)具有可與內(nèi)燃機(jī)汽車媲美的動(dòng)力性能，在排放、燃油經(jīng)濟(jì)性方面明顯優(yōu)于內(nèi)燃機(jī)車輛。

外文翻譯

隨著計(jì)算機(jī)和電子產(chǎn)品不斷開級換代，電動(dòng)汽車技術(shù)也在日趨成熟與完善，使得駕駛更安全、方便、靈活、舒適。電動(dòng)汽車真正能夠與傳統(tǒng)的燃油汽車相競爭，今后汽車市場終會(huì)被電動(dòng)汽車和智能汽車所取代。這只是時(shí)間性的問題這一天終究會(huì)來到的。ABS、GPS、4WS、4WD以及各種新時(shí)代的電子產(chǎn)品與現(xiàn)代高性能汽車默契組合、絕妙搭配，帶給我們無與倫比的精準(zhǔn)駕駛舒適性和行駛安全性。

以AVR 單片機(jī)為核心, 提出了一種智能探測小車的軟硬件設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)可以預(yù)先設(shè)定小車的行走路線, 能夠?qū)崿F(xiàn)小車與計(jì)算機(jī)之間的無線通訊, 通過超聲測物和紅外測障電路使小車安全行走。另外, 系統(tǒng)通過JTAG 接口在線調(diào)試程序。軟件設(shè)計(jì)中采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí), 大大增強(qiáng)了小車的智能化.執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)性能將決定機(jī)器人的性能。基于AVR 系列單片機(jī)，并應(yīng)用積分分離技術(shù)，設(shè)計(jì)離散PI 調(diào)節(jié)器，輸出PWM 控制信號(hào)，建立驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度伺服控制系統(tǒng)。使用AVR － GCC 編譯軟件開發(fā)伺服系統(tǒng)軟件，設(shè)定速度采樣頻率為2KHz，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度的實(shí)時(shí)控制。與基于51 系列單片機(jī)開發(fā)的伺服系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)所需的外圍電路更簡單，數(shù)據(jù)處理速度更快。實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人響應(yīng)快速，移動(dòng)平穩(wěn)。該伺服系統(tǒng)的開發(fā)尤其適用于智能移動(dòng)機(jī)器人，還可以廣泛應(yīng)用于其它智能設(shè)備和生產(chǎn)線。

提出了一種基于AVR 單片機(jī)Atmega8 為核心控制器的比賽機(jī)器人控制系統(tǒng),通過比賽機(jī)器人的特征分析,闡述了構(gòu)成控制系統(tǒng)所需的主控單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、傳感檢測單元及LCD 顯示單元,其中詳細(xì)分析了以MCBL3006S 為核心的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元,以及關(guān)系比賽機(jī)器人基本功能實(shí)現(xiàn)的循線傳感系統(tǒng)及避障傳感系統(tǒng),并給出部分程序。最后通過實(shí)踐表明,該控制系統(tǒng)開放性好、結(jié)構(gòu)簡單、編程容易、智能并高效。

智能車的避障規(guī)則，通過對紅外傳感器的信息進(jìn)行采集,使用二極管D1 發(fā)射紅外線，二極管D2 接收紅外信號(hào)。紅外線發(fā)射部分不設(shè)專門的信號(hào)發(fā)生電路，直接從單片機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘頻率，既簡化了線路和調(diào)試工作，又能使電路的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大加強(qiáng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

介紹一種基于CCD 攝像頭的路徑識(shí)別的智能車控制系統(tǒng), 設(shè)計(jì)了硬件結(jié)構(gòu)與方案, 提出了轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的控制策略, 該智能車能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)自主尋跡, 具備抗干擾性極強(qiáng), 穩(wěn)態(tài)誤差小等特點(diǎn)。

外文翻譯

智能車系統(tǒng)，包括傳感器信息采集與處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制算法及控制策略等方面。采用激光傳感器采集道路信息并反饋給單片機(jī)控制系統(tǒng)，通過軟件進(jìn)行相關(guān)分析處理，通過速度反饋和PID 算法控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向和智能車速度。通過實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，本方法使智能車運(yùn)行穩(wěn)定、可靠,其平均速度達(dá)到2.6m/s，得到比較理想的效果。

