(最新整理)單片機控制自動避障小車

1、(完整)單片機控制自動避障小車(完整)單片機控制自動避障小車 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對文中內(nèi)容進行仔細校對，但是難免會有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)單片機控制自動避障小車）的內(nèi)容能夠給您的工作和學習帶來便利。同時也真誠的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進步的源泉，前進的動力。本文可編輯可修改，如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績進步，以下為(完整)單片機控制自動避障小車的全部內(nèi)容。i單片機控制自動避障小車設計摘要：本論文介紹的是具有自動避障功能的智能小車的設計與制作,論文對

2、智能小車的設計的方案選擇，設計的思路與過程,以及軟件與硬件的功能和工作原理進行了詳細的分析和論述。硬件部分采用了msp430f149芯片作為主控芯片，利用超聲波傳感器檢測障礙的方位與距離,并用lcd1602顯示出來,軟件在keil c51環(huán)境下編程.經(jīng)過軟件原理設計與實踐驗收測試，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,設計方案可行，正確,各項指標穩(wěn)定、可靠。關鍵詞：單片機；智能小車;避障；超聲波測距automatic obstacle avoidance car design based on scmabstract: this paper describes an auto

3、matic obstacle avoidance function is the design and production of the smart car, intelligent car design thesis program selection, design ideas and processes， as well as the functions and working principle of software and hardware for a detailed analysis and discussion 。 the hardware uses the msp430f

4、149 chip as the main chip， using the orientation and distance from the ultrasonic sensor to detect obstacles, and use lcd5110 displays， software programming in keil c51 environment。 after the software design principles and practice of acceptance testing, the circuit structure of the smart car is sim

5、ple， easy to debug, system reflects rapid， flexible design is feasible and correct, the indicators stable and reliable.keywords： scm； intelligent car； obstacle avoidance; ultrasonic ranging iii目 錄1.引言11.1 小車避障系統(tǒng)設計的意義11。2智能小車技術發(fā)展11.3設計任務及要求22。方案設計32。1 小車避障系統(tǒng)32.2主控系統(tǒng)32。3機械系統(tǒng)42。4 電機驅(qū)動模塊52.5 傳感器系統(tǒng)52。6 電

6、源電路的選型72。7顯示模塊73. 硬件電路設計83。1主控制部分 cpu介紹83。2 msp430f149單片機引腳圖103。3硬件資源分配103。4直流電機的驅(qū)動電路103.5 cpu相關電路113。6 避障傳感器電路123。7顯示電路設計134.軟件設計154.1主程序流程圖154.2左側(cè)避障程序流程圖154.3顯示程序流程165。電路調(diào)試175.1 調(diào)試的思路175。2 各模塊的調(diào)試175.3 結(jié)果分析186。 結(jié)論19結(jié)束語20參考文獻21附錄1：22總原理圖附錄2：38致謝39iv11。引言1.1 小車避障系統(tǒng)設計的意義現(xiàn)代智能小車的發(fā)展非常迅速并且功能也越來越趨向于多樣化，基本上

7、可以實現(xiàn)循跡、避障、檢測貼片，尋光入庫、避崖等基本功能，有向聲控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列，此次的設計主要實現(xiàn)避障這一個功能,首先通過傳感設備要感知障礙物,并作出判斷和相應的執(zhí)行動作。智能小車設計與開發(fā)涉及控制、模式識別、傳感技術、汽車電子、電氣、計算機、機械等多個學科.它可以分為三大部分：傳感器檢測部分，執(zhí)行部分，cpu。 開展自主避障智能小車的研究工作,對進一步鞏固已學知識加深已學知識可以起到促進作用，引導和激勵學生實事求是、刻苦鉆研、勇于創(chuàng)新、多出成果、提高素質(zhì),發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)一批在學術科技上有作為、有潛力的優(yōu)秀人才的作用。以前從來沒接觸過智能小車方面的知識，這對

8、于我來說是一個巨大挑戰(zhàn)，整個研究的過程，都是摸著石頭過河的.由于知識和經(jīng)驗的缺乏,經(jīng)常會遭到失敗，有時一個小小的因素,就會影響到設計,所以步伐前進得很慢。研究的進程大概可能分為:資料收集及整理階段、硬件制作階段和調(diào)試階段。公欲善其事，必先利其器,在做每件事之前都要先經(jīng)過思考，在制作之前會先從網(wǎng)上、書上及請教老師來收集資料,把資料經(jīng)整理理解透了之后,做出設計。接著就是制作硬件，工具和電子元件都需要購買，途徑可以是網(wǎng)購或是商店，由于設計不可能是完美的，不能做到一次就把需要的元件都列出來，一次性購買，所以分了好幾次去商店買元件；因為方案沒有最終確定,若是直接焊接電路板，設計如果不成功，整個電路板就沒

