超聲波避障小車開(kāi)題報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上Harbin Institute of Technology課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）設(shè)計(jì)題目： 超聲波避障小車 院 系：電氣學(xué)院自動(dòng)化測(cè)試與控制系 班 級(jí)： 設(shè) 計(jì) 者： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 周慶東 設(shè)計(jì)時(shí)間： 9.29.13 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 姓 名： 院 （系）：電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 號(hào)： 任務(wù)起至日期： 2013 年9月 2 日至 2013 年 9 月13 日 課程設(shè)計(jì)題目： 超聲波避障小車 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求： 已知技術(shù)參數(shù)：1. 工作電壓：5v2. 工作電流：30mA 典型，35mA 最大3. 工作

2、頻率：40KHz4. 最大探測(cè)距離：3m5. 最小探測(cè)距離：2 cm6. 輸入觸發(fā)器：上升沿觸發(fā)7. 回波脈沖：正TTL高電平脈沖寬度設(shè)計(jì)要求： 實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)避障任務(wù)，采用超聲波模塊實(shí)現(xiàn)小車避障功能。 工作量： 總工作時(shí)間為10天； 完成硬件電路的設(shè)計(jì)工作；設(shè)計(jì)程序流程圖并編寫、調(diào)試程序；硬件連接調(diào)試，完成設(shè)定的功能；最后撰寫開(kāi)題報(bào)告和結(jié)題報(bào)告各一份。 工作計(jì)劃安排：1)2013.9.22013.9.3：任務(wù)布置、查閱資料，了解小車循跡原理；2)2013.9.42013.9.5：根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能及采用的方法設(shè)計(jì)程序流程并編寫程序；3)2013.9.62013.9.9：程序裝載、調(diào)試運(yùn)行各種擬實(shí)

3、現(xiàn)的功能；4)2013.9.102013.9.11：完成設(shè)定要實(shí)現(xiàn)的功能，撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書；5)2013.9.122013.9.13：完成硬件調(diào)試、驗(yàn)收。 同組設(shè)計(jì)者及分工： 指導(dǎo)教師簽字_ 年 月 日 教研室主任意見(jiàn)： 教研室主任簽字_ 年 月 日*注：此任務(wù)書由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師填開(kāi)題報(bào)告1 立項(xiàng)依據(jù)1.1立項(xiàng)目的（1）設(shè)計(jì)一輛利用超聲波傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)避障功能的小車，使小車對(duì)其運(yùn)動(dòng)方向受到的阻礙作出各種躲避障礙的動(dòng)作。（2）進(jìn)一步學(xué)習(xí)單片機(jī)原理及其應(yīng)用，提高程序的編寫能力。（3）掌握單片機(jī)系統(tǒng)外擴(kuò)器件的連接與使用，了解超聲波傳感器的工作原理。（4）掌握軟件和硬件調(diào)試的基本技巧與方法。1.2立

4、項(xiàng)意義在當(dāng)今社會(huì)，汽車成為了越來(lái)越普遍，人們不可缺少的交通工具。但汽車的不斷增加，隨之而來(lái)就是越來(lái)越多的交通事故。交通事故成為了現(xiàn)在越來(lái)越嚴(yán)重的安全隱患。所以隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，我們必須加強(qiáng)對(duì)汽車安全性能的考慮。所以，智能汽車概念應(yīng)運(yùn)而生，他既是汽車產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇也是汽車產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)。汽車的智能化必將是未來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，在這樣的背景下，我們開(kāi)展了基于超聲波的智能小車的避障研究。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(jiǎn)單，易于做到實(shí)時(shí)控制，測(cè)量精度也能達(dá)到實(shí)用的要求，在未來(lái)汽車智能化進(jìn)程中必將得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)作為一個(gè)世界大國(guó)，在高科技領(lǐng)域也必須占據(jù)一席之地，未來(lái)汽車的智

5、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(duì)我國(guó)未來(lái)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。2 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案2.1總體方案系統(tǒng)采用51單片機(jī)作為核心控制單元用于智能車系統(tǒng)的控制,在超聲波檢測(cè)到障礙物之后,主控芯片根據(jù)距離值控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),在與障礙物距離較大的情況下，快速前進(jìn)，在與障礙物距離較小但還未到達(dá)臨界轉(zhuǎn)彎方向值的時(shí)候，慢速前進(jìn)。在與障礙物距離很近需要轉(zhuǎn)向避障時(shí)，方案上將嘗試進(jìn)行轉(zhuǎn)向，來(lái)進(jìn)行避障。2.2設(shè)計(jì)原理該智能車系統(tǒng)可分為三個(gè)主要模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控核心模塊，傳感器避障模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。系統(tǒng)主要原理是：通過(guò)超聲波避障