為了綜合利用控制、模式識(shí)別、傳感器技術(shù)、汽車電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等專業(yè)領(lǐng)域知識(shí), 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于PID 控制算法, CCD 檢測系統(tǒng), 并采用H C9SDG128 單片機(jī)作為主控芯片的智能車系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用Codewar rio r IDE 集成開發(fā)環(huán)境作為程序設(shè)計(jì)的基本軟件平臺(tái), 能利用攝像頭自動(dòng)識(shí)別路況, 進(jìn)行圖像處理, 進(jìn)而調(diào)整方向沿預(yù)定軌道前行, 具有很強(qiáng)的可靠性、穩(wěn)定性、快速性、擴(kuò)展性。

以“飛思卡爾”杯智能車大賽為研究背景，開發(fā)了一種智能循跡小車。該小車采用光電傳感器檢測路徑，獲得賽道信息，求出小車與黑線間的偏差，采用模糊控制對小車的速度進(jìn)行控制，使小車能夠自動(dòng)跟隨直道和彎道。實(shí)踐表明，采用模糊控制的智能小車在路徑識(shí)別的精準(zhǔn)度，穩(wěn)定性，及速度控制上具有明顯優(yōu)勢。

第五篇：智能小車跟隨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作分析

本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))

題目：智能小車跟隨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

學(xué)院：物理與電子科學(xué)學(xué)院

班級：

姓名：

指導(dǎo)教師：職稱：

完成日期：年月日

智能小車跟隨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

摘要:

現(xiàn)在，小車跟隨系統(tǒng)正處于研發(fā)與試用階段，它有著多方面的優(yōu)勢：一方面,充分利用現(xiàn)有的道路資源，有效緩解交通阻塞；另一方面，可以大幅提高駕駛的安全性，減少交通事故的發(fā)生。因而推廣和應(yīng)用小車跟隨系統(tǒng)已經(jīng)成為解決交通問題的一個(gè)重要途徑。

本文的主要研究工作是設(shè)計(jì)和制作智能小車跟隨系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)包括硬件及軟件兩個(gè)部分。硬件部分包括控制電路，藍(lán)牙通信電路，路徑循跡電路，電源驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等。軟件部分主要包括通過編程使得小車按設(shè)定路徑實(shí)現(xiàn)前進(jìn)，左拐，右拐，加速，減速，并在小車前進(jìn)的過程中不斷調(diào)整小車所在位置等功能。

本文是以電動(dòng)小車為基礎(chǔ)，增加紅外傳感器，藍(lán)牙等。利用傳感器來有效地確定小車前進(jìn)路徑、小車所在位置等信息。單片機(jī)接收并處理傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)并加以一定的算法來判斷兩個(gè)小車的狀態(tài)及其相互間距。最后通過藍(lán)牙來進(jìn)行小車間的通信，從而控制兩個(gè)小車加、減速度來使得小車間距相對恒定。該智能小車跟隨系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有：自動(dòng)循跡；保持車距；緊急停車等。

關(guān)鍵詞：智能小車跟隨系統(tǒng)；藍(lán)牙通信；單片機(jī)；軟件設(shè)計(jì)

目錄引言..............................................................1 1.1 研究背景及意義..............................................1 1.2 智能車輛研究現(xiàn)狀............................................1 1.3 研究內(nèi)容....................................................1 2 功能分析..........................................................2 2.1 主控模塊....................................................2 2.2 循跡模塊....................................................3 2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊................................................3 2.4 電源模塊....................................................3 2.5 通信模塊....................................................3 3 硬件設(shè)計(jì)..........................................................3 3.1 主控硬件設(shè)計(jì)................................................4 3.2 循跡硬件的設(shè)計(jì)..............................................4 3.3 驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)計(jì)................................................5 3.4 電源硬件設(shè)計(jì)................................................5 3.5 藍(lán)牙通信串口硬件設(shè)計(jì)........................................6 3.6 本章總結(jié)....................................................6 4 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)..................................................6 4.1 概述........................................................6 4.2 軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..............................................7 4.3 主要模塊的實(shí)現(xiàn)..............................................8 4.3.1循跡流程圖.............................................8 4.3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖.........................................9 4.3.3 位置判斷流程圖........................................10 4.3.4 藍(lán)牙通信流程圖........................................11 4.4 本章小結(jié)...................................................11 5 系統(tǒng)功能測試.....................................................11 5.1 系統(tǒng)功能測試...............................................12 2 5.2 測試結(jié)果分析...............................................13 6 結(jié)論與展望.......................................................13 6.1 結(jié)論.......................................................13 6.2 展望.......................................................13 參考文獻(xiàn)...........................................................14 致謝...............................................................15