9、用了，這樣就增加了制作的成本，所以需要用面包板制作硬件,在調(diào)試階段完成最終確立設計之后，才做出電路板。調(diào)試階段就是要測試設計是否成功、合理,當然經(jīng)常會失敗,但要在每次的失敗中吸取經(jīng)驗、改正錯誤，取得最后的成功。整個過程是漫長的,但在無數(shù)的挫敗之后終于成功制作出了智能避障小車系統(tǒng)。1.2智能小車技術發(fā)展電子技術及計算機智能控制技術的快速發(fā)展導致智能小車也高速的發(fā)展,各種玩具電子產(chǎn)品的小型化和智能化越來越成受到人們的關注。智能小車更是其中的主流。在現(xiàn)代化的生活中,智能小車玩具非常廣泛的受到人們的喜愛。伴隨著電子技術的發(fā)展,以及現(xiàn)代控制理論的應用，智能小車控制技術也得到了很大的發(fā)展.直流電動機的調(diào)速

10、性能較好,且起動轉(zhuǎn)距較大，能在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)速,調(diào)速比大,起制動性能好，定位精度高。因此常用于調(diào)速控制系統(tǒng)，稱之為直流傳動系統(tǒng)。因而在智能小車中應用的比較多的就是直流電機控制的智能小車.在直流電機的調(diào)速控制1系統(tǒng)中，速度調(diào)節(jié)主要通過改變電樞電壓大小來實現(xiàn),經(jīng)常采用晶閘管相控整流調(diào)速或大功率晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速兩種方法，后者就是pwm。pwm常見于中小功率系統(tǒng)，其工作原理是:通過改變接通脈沖的寬度，改變直流電機電樞上電壓的占空比，即方波高低電平的時間比,從而改變電樞電壓的平均值，控制電機的轉(zhuǎn)速。智能小車作為現(xiàn)代社會的產(chǎn)物可以應用于多個方面,例如玩具,科學勘探，智能環(huán)境檢測等。無需人為控制便可以

11、達到目標而且更容易的適應各種苛刻環(huán)境，可以及智能和多功能于一體達到各種科學研究，危險探索，也可以應用于交通運輸多個方面，因此受到多方面關注。1。3設計任務及要求以單片機作為主控芯片，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?？刂葡到y(tǒng)要求:1。小車前方?jīng)]有障礙物時，左右輪速度同時不斷增加,小車全速前進； 有障礙物且距離小于30cm時，小車減速并控制小車右轉(zhuǎn)彎避開障礙物；2。 當小車右前方有障礙物，且距離小于30cm時，小車減速并控制小車左轉(zhuǎn)彎并避開障礙物； 3. 當小車左前方有障礙物，且距離小于30cm時，控小車減速并制小車右轉(zhuǎn)彎并避開障礙物.在避開障礙物后,小車沿直線前進

12、。小車方向控制:左輪減速實現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎，右輪減速實現(xiàn)右轉(zhuǎn)彎。2。方案設計2。1 小車避障系統(tǒng)控制系統(tǒng)可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分、執(zhí)行部分、cpu。智能小車要實現(xiàn)自動避障功能，感知障礙物并自動躲避?；谏鲜鲆螅瑐鞲袡z測部分考慮到小車只需要粗略感知障礙物大概位置因而使用超聲波測距,用直流電機來讓智能小車執(zhí)行動作，控制小車的前進的速度與方向。用單片機驅(qū)動直流電機一般有兩種方案：第一種方案，不需要占用單片機內(nèi)部資源，直接選擇有pwm功能的單片機，如此可以實現(xiàn)電機的精準調(diào)速;第二種方案，用軟件模擬pwm輸出方式,需要占用單片機內(nèi)部資源，不容易實現(xiàn)精準速度調(diào)節(jié)，但是所選擇的單片機型號比較多?？紤]到

13、實際情況的需要，本實驗選擇了第二種方案.cpu使用單片機msp430f149,配合軟件編程實現(xiàn)。還有顯示部分通過軟件可以顯示障礙物距離與兩個電機轉(zhuǎn)速。2.2主控系統(tǒng)方案一：僅采用cpld作為核心部件的方案避開障礙顯示障礙物方位，距離指示燈顯示電機轉(zhuǎn)速距離檢測方位檢測障礙檢測cpld如圖1所示:選用一片cpld(如epm7128lc84-15）作為系統(tǒng)的核心部件，實現(xiàn)控制與處理的功能。cpld具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點,可利用vhdl語言進行編寫開發(fā)。但cpld在控制上較單片機有較大的劣勢。同時，cpld的處理速度非?？?而小車的行進速度不可能太高,那么對系統(tǒng)處理信息的要求

14、也就不會太高，在這一點上，mcu就已經(jīng)可以勝任了.若采用該方案,必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，不采用該種方案，進而提出了第二種設想。圖1 cpld主控系統(tǒng)方案二：采用單片機作為系統(tǒng)核心部件的方案如圖2所示：使用單片機作為整個系統(tǒng)的核心,用單片機去控制運動中的小車的方向與速度，來達到系統(tǒng)即定的性能指標.充分分析系統(tǒng)，系統(tǒng)的關鍵在于如何讓小車實現(xiàn)自動控制,而在這上面，單片機具有它獨特的優(yōu)勢控制簡單方便、敏捷迅速。這樣,單片機就能夠充分發(fā)揮其資源豐富、有強大的控制功能與操作功能、價格低廉、使用方便簡單等優(yōu)點。因而，這種方案是一種比較理想的實現(xiàn)方案.避開障礙顯示障礙物方位，距離指示燈