1 引言

1.1 研究背景及意義

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市的人口不斷增加，從而城市的交通壓力也越來越大。在中國的一些大中型城市，由于嚴(yán)重的堵車問題，上、下班路途中所消耗的時(shí)間可能會(huì)長達(dá)數(shù)個(gè)小時(shí)。此外，近些年來，交通事故頻繁發(fā)生，這已經(jīng)危害到了許多人的生命和財(cái)產(chǎn)。因此，想要解決交通問題已經(jīng)不能僅僅依靠交通管理部門，更需要從科技的角度來解決這一問題。幸運(yùn)的是，在最近幾年傳感器、單片機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，受此影響，智能小車跟隨技術(shù)正在逐步從可能轉(zhuǎn)為現(xiàn)實(shí)。智能小車跟隨技術(shù)是指通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，通過現(xiàn)代通信技術(shù)使車間進(jìn)行通信，同時(shí)加以一定的算法分析，使得后車緊跟前車行駛。這一特點(diǎn)使得它具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，充分利用道路資源，減少堵車事件發(fā)生的概率。此外，它還能夠在行駛過程中探測可能發(fā)生危險(xiǎn)事故，由于計(jì)算機(jī)有著比人腦更快的反應(yīng)速度，從而能夠避免交通事故的發(fā)生。1.2 智能車輛研究現(xiàn)狀

智能車輛的發(fā)展過程可以分為以下三個(gè)階段：

第一階段：20世紀(jì)50年代。在這一時(shí)期，人們剛剛開始接觸研究智能車輛。盡管這一時(shí)期的智能小車系統(tǒng)僅能在一個(gè)固定的軌道上運(yùn)行，自動(dòng)化水平比較低，但已經(jīng)符合智能車輛的基本要求。

第二階段：80年代中后期。在這一階段，隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，智能車的研究有了較大的進(jìn)展，尤其在一些發(fā)達(dá)國家，取得了巨大的進(jìn)步，促使智能車輛不斷深入各個(gè)實(shí)用領(lǐng)域。

第三階段：90年代至今，智能車輛的研究取得了更快的發(fā)展。尤其是近些年來，隨著各個(gè)國家在智能車輛的研究之中投入的人力、財(cái)力不斷加大，智能小車的發(fā)展越來越快。如今，智能車輛已經(jīng)不僅僅局限于科學(xué)研究和工廠使用，它也不斷地走入了許多人的日常生活中。1.3 研究內(nèi)容

本設(shè)計(jì)是基本AT89S52單片機(jī)的，通過藍(lán)牙使兩個(gè)智能電動(dòng)車相互通信來組成智能小車跟隨系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對電動(dòng)車進(jìn)行硬件電路與軟件的設(shè)計(jì)。其中硬件電路主要包括控制電路，藍(lán)牙通信電路，路徑循跡電路，電源驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等。其中，AT89S52單片機(jī)作為每個(gè)小車的控制核心，控制著電動(dòng)車的各個(gè)模塊正常工作，并通過編程使得小車按照預(yù)定路徑實(shí)現(xiàn)前進(jìn)，左拐，右 1 拐，緊急停車，加速，減速等功能。

本設(shè)計(jì)是以電動(dòng)小車為基礎(chǔ)，增加紅外傳感器，藍(lán)牙等。利用傳感器來有效地確定小車前進(jìn)路徑、小車所在位置等信息。單片機(jī)接收并處理傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)并加以一定的算法來判斷各個(gè)小車的狀態(tài)及其相互間距。最后通過藍(lán)牙來進(jìn)行小車間的通信，從而控制各個(gè)小車加、減速度來使得小車間距相對恒定。

綜上所述，本設(shè)計(jì)中整個(gè)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單，性能相對較高。主要采用如下技術(shù)：首先是選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌＠脗鞲衅鱽韺?shí)時(shí)監(jiān)測小車位置并傳送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)傳感器所傳回的信息來控制小車的兩個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)循跡行走功能。其次，利用藍(lán)牙設(shè)備在兩個(gè)小車之間進(jìn)行通信，由其中一個(gè)小車的單片機(jī)來判斷兩小車的相對位置，從而產(chǎn)生控制指令，來改變小車的行駛速度。2 功能分析

根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容的要求，采用基于單片機(jī)的控制方式，使用藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行通信。圖2-1為系統(tǒng)框圖。

圖2-1 系統(tǒng)框圖

2.1 主控模塊

目前，具有人工智能的電子產(chǎn)品、設(shè)備通常采用的控制器都是單片機(jī)。現(xiàn)在市場上的單片機(jī)廠商很多，單片機(jī)種類也不盡相同，功能更是各具特色。本文設(shè)計(jì)的是一個(gè)相對簡單的控制系統(tǒng)，無需采用一些特殊功能的單片機(jī)。因此，根據(jù)實(shí)際條件，最終選擇在兩輛小車上各搭載一片ATMEL公司的AT89S52芯片作為每個(gè)小車的主控器件。圖2-2為AT89S52控制原理圖。

圖2-2 AT89S52控制原理圖

2.2 循跡模塊

循跡裝置類型選擇：采用集成QTI傳感器DM-S53401，它是一種通過光電接收管來探測其下表面反射光強(qiáng)度的傳感器。根據(jù)反射光強(qiáng)度的不同，從而導(dǎo)致傳感器輸出的變化。由于它的體積較小、具有日光過濾器，因而在小車中使用性能較好。

循跡硬件數(shù)目選擇：采用4路QTI傳感器循跡。在小車行駛過程中，根據(jù)軌道的設(shè)計(jì)，小車會(huì)遇到直行或左、右拐彎的路段，因而可以使用中間2路來判斷小車與直行道的相對位置，而用外側(cè)2路來判斷小車是否在拐彎路段。因此，4路循跡可以完成任務(wù)的要求，且設(shè)備數(shù)目最少。2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

電機(jī)選擇：采用直流伺服電機(jī)，它主要通過接收脈沖來運(yùn)轉(zhuǎn)。相比于步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)有著一定的優(yōu)勢：精度更高，克服了步進(jìn)電機(jī)中的失步問題；高速性能好；抗過載能力強(qiáng)；運(yùn)行穩(wěn)定；反應(yīng)時(shí)間短；發(fā)熱和噪聲都有著明顯的降低。2.4 電源模塊

電源選擇：采用干電池組加移動(dòng)電源共同供電，即在采用4節(jié)1.5V干電池通過穩(wěn)壓單元降至5V后給單片機(jī)及其他設(shè)備（如傳感器、電機(jī)等）供電的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)移動(dòng)電源同時(shí)供電。一方面，可以保證小車電壓穩(wěn)定，設(shè)備正常運(yùn)行而不會(huì)斷電。另一方面，也不像蓄電池所占體積那么大，安裝相對容易。2.5 通信模塊

通信設(shè)備選擇：采用藍(lán)牙裝置進(jìn)行通信。盡管相比紅外通信，它的成本相對較高。但其有著諸多特有的優(yōu)點(diǎn)：通信距離相對較長，一般在10米左右，且可以轉(zhuǎn)彎，不用對準(zhǔn)。傳輸速度快，且可以加密，更加安全。3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 主控硬件設(shè)計(jì)

對于每個(gè)小車而言，主控電路的核心器件為AT89S52單片機(jī)，通過此單片機(jī)來控制小車完成預(yù)計(jì)的功能。其中，小車的啟動(dòng)、復(fù)位、斷電都需要手動(dòng)開關(guān)來控制。由QTI循跡模塊組成的循跡電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，不斷判斷小車的位置，并將檢測到的信息發(fā)回給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算后，發(fā)送PWM波給電機(jī)，從而控制小車速度、啟停、轉(zhuǎn)彎、直線行駛等。除此之外，兩個(gè)小車的單片機(jī)還都需要連接一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，用于在兩個(gè)單片機(jī)之間傳遞信息。系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。

圖3-1 主控電路連接圖

3.2 循跡硬件的設(shè)計(jì)