15、顯示電機轉(zhuǎn)距離檢測方位檢測障礙檢測單片機圖2單片機主控系統(tǒng)本設計要求多個開關量輸入的復雜程序控制系統(tǒng)，需要非常容易處理多個開關量的單片機，運行處理速度要敏捷迅速，而不可以是用簡單的i/o口和程序存儲器比較小的單片機，d/a、a/d功能也不必選用。根據(jù)這些分析,選定了msp430f149單片機作為本設計的主控裝置，msp430f149單片機具有功能強大的運算處理能力，i/o口都可以按位尋址操作,程序存儲空間也比較大,對于該實驗設計也足夠使用。在綜合考慮了超聲波測距、兩部電機的驅(qū)動、顯示等諸多因素后，決定采用一片單片機，充分利用msp430f149單片機的資源。2。3機械系統(tǒng)本題目要求小車的機械系

16、統(tǒng)穩(wěn)定、簡單，而四輪運動系統(tǒng)具備以上特點。驅(qū)動部分:由于玩具汽車的直流電機功率較小，而小車上裝有電池、電機、電子器件等，使得電機負擔較重。為使小車能夠順利啟動，且運動平穩(wěn)，在直流電機和輪車軸之間加裝了三級減速齒輪.顯示部分：將顯示模塊放置小車前部上方,利于觀察。電池的安裝：將電池放置在車體的正下方，降低車體重心，提高穩(wěn)定性，同時可增加驅(qū)動輪的抓地力,減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。2.4 電機驅(qū)動模塊方案一：采用繼電器對電動機的開或關進行控制,通過開關的切換對小車的速度進行調(diào)整.此方案的優(yōu)點是電路較為簡單,缺點是繼電器的響應時間慢，易損壞,壽命較短,可靠性不高.方案二：采用電阻網(wǎng)絡或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電

17、動機的分壓，從而達到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡只能實現(xiàn)有級調(diào)速,而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般的電動機電阻很小,但電流很大,分壓不僅回降低效率，而且實現(xiàn)很困難。方案三:三極管作為功率放大器的輸出去控制直流電機運轉(zhuǎn)。使用線性驅(qū)動電路,該電路原理簡單，結(jié)構(gòu)簡便，成本也比較低,，或者使用由達林頓管組成的 h型pwm電路.使用單片機去控制達林頓管使之工作在可調(diào)節(jié)占空比的狀態(tài)，用來準確調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)動快慢。這種電路由于管子工作在截止飽和狀態(tài)下，效率比較高；h型電路簡單的實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速和方向控制；電子管的開關速度非?？欤€(wěn)定性比較強，是比較常用的 pwm調(diào)速技術.方案四：采用電機驅(qū)動l29

18、8n芯片驅(qū)動，這是一款電機驅(qū)動的專用芯片，可以同時驅(qū)動兩個電機,方便快捷，這種調(diào)速方式有調(diào)節(jié)速度特性快捷準確、調(diào)節(jié)平緩、調(diào)節(jié)速度的范圍寬、過載的能力大,可以承載多次反復負載沖擊，制動和反轉(zhuǎn)比較迅速等優(yōu)點。因此決定采用使用l298n芯片調(diào)速。2。5 傳感器系統(tǒng)方案一:反射式紅外發(fā)射-接收裝置，只有物體反射紅外光時才有信號輸入，其反射信號強度與小車距離障礙物的距離成正比。因此可利用信號強度作為避障依據(jù).紅外探測器具有較強的抗干擾能力，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用,紅外探測器的操作模式大致可分為主動和被動的，主動紅外探測器的光通過閉塞，反射，折射和其他光源的光學裝置，可以對被檢測對象完成位置的確定。

19、被動紅外探測器本身并不發(fā)光，對象被接收的輻射測量的檢測對象，光譜特征位置檢測的溫度，或紅外成像。直流驅(qū)動系統(tǒng)是簡單但探測距離和干擾比窮人;交流調(diào)制由于交換耦合可以解決直流漂移放大器可大大提高檢測距離問題，但由于環(huán)境光在大多數(shù)情況下，直流或低頻分量的信號產(chǎn)生的干擾可以通過過濾分離，所以交易調(diào)試模式相對抗干擾能力強,缺點是一個比較復雜的系統(tǒng)。我們要利用遠程紅外探測器探測到障礙物，顯然選擇更合適的主動式紅外傳感器，可降低成本更可以提高系統(tǒng)的可靠性.主動式紅外傳感器9可分為離散型，透射式和反射快門式,分立元件型發(fā)光管和接收管之間是相互獨立的，使用者用可靈活使用電弧管的設置、接收管的位置，并使用棱鏡，透