由于本設(shè)計(jì)在循跡模塊中采用的是集成的QTI循跡模塊，故循跡裝置內(nèi)部電路無需再重新設(shè)計(jì)，僅需將集成的QTI循跡模塊正確連入AT89S52單片機(jī)中集可。具體電路連接圖見圖3-2。

圖3-2 QTI設(shè)備連接圖

3.3 驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)計(jì)

電機(jī)選擇：采用直流伺服電機(jī)。伺服電機(jī)具有如下特點(diǎn)：它在接收到一個(gè)PWM波形脈沖時(shí)就會(huì)旋轉(zhuǎn)一定的角度，通過不斷接收脈沖就可以使得小車持續(xù)運(yùn)動(dòng)。對于本設(shè)計(jì)所選用的電機(jī)而言，當(dāng)接收到的脈沖是高電平持續(xù)時(shí)間為1.5ms而低電平持續(xù)時(shí)間是20ms時(shí)，電機(jī)不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)間保持不變，高電平持續(xù)時(shí)間越接近1.7ms時(shí)，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)速越快，在1.7ms時(shí)，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到最大；反之，高電平持續(xù)時(shí)間越接近1.3ms時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)速越快，在1.3ms時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到最大。

在小車運(yùn)行過程中，單片機(jī)AT89S52通過P1.1和P1.2口發(fā)送脈沖波形來分別控制左右電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，即將左右電機(jī)分別與P1.1和P1.2口相連即可。3.4 電源硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中的單片機(jī)所需的供電電壓為+5V工作電壓，而電路板的設(shè)計(jì)是采用6-9V的直流電輸入，再通過穩(wěn)壓芯片來為單片機(jī)輸入5V的工作電壓。每節(jié)干電池所提供的電壓為1.5V，采用4節(jié)干電池串聯(lián)后可以得到直流電輸入口所要求的最小電壓6V。因此，選擇4節(jié)干電池串聯(lián)后接入單片機(jī)的供電口。此外，由于干電池所供電壓并不穩(wěn)定，容易造成小車傳感器、藍(lán)牙等設(shè)備的掉電，從而影響小車的正常工作，故再額外通過USB-ISP線將輸出為5V的移動(dòng)電源連接至小車的ISP下載口即可。3.5 藍(lán)牙通信串口硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中兩輛小車需要在一定情況下進(jìn)行通信，因而需要使用一個(gè)近距離的無線通信裝置。在本設(shè)計(jì)中，選用藍(lán)牙通信裝置HC-05來實(shí)現(xiàn)此功能。HC-05的引腳原理圖如如圖3-3所示。

圖3-3 藍(lán)牙引腳原理圖

此藍(lán)牙在配對成功后的使用方法與串口的使用方法一樣，故同樣是將藍(lán)牙接口TXD、RXD分別連至單片機(jī)的P3.0、P3.1口，VCC接高電平，GND接地即可正常使用。3.6 本章總結(jié)

本章主要分析了小車實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能所需的硬件設(shè)備，硬件選擇，硬件設(shè)備連接等問題，主要包括主控硬件、循跡硬件、驅(qū)動(dòng)硬件、電源硬件、藍(lán)牙硬件等，通過對硬件的分析與設(shè)計(jì)，為小車能正常運(yùn)行做好的硬件方面的準(zhǔn)備工作。4 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4.1 概述在基于單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除了要對系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)外，還要對系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)之中，大量的執(zhí)行工作需要對程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，這一工作對于系統(tǒng)而言尤為重要。

在編寫程序時(shí)，要注意一下幾點(diǎn)要求： 1.實(shí)時(shí)性，即軟件反應(yīng)、執(zhí)行速度快。

2.程序簡練，即要求既要完成目標(biāo)，又要以最簡潔的方式表述出來。3.程序的靈活性與可拓展性，即程序擁有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在功能需要拓展時(shí)可以方便的修改。

4.可靠性，即在系統(tǒng)運(yùn)行過程中因?yàn)檐浖矫娴墓收隙斐傻南到y(tǒng)錯(cuò)誤盡可能的少。

此外，在用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，具體步驟如下： 1.明確要求，確定軟件所要實(shí)現(xiàn)的功能。2.分析具體問題，建立數(shù)學(xué)模型。3.繪制出各個(gè)程序模塊的流程圖。