20、鏡等，完成一個特殊的目的，其缺點也意味著麻煩。阻斷傳播和反射的塑料模具的球包與接收管是非常好的，在這個設計中的障礙物檢測我使用反射式。圖3 紅外探測器的形式主動紅外探測器共同的驅(qū)動方式可分為直流直接驅(qū)動模式和ac調(diào)制，直流直接驅(qū)動型器件是簡單的，但該檢測距離和抗干擾能力相對較差;交流調(diào)制由于ac耦合模式可以用來解決直流漂移放大器的問題，這可大大提高檢測距離，同時作為環(huán)境光的在大多數(shù)情況下，干擾信號的直流或低頻成分可通過分離過濾器，所以抗干擾能力的通信調(diào)試方法越強,缺點是比較復雜的系統(tǒng)。方案二:采用反射式超聲波測距6，只有物體反射超聲波時才有信號輸入，測量發(fā)射接收信號間的時間差t2-t1，這樣就

21、可以得到障礙物距離小車的距離，將這個信息送達至單片機，單片機發(fā)出控制信號使小車轉(zhuǎn)向或調(diào)速，讓小車不觸碰到障礙物.該方法遠近障礙物距離檢測都合適，測試準確，反應迅速快捷，易于檢測障礙的距離.因此采用超聲波測距傳感器。2。6 電源電路的選型方案一:所有器件采用單一電源。這樣供電比較簡單方便;但是電動機在啟動瞬間的啟動電流非常大，并且pwm驅(qū)動電動機電流波動較大，容易造成電壓不穩(wěn)定、有大量干擾信號，造成單片機掉電不能運轉(zhuǎn)，導致系統(tǒng)不能正常工作，有很大的缺陷。如圖4所示。圖4 穩(wěn)壓電源電路方案二:直接使用直流穩(wěn)壓電源供電.簡單方便,不需要去單獨設計穩(wěn)壓電源電路，可以完全消除大部分電路復雜所造成的干擾,

22、可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這是一種非常好的方案,因而采用直流電源供電。2。7顯示模塊方案一：通過單片機，直接驅(qū)動led，通過8個i/o口驅(qū)動八個led,8個i/o口驅(qū)動led的八段發(fā)光二級管，此方法占用大量的i/o口，單片機資源大量浪費。方案二：使用lcd1602液晶顯示,清晰方便，占用i/o口少，方便編程，電路清晰簡單，不易出錯，便于檢查電路。因此選用方案二。這次設計智能小車，可以直線前行遭遇障礙物自行轉(zhuǎn)彎，在軌道上根據(jù)障礙距離可以自行調(diào)速。主要是以msp430f149單片機為核心,采用超聲波測距檢測障礙物距離，進行目標識別與避障,使智能小車準確躲避障礙物;采用直流電機對小車的轉(zhuǎn)向進行控制,由軟

23、件實現(xiàn)了小車自動行駛、自動避障，速度調(diào)節(jié)，距離，速度顯示,并發(fā)出指示信息等功能。3。 硬件電路設計經(jīng)過方案論證的過程之后，選定了僅采用單片機作為核心主控制部件的設計方案，其系統(tǒng)總方框圖如圖5所示.圖5 系統(tǒng)總原理框圖具體的功能設置通過原理圖做出了非常直觀的說明。通過主控芯片控制各個傳感器輸入的信號，控制方式由軟件設計來實現(xiàn)，其中包括2個超聲波測距傳感器用來檢測障礙物距離以及方位。除了處理這些信號單片機還通過i/o口控制電機驅(qū)動芯片控制電機和液晶的顯示.3.1主控制部分 cpu介紹msp430f149系列單片機是美國ti（ti)于1996年開始向市場推出了16超低msp430 mcu.這是一個小

24、的功耗，精簡指令集（risc)的混合信號處理器（混合信號處理器)。稱為由于其實際應用的需求，將多個模擬電路，數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上的不同的功能，以混合信號處理器,以提供一個“芯片”解決方案。該系列單片機用于msp430f149微控制器系列便攜式儀器需要電池是16位單片機，采用精簡指令集（risc）結(jié)構(gòu)，具有豐富的（7種源操作數(shù)的尋址模式尋址,4目的操作數(shù)尋址），27內(nèi)核的命令和大量的模擬指令的大量片上數(shù)據(jù)存儲器可以參加各種操作；高效的查找表處理指令.這些特征確保產(chǎn)生源的高效率?？焖俚倪\算速度,msp430f149系列單片機驅(qū)動器25mhz晶振，實現(xiàn)40ns的指令周期。該16位的