4.將各個(gè)程序組合在一起，構(gòu)成一個(gè)完整的程序。最后，在程序設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)注意一下幾點(diǎn)要求： 1.各個(gè)功能、模塊盡量層次化。2.存儲(chǔ)空間合理，節(jié)省內(nèi)存。

3.軟件流程要合理，軟件布局要清晰。4.2 軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中，軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將整個(gè)系統(tǒng)分成五大模塊，包括主程序模塊、循跡程序模塊、電機(jī)程序模塊、藍(lán)牙通信程序模塊、位置判斷程序模塊等，依次設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體軟件結(jié)構(gòu)和各個(gè)模塊的軟件結(jié)構(gòu)，最后再將其匯總成為一個(gè)完整系統(tǒng)。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示。

圖4-1系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

4.3 主要模塊的實(shí)現(xiàn) 4.3.1循跡流程圖

循跡流程圖如圖4-2所示。

圖4-2循跡流程圖

小車在啟動(dòng)后會(huì)直接進(jìn)入循跡路段，正常直行情況下，有且只有中間兩路QTI裝置(中左與中右)將能夠探測到黑線。而在執(zhí)行前進(jìn)過程中，會(huì)因?yàn)橐恍┮蛩囟斐陕晕⑵x軌道，此時(shí)，小車的中間兩路QTI裝置可能將會(huì)存在其中一路脫離黑線。此時(shí)，則應(yīng)向單片機(jī)發(fā)出調(diào)整指令，改變小車的行駛狀態(tài)，使其回歸黑線中央行駛。當(dāng)小車來到拐彎路段時(shí)，外部兩個(gè)QTI裝置(左與右)將會(huì)探測到黑線，表明小車來到拐彎路段，則應(yīng)向單片機(jī)發(fā)出調(diào)整指令，改變小車的行駛狀態(tài)，使其完成拐彎任務(wù)。而當(dāng)小車到達(dá)定位處時(shí)，四路QTI循跡裝置將全部探測到黑線，此時(shí)則應(yīng)向單片機(jī)發(fā)出計(jì)數(shù)自加指令后使小車?yán)^續(xù)向前行駛。4.3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖

電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖如4-3所示。

圖4-3電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能流程圖

在兩個(gè)小車進(jìn)行通信時(shí)，按照預(yù)期，隨著兩個(gè)小車的位置變化，兩個(gè)小車的行駛速度也應(yīng)該隨之變化。在此設(shè)計(jì)中，整個(gè)軌道共有8個(gè)定位點(diǎn)。對于小車A，速度變化是從檢測到定位點(diǎn)時(shí)開始的，所以小車A的驅(qū)動(dòng)流程圖應(yīng)從檢測到定位點(diǎn)開始。而對于小車B，速度變化是在中斷中產(chǎn)生的，所以小車B的驅(qū)動(dòng)流程圖應(yīng)從中斷中開始。此外，本設(shè)計(jì)的要求是使小車B跟隨小車A行駛，使得小車A 與小車B的距離始終保持在大約等于兩個(gè)定位點(diǎn)間的距離。因此，想要確定兩個(gè)小車的速度，首先要計(jì)算兩個(gè)小車距離。本設(shè)計(jì)是通過計(jì)算兩小車共檢測到的定位點(diǎn)數(shù)之差來判斷兩個(gè)小車的距離。當(dāng)兩個(gè)小車所探測到的定位點(diǎn)數(shù)相差為1，表示兩車距離適中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)使兩車都快速行駛；當(dāng)兩個(gè)小車探測到的定位點(diǎn)數(shù)相同，表示兩車距離過近，驅(qū)動(dòng)電機(jī)使前車快速行駛而后車慢速行駛，從而拉大兩車間距；而當(dāng)兩個(gè)小車所探測到的定位點(diǎn)數(shù)相差大于1，表示兩車距離過遠(yuǎn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)使前車慢速行駛而后車快速行駛，以此來縮短兩車距離。另外，前車發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)使得后車在與其距離過近時(shí)自動(dòng)停車，防止出現(xiàn)兩車相撞的情況。4.3.3 位置判斷流程圖