25、數(shù)據(jù)寬度，40ns的指令周期和多功能的硬件乘法器匹配(可以乘法實現(xiàn)）,可以實現(xiàn)數(shù)字信號處理的一些算法（例如fft）。超低功耗。msp430f149 mcu具有功耗低,是因為它有其獨到之處在降低芯片的電源電壓和靈活可控操作時鐘.首先,msp430f149系列單片機的電源電壓用于1.8-3。6v電壓.因此,運行在1mhz時鐘芯片電流條件下，最低165 a,ram仍是最低功耗模式僅為0.1 a。時鐘系統(tǒng)設計獨特。有兩個不同的時鐘系統(tǒng)中的msp430系列：基本時鐘系統(tǒng)，鎖頻環(huán)（fll和fll）和時鐘系統(tǒng)和dco數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)?？梢院唵蔚厥褂镁w振蕩器(的32.768khz）dt26或dt-38，可

26、以使用兩個晶體振蕩器。由cpu的系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)和每個所需功能的時鐘產(chǎn)生.和時鐘可以在命令開閉的控制之下，以實現(xiàn)整體功耗的控制。由于運行期系統(tǒng)的功能模塊的所述開口是不同的,具有不同的工作模式下，芯片的功率消耗是顯著不同.有五種低功耗模式(lpm0lpm4）的系統(tǒng)模式。豐富的片上資源,msp430f149系列單片機系列中集成了豐富的外設。它們分別是看門狗(wdt）和a模擬比較器，定時器a0定時器（timer_a0），a1（timer_a1），定時器b0（timer_b0），uart，spi,i2c，硬件乘法器，lcd驅(qū)動器，10位/12 adc， 16位-adc，dma，i / o端口，基本定時器（

27、基本定時器）,不同的組合,usb控制器的幾個外圍模塊的實時時鐘(rtc）。其中，看門狗可以使程序失控迅速復位；模擬電壓的模擬比較器與定時器比較，可以設計一個a / d轉(zhuǎn)換器； 16位定時器(定時器a和和timer_b）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器,可用于事件計數(shù)，計時，pwm等;有些設備有更多的可實現(xiàn)異步，同步和多址接入串行通信接口,可實現(xiàn)多機通信應用;更多的i / o端口，p0，p1,p2口可接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12硬件a / d轉(zhuǎn)換器具有高轉(zhuǎn)換率，高達200kbps的，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應用；可以直接驅(qū)動液晶多達160； 12位d/ a，以實現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)換

28、;硬件i2c串行總線接口實現(xiàn)存儲器串行擴展；并且，為了提高數(shù)據(jù)的傳輸速度，并且使用dma模塊的。提供這些外圍設備的系統(tǒng)解決方案msp430系列單芯片解決方案的便利.此外，msp430系列微控制器中斷源較多，并且可以任意嵌套的，靈活和方便的使用。當系統(tǒng)處于低功耗狀態(tài),省電，中斷僅需5秒。開發(fā)環(huán)境msp430系列與otp型，flash型和rom型三種類型的便捷，高效的設備，這些設備的開發(fā)手段不同。裝置，用于otp類型和rom型,利用模擬器開發(fā)的成功寫入或掩模芯片之后；對于調(diào)試一個開發(fā)環(huán)境，便于型的flash，由于jtag調(diào)試接口內(nèi)的器件芯片，并且可以是電可擦除閃存存儲器,所以使用第一下載程序到fl

29、ash,則該設備運行該軟件控制程序，通過jtag接口來讀取信息為設計人員使用片上調(diào)試方法的發(fā)展.這種方式只需要一臺pc機和一個jtag調(diào)試器，而不模擬器和程序員的需要.3.2 msp430f149單片機引腳圖圖6 msp430f149單片機引腳圖3.3硬件資源分配在設計中,將mcu資源分配如下:p4。3p4.4作為l298n的2個pwm信號控制端口，設計中采用直接控制。p3。4-p3.5作為超聲波傳感器信號的接入口，2個超聲波傳感器用于障礙物檢測，檢測到的超聲波避障信號由p3口輸入，再通過軟件分析,通過p4口輸出相應的電機驅(qū)動信號控制小車，實現(xiàn)相應的動作來達到避開障礙物的目的，通過程序計算出小

30、車距離障礙物的距離，并由小液晶顯示出來。3.4直流電機的驅(qū)動電路l298n是高壓，大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15引腳封裝。其主要特點是：高電壓,最大工作電壓可達46v；輸出電流， l298n電機驅(qū)動模塊峰值電流達3a,連續(xù)工作電流2a；包含兩個h橋的高電壓大電流的全橋驅(qū)動器，可用于驅(qū)動直流電機與步進電機，繼電器，線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；有兩個使能控制端，有一個邏輯電源輸入，使用l298n驅(qū)動電機,該芯片可以驅(qū)動兩相電機也可驅(qū)動一四相電機，輸出電壓可以通過調(diào)整電源去調(diào)整也可以直接用單片機的i/o端口提供信號；電路實現(xiàn)簡單,使用更方便。l298n主要引腳連接如下圖7所示:芯片

31、電壓 vcc:5v gnd：常見的接地連接.vs:12v， isena和isen2 都接地，en1和en2為使能端接5v。 in1和in2，in3和in4為pwm信號控制端，其中in2， in4接地.out1out4為電機連接端。圖7 直流電機驅(qū)動電路3。5 cpu相關電路時鐘信號輸入方式：圖8時鐘輸入電路圖msp430的時鐘信號的應用有兩種方式1:內(nèi)部方式和外部方式。原理圖如上圖所示,在設計中采用的是內(nèi)部方式。xtal1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，xtal2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到xtal1，而xtal2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，電容取30

32、pf左右.msp430f149中dvcc，avcc分別接100pf,10000pf電容后接地，dvss,avss則直接接地保證芯片正常工作.3。6 避障傳感器電路避障電路部分有2個傳感器，2個可以檢測障礙物的超聲波傳感器，檢測到的信號送入到單片機的p3.4p3.5口，然后由單片機處理檢測出障礙物的距離并且控制pwm信號，控制電機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。（1）us-100超聲波測距：us-100超聲波測距模塊可實現(xiàn)2cm 4。5m的非接觸測距功能，擁有2。4 - 5。5v的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2 ma，自帶溫度傳感器對測距結(jié)果進行校正，同時具有gpio，串口等多種通信方式，內(nèi)帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。

33、主要技術參數(shù)：表1:us100主要技術參數(shù)電氣參數(shù)us100超聲波測距模塊工作電壓dc 2。4v 5。5v靜態(tài)電流2 ma工作溫度20 - +70度輸出方式電平或uart（跳線帽選擇）感應角度小于15度探測距離2cm-450cm探測精度0.3cm+1uart模式下串口配置波特率9600，起始位1位，停止位1位，數(shù)據(jù)位8位，無奇偶校驗，無流控制。本模塊實物圖: 圖9 us-100正面圖從左到右依次編號1，2,3,4,5。它們的接口定義如下:l1號pin：接vcc電源(供電范圍2.4v5。5v)。l2號pin：當為uart模式時，接外部電路uart的tx端;當為電平觸發(fā)模式時，接外部電路的trig

34、端。l3號pin：當為uart模式時，接外部電路uart的rx端；當為電平觸發(fā)模式時，接外部電路的echo端。l4號pin：接外部電路的地。l5號pin：接外部電路的地。(2）障礙物測距系統(tǒng)：使用超聲波傳感器是探測障礙的比較簡單的方法，它是利用向探測目標發(fā)射超聲波脈沖，計算其往返時間來判定目標距離的。算法簡單，價格合理。所以我們選擇超聲波傳感器。首先利用單片機輸出一個觸發(fā)信號，把觸發(fā)信號通過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)射的同時單片機通過軟件開始計時,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)生一個回

35、應信號并通過echo腳反饋給單片機,此時單片機就立即停止計時。由于超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離，即：s=vt/2，通過單片機來算出距離. （3)躲避障礙物的方法小車前行,檢測p2口，如果前方或左前方有障礙物，其避障效果如圖10,重復步驟可躲避正前方和左前方障礙物。右前方有障礙物時,上述圖中步驟將左拐變?yōu)橛肄D(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)相應改為左轉(zhuǎn)即可躲避右前方有障礙物.圖10 避障效果圖示 3.7顯示電路設計根據(jù)任務設計要求對系統(tǒng)各項參數(shù)和電機的運行狀態(tài)進行顯示以便更直觀的觀察到實驗結(jié)果,因此在電路中加入顯示模塊是非常必要的。在系統(tǒng)運行過程中需要顯

36、示的數(shù)據(jù)并不多，在這里選用lcd1602液晶顯示器比較適合。lcd1602液晶是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5x7點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔,每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。其引腳共有16個,各引腳名稱及引腳編號的對應關系如下圖，引腳功能如表2所示。表2 lcd1602液晶顯示模塊引腳功能引腳符號引腳功能引腳符號引腳功能1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3vl液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令選擇12d5數(shù)據(jù)5r/w讀/寫選擇13d6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)1

37、5bla背光源正極8d1數(shù)據(jù)16blk背光源負極 顯示模塊電路圖圖11 顯示模塊電路4。軟件設計4。1主程序流程圖在一個完整的系統(tǒng)中，只有硬件部分是不可能完成相應設計任務的，因此在系統(tǒng)中軟件部分通常是必需要有的，也是非常重要的，所以按照系統(tǒng)設計任務的要求和系統(tǒng)運行過程的需要設計出主程序流程。軟件設計主程序流程圖如圖12總程序清單見附錄1。圖12主程序流程圖4。2左側(cè)避障程序流程圖在本系統(tǒng)中，使用了兩個電機對小車進行方向調(diào)整,避障分為左側(cè)與右側(cè)兩種，方式是一樣的其中左側(cè)避障程序的流程圖如圖13。圖13左側(cè)避障程序流程圖4。3顯示程序流程顯示模塊是實現(xiàn)人機對話的重要部分，在這里選用lcd1602顯