位置判斷流程圖如圖4-4所示。

圖4-4 位置判斷流程圖

本設(shè)計(jì)中，兩個(gè)小車需要構(gòu)成一個(gè)協(xié)作的系統(tǒng)平臺(tái)，因此，需要不斷地判斷自己的位置。在此設(shè)計(jì)中，在完整軌道中平均選擇了8個(gè)定位點(diǎn)，在小車途經(jīng)這8個(gè)定位點(diǎn)時(shí)，單片機(jī)選擇一個(gè)變量來計(jì)算小車在行駛過程中所經(jīng)過的總點(diǎn)數(shù)，從而來大致判斷小車的所在位置。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到8時(shí)，表示小車已經(jīng)運(yùn)行了一整圈回到出發(fā)點(diǎn)，故計(jì)數(shù)清零。

軌道圖如圖4-5所示。

圖4-5 軌道圖

4.3.4 藍(lán)牙通信流程圖

在本設(shè)計(jì)中，兩個(gè)小車要通過相互協(xié)作來構(gòu)成一個(gè)智能小車系統(tǒng)，因此，在小車運(yùn)行過程中，兩小車需要在必要的時(shí)刻相互通信并發(fā)送指令。在此系統(tǒng)中，小車A為整個(gè)系統(tǒng)的中樞，一切信息要在小車A的單片機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算處理，再將控制命令由小車A發(fā)出。藍(lán)牙通信流程圖如圖4-6所示。

圖4-6 藍(lán)牙通信流程圖

4.4 本章小結(jié)

本章首先介紹了針對軟件設(shè)計(jì)的要求、過程等注意事項(xiàng)，然后系統(tǒng)的介紹了針對本設(shè)計(jì)的軟件結(jié)構(gòu)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案、思路，并列出了各個(gè)主要模塊的設(shè)計(jì)流程圖。5 系統(tǒng)功能測試

在完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作后，必須要對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行測試。通過測試，檢測需要單片機(jī)所完成的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。5.1 系統(tǒng)功能測試

測試過程中，首先依次對各個(gè)小車進(jìn)行單獨(dú)的模塊功能測試，然后再進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的功能測試。即首先分別對小車A、小車B進(jìn)行單獨(dú)循跡功能的測試，查看小車A、B的性能。然后再將小車A、B通過藍(lán)牙連接相互通信，測試整個(gè)系統(tǒng)的性能。

小車A循跡功能單獨(dú)測試，結(jié)果如表5-1所示。

表5-1 小車A循跡測試結(jié)果

第一圈第二圈第三圈第四圈第五圈 1 完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成 6 完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成

卡頓

完成完成卡頓

完成完成完成

卡頓

完成卡頓

小車B循跡功能單獨(dú)測試，結(jié)果如表5-2所示。

表5-2 小車B循跡測試結(jié)果

第一圈第二圈第三圈第四圈第五圈 1 完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成完成

卡頓

完成完成完成完成

系統(tǒng)性能測試，結(jié)果如表5-3所示。

表5-3 系統(tǒng)功能測試結(jié)果

第一圈第二圈第三圈第四圈第五圈

運(yùn)行正常運(yùn)行正常

小車A在定位點(diǎn)3處連續(xù)探測到2次定位標(biāo)志，造成出錯(cuò)

運(yùn)行正常運(yùn)行正常

5.2 測試結(jié)果分析

小車A在運(yùn)行過程中，由于傳感器、電機(jī)等設(shè)備問題，有時(shí)會(huì)造成中途卡頓，導(dǎo)致小車無法正常運(yùn)行，但總體結(jié)果基本正確，不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

小車B與小車A相比，運(yùn)行較為流暢，基本可以正常運(yùn)行，很少會(huì)出現(xiàn)故障，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

在整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行時(shí)，除了小車偶爾發(fā)生的卡頓意外，基本不會(huì)造成其他故障，基本可以達(dá)到預(yù)期的效果。

總體而言，主要是由于傳感器并不精確，在室內(nèi)光線、太陽光等燈光的影響下，偶爾會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行出現(xiàn)故障。但從整體來看，基本功能都可以正常實(shí)現(xiàn)，不影響觀測結(jié)果，系統(tǒng)基本能夠正常運(yùn)行。6 結(jié)論與展望 6.1 結(jié)論