38、示器可實現(xiàn)對數(shù)字和字符的顯示,該顯示器在上面已經(jīng)做了說明，下面介紹lcd1602的相關指令。162字符型點陣模塊基本操作時序如表3所示.表3 lcd5510基本操作時序操作輸入輸出讀狀態(tài)rs=l,rw=h，e=hd0d7=狀態(tài)字寫指令rs=l，rw=l，d0d7=指令碼,e=高脈沖無讀數(shù)據(jù)rs=h，rw=h,e=hd0d7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)rs=h，rw=l，d0d7=指令碼,e=高脈沖無 液晶顯示程序如下：初始化過程（復位過程）延時15ms寫指令38h（不檢測忙信號）延時5ms寫指令38h(不檢測忙信號）延時5ms寫指令38h(不檢測忙信號）寫指令38h：顯示模式寫指令08h：顯示關閉寫指令01h

39、：顯示清屏寫指令06h：顯示光標移動寫指令0ch:顯示開及光標5.電路調(diào)試5。1 調(diào)試的思路本設計的智能避障小車，一共分為四個大模塊。分別是：l298n電機驅(qū)動模塊，超聲波測距模塊，lcd顯示模塊。調(diào)試的時候我們可以把四大模塊進行分別調(diào)試,然后再把所有模塊組合起來再進行最后的整機調(diào)試這樣一個調(diào)試的思路。 5.2 各模塊的調(diào)試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.一開始可能什么都不顯示，這個時候我們只需調(diào)整變阻器阻值即可。超聲波模塊的調(diào)試：超聲波模塊一共有四個腳,一個是vcc,一個是g

40、nd,還有兩個分別是超聲波的發(fā)射和接收引腳。連接電路時候只需引出四根插線,分別連接到msp430f149的對應的引腳并且燒制好測試程序檢測發(fā)射接受超聲波后通過lcd去顯示障礙的距離，注意兩個超聲波傳感器應該要同時檢測。本設計四根插線分別連接到vcc，gnd,還有發(fā)射和接收引腳分別為：p3.4和p3。5口.l298n電機驅(qū)動模塊的調(diào)試：電機驅(qū)動模塊的調(diào)試主要是調(diào)試電機的轉(zhuǎn)動是否正常轉(zhuǎn)動以及電機轉(zhuǎn)動速度的調(diào)試.焊接好電機與l298n，并且將l198n與單片機連接好,主要是兩個電機的pwm控制信號與單片機之間的連接。燒制好電機檢測程序，直接控制兩個電機同時加速與減速,觀察兩個電機是否正常運轉(zhuǎn)即可。如

41、果部能正常運轉(zhuǎn)要檢測硬件，與軟件到可以正常運行為止。系統(tǒng)的整體調(diào)試:分別將lcd模塊,電機控制模塊，超聲波模塊都加入電路，燒制好檢測程序,觀察各個模塊的工作狀況,如果上面單獨幾個模塊的檢測是沒有問題,整體檢測硬件一般不會出問題，主要是調(diào)試軟件,通過調(diào)整障礙物距離超聲波的距離判斷軟件的問題并針對性做出調(diào)整，一直到?jīng)]有問題為止。5。3 結(jié)果分析該系統(tǒng)以單片機msp430f149作為主控芯片，通過超聲波測距來獲取小車距離障礙物的距離以及障礙物的方向，通過軟件檢測pwm占空比來表示電機的轉(zhuǎn)動快慢，并且用lcd1602顯示出來?？刂葡到y(tǒng)檢測結(jié)果為：1。小車前方?jīng)]有障礙物時，左右輪速度同時不斷增加到固定值

42、然后勻速行駛lcd上小車兩個電機的占空比都為50,小車勻速行駛不變。2。 當小車右前方有障礙物，且距離在20cm30cm時，小車減速并控制小車左轉(zhuǎn)彎并避開障礙物，右側(cè)電機占空比為50,左側(cè)電機的占空比為35%；當小車左前方有障礙物,且距離在20cm-30cm時,小車減速并控制小車右轉(zhuǎn)彎并避開障礙物,左側(cè)電機的占空比為50，右側(cè)電機占空比為35；當障礙物距離到20cm以內(nèi)時，障礙在左側(cè)，那么小車減速并控制小車左轉(zhuǎn)彎并避開障礙物，右側(cè)電機占空比為50，左側(cè)電機的占空比為20%；障礙在右側(cè)，那么小車減速并控制小車右轉(zhuǎn)彎并避開障礙物,左側(cè)電機占空比為50%，右側(cè)電機的占空比為20，小車轉(zhuǎn)彎的速度更快，

43、根據(jù)障礙距離小車的距離遠近可以更快的避開障礙物。在避開障礙物后,小車沿直線前進。6. 結(jié)論本設計采用單片機msp430f149對直流電機進行控制，通過i/o口輸出的pwm脈沖作為直流電機的控制信號，同時采用超聲波傳感器檢測周圍障礙,再由單片機做出判斷，選擇正確路線，同時由液晶顯示器顯示障礙物距離與控制電機轉(zhuǎn)速的占空比。c語言是現(xiàn)在針對單片機編程的非常流行的語言，它用簡單的語句就可以實現(xiàn)復雜的功能，在設計開始時，在網(wǎng)上，書上，在老師那里大量的收集了關于單片機、直流電機和各種傳感器的資料。在硬件上，智能小車系統(tǒng)中用了超聲波傳感器，2個超聲波傳感器來進行障礙物的檢測，被檢測到的信號由p3口輸入，通過

44、軟件的分析，然后再通過p4口輸出相應的信號控制小車運動快慢與方向,來實現(xiàn)相應的動作達到避開障礙物的目的.結(jié)束語本課題的目的在于利用單片機實現(xiàn)超聲波傳感器控制單片機產(chǎn)生pwm脈沖來控制電機轉(zhuǎn)速。到目前為止通過對控制器模塊、電機驅(qū)動模塊、lcd顯示模塊、超聲波傳感器等進行深入的研究。完成了硬件電路的系統(tǒng)設計，但由于實驗條件不足沒能做出pcb板。軟件方面利用c語言進行編程，增強了程序的可移植性和靈活性，并且利用軟件進行原理圖的設計更加保證了程序的可靠性.歸納起來主要做了如下幾方面的工作：1、超聲波傳感器應用與pwm控制技術有機的結(jié)合；2、利用c語言進行程序設計，并通過keil c51進行仿真（部分源

45、程序見附錄）；根據(jù)上面論述結(jié)合測試數(shù)據(jù)可以看出本次設計基本完成了設計任務和要求。通過此次設計，掌握了超聲波傳感器的使用，pwm電機控制及c語言的編程方法，系統(tǒng)原理圖的設計，msp430f149芯片的使用，硬件的焊接方法并且學習了如何進行系統(tǒng)軟硬件的設計以及相關技巧，為今后的工作和學習奠定了扎實的基礎.參考文獻1 張毅剛.單片機原理及其接口應用m北京：人民郵電出版社，20082 王運麗，勞芳單片機實現(xiàn)的直流電h型pwm調(diào)速控制器設計與實現(xiàn) j ?？萍紡V場，2007:7 ( 2 )：196-1973 何立民。單片機應用系統(tǒng)設計m 。北京：航空航天大學出版社，19954 覃春芳.基于c 語言的直流電

46、機調(diào)速系統(tǒng)j廣西民族學院學報,2005：2（1) 83875 張偉protel 99se實用教程m北京：人民郵電出版社，20066 陳杰。 傳感器與檢測技術m。 北京：高等教育出版社，20027 謝自美.電子線路設計.試驗。測試 m .華中科技大學出版社，20048 泰繼榮。 現(xiàn)代直流控制技術及其系統(tǒng)設計m。 北京：機械工業(yè)出版社，19939 肖景和.紅外線熱釋電與超聲波遙控電路m .人民郵電出版社,200310 周堅編.單片機c語言輕松入門m 。北京:航空航天大學出版社,200611 oppenhein av。 schafer r.discretetime signal processing

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48、0，j=0;uchar i_key=0;uint juli4,juli24,juli，juli2；/extern uint juli,juli2；uchar biaozhi； uint num_1，num_2;uchar num3，num23，num32，num42;uint zkb1=0，zkb2=0;/uchar sb=0；/*uint chaosheng1(）if（flag=1) flag=0; juli=256datas0+datas1； while（?。╦uli2000&juli20)） ； return juli；/void chaosheng2（） /if(biaozhi=1）

49、/ /biaozhi=0;if（flag2=1） ie1=urxie0； flag2=0； juli2=256datas20+datas21; while（！(juli22000&juli220）) ； /return juli2；/void main（） wdt_init（）; clock_init()； pwm_b_init(）; p5dir=0xff; uart0_init(）; uart1_init（）； / lcd_led（1); lcd_init（)； lcd_cls(); /lcd_num_write(13,5,0）； / lcd_num_write(12,1，0)； / lcd

50、_num_write（14，0,1）; / lcd_num_write（12，1，1）； / lcd_num_write(15，0,2)； / lcd_num_write（12,1，2）； lcd_char_write(0，0，0);/左 lcd_char_write（2,1,0）;/距 lcd_char_write(3，2,0）;/離 lcd_num_write（12,6，0）；/： delay_us（100）; / lcd_char_write(1，0,2）;/ lcd_char_write(4，0，2)；/占 lcd_char_write(5,1,2)；/空 lcd_num_write（

51、12,4，2)；/: / lcd_char_write(1，0,3）;/左 / lcd_char_write（4,0,3);/占 / lcd_char_write（5，1，3)；/空 / lcd_num_write(12，6，3)；/: lcd_char_write(1,0,1);/右 lcd_char_write（2，1,1）;/距 lcd_char_write(3，2,1);/離 lcd_num_write(12,6，1）；/： delay_us（100)； _bis_sr(gie）；/開中斷 flag=0; flag2=0； while(1) zkb1=(tbccr1/400）； zkb2=(tbccr2/400); /num30=zkb % 10000 /