在本設(shè)計(jì)中，A、B兩個(gè)小車的控制核心都選用的是AT89S52單片機(jī)，這使得小車具有較好的穩(wěn)定性和持續(xù)性。循跡裝置選擇的是體積小、功耗低、應(yīng)用方便、集成度高的QTI傳感器DM-S53401。電機(jī)選擇的是兩輪獨(dú)立的直流伺服電機(jī)，通過控制兩個(gè)輪不同的轉(zhuǎn)速來改變方向。車間通信選擇的是藍(lán)牙通信裝置HC-05，它具有較高的可靠性，可以保證兩車順利的完成通信功能。

在小車運(yùn)行的過程中，利用QTI傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)測小車的路面信息，單片機(jī)接收并處理傳感器監(jiān)測到的信號(hào)，將運(yùn)動(dòng)控制指令發(fā)送給電機(jī)，使得小車正常行駛。此外，兩個(gè)小車還通過藍(lán)牙裝置進(jìn)行車間通信，并根據(jù)兩車的狀態(tài)調(diào)整小車的運(yùn)動(dòng)狀況。該系統(tǒng)最終能夠完成的功能有：循跡、變速、保持兩車間距穩(wěn)定、緊急停車。6.2 展望

本智能小車系統(tǒng)最主要的前景是運(yùn)用到無人駕駛汽車上。一方面，可以通過小車系統(tǒng)的車間通信規(guī)劃行車路徑，充分利用現(xiàn)有的道路資源，提高道路利用率，減少堵車事件的發(fā)生；另一方面，還通過安裝各種傳感器感知路面狀況來避免交通事故的發(fā)生。參考文獻(xiàn)：

[1] 李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用.第二版，西安電子科技大學(xué)出版社，2008.2 [2] 李曉瑩.傳感器與測試技術(shù).高等教育出版社，2005.1 [3] 禹帆.藍(lán)牙技術(shù).清華大學(xué)出版社，2002年

[4] 楊代強(qiáng).基于單片機(jī)的智能玩具電動(dòng)車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).電子科技大學(xué)碩士論文，2012.11 [5] 高峰.單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.4 [6] 劉彩虹.智能小車路徑跟蹤技術(shù)的研究.浙江大學(xué)碩士論文，2007.6 [7] 碰新榮.基于智能小車平臺(tái)的多車協(xié)作研究.上海交通大學(xué)碩士論文，2010.2 [8] 譚浩強(qiáng).MCS-51單片機(jī)應(yīng)用教程.清華大學(xué)出版社，2000.5 [9] V.Gradinescu, C.Gorgorin, R.Diaconescu, V.Cristea, L.Iftode.Adaptive traffic lights using car-to-car communication.IEEE Vehicular Technology Conference,2007 [10] Seki K.Applications of DSRC in Japan.ITS Center,Japan Automobile Research Institute,2002

致謝

歷時(shí)四個(gè)多月的本科畢業(yè)論文即將完成了，心中有著許多感慨。這幾個(gè)月來，從最初的選題、查找資料、撰寫開題報(bào)告、選擇零件設(shè)備、學(xué)習(xí)軟硬件的使用、測試、撰寫初稿、以及后期的論文修改，無時(shí)無處不存在盧教授的幫助和指導(dǎo)，這一幕幕都在我的腦海中留下了深深的印象，這讓我的心中有著無限的感激和感動(dòng)。

由于考研復(fù)試占用了一定的設(shè)計(jì)論文的時(shí)間，所以在開始畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)侯時(shí)間已經(jīng)有點(diǎn)兒緊張。在回到學(xué)校開始做畢業(yè)設(shè)計(jì)的前兩個(gè)月，幾乎每天都呆在實(shí)驗(yàn)室。在此，我非常感謝仝老師提供給我的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。如果沒有一個(gè)理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，我的論文和設(shè)計(jì)根本無法在短短的幾個(gè)月內(nèi)完成。

同時(shí)，在這一年里，我也查閱了不少的資料，這些資料使我的論文更加完整。所以，非常感謝大同大學(xué)圖書館，感謝參考文獻(xiàn)中的每一位作者。

最后，還要感謝我的同學(xué)、朋友在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)為我提供的幫助和支持！

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