6、模塊（即感測(cè)模塊）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路面情況并及時(shí)傳輸給單片機(jī)。由單片機(jī)主控核心模塊根據(jù)感測(cè)模塊給予的信息控制小車兩電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)工作狀態(tài)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)兩電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)或者左、右轉(zhuǎn)。（1）單片機(jī)主控核心模塊。在這次設(shè)計(jì)中我們選用已經(jīng)學(xué)過(guò)的MCS-51單片機(jī)為核心作為控制模塊。MCS-51系列單片機(jī)是美國(guó)Intel公司于1980年推出的產(chǎn)品，MCS-51系列單片機(jī)的影響及其深遠(yuǎn)，許多公司都推出了兼容系列單片機(jī)，使MCS-51內(nèi)核成為一個(gè)8位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，其典型產(chǎn)品有8031、8051、8751等等。（2）傳感器避障模塊。智能車避障系統(tǒng)中的傳感器一般分為接觸型和非接觸型兩種，接觸型相對(duì)比較簡(jiǎn)單。這里我們使

7、用了超聲波傳感器進(jìn)行測(cè)量，也即非接觸型傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生震動(dòng)產(chǎn)生的，在碰到雜質(zhì)獲分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射從而形成反射回波，超聲波傳感器就是根據(jù)超聲波在障礙物界面上的反射來(lái)判斷檢測(cè)物體的存在以及距離的。超聲波頻率高，波長(zhǎng)短，繞射現(xiàn)象小，方向性好，再加上信息處理簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉，所以這里我們使用28015-PING-v1.6超聲波傳感器對(duì)小車行進(jìn)前方路況進(jìn)行探測(cè)以及判斷，它能實(shí)現(xiàn)從3cm到1.8m距離的測(cè)量，從而識(shí)別出范圍內(nèi)的障礙物。我們將其作為傳感器避障模塊，利用其返回的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)小車避障的功能。圖1為超聲波傳感器。圖1 超聲波傳感器超聲波探

8、測(cè)模塊的基本原理及使用方法如下：IO口觸發(fā)，給Sin口至少510us的高電平，啟動(dòng)測(cè)量；模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40Khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；有信號(hào)返回，通過(guò)IO口Sin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(cè)試距離=（高電平時(shí)間*340）/ 2。超聲波探測(cè)模塊的時(shí)序圖如圖2所示。圖2 超聲波探測(cè)模塊時(shí)序圖（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是由兩個(gè)伺服電機(jī)組成，伺服電機(jī)控制原理如下圖3所示： 控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速的是高電平持續(xù)的時(shí)間，當(dāng)高電平持續(xù)時(shí)間為1.3ms時(shí)，電機(jī)順時(shí)針全速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)高電平持續(xù)時(shí)間1.7ms時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針?biāo)傩D(zhuǎn)。圖3 電機(jī)順、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)控制脈沖圖伺服電

9、機(jī)與單片機(jī)接口的連接，圖4為電機(jī)連接原理圖和實(shí)際接線圖，P1_0引腳的控制輸出用來(lái)控制右的伺服電機(jī)，而P1_1則用來(lái)控制左邊的伺服電機(jī)。 圖4 左、右電機(jī)連接圖所以可知，若令左、右車輪電機(jī)高電平持續(xù)時(shí)間為1.5ms時(shí)，小車將處于靜止?fàn)顟B(tài)。若令左車輪電機(jī)高電平持續(xù)時(shí)間為1.7ms，右車輪電機(jī)高電平持續(xù)時(shí)間為1.3ms時(shí)，則左車輪電機(jī)逆時(shí)針，右車輪電機(jī)順時(shí)針，小車將會(huì)以最快的速度前進(jìn)。此時(shí)，若想改變小車的前進(jìn)速度，則逐漸減小左電機(jī)的高電平時(shí)間，逐漸增加右電機(jī)的高電平時(shí)間，則可以減小車速。同理可知，若令左車輪電機(jī)高電平持續(xù)時(shí)間為1.3ms，右車輪電機(jī)高電平持續(xù)時(shí)間為1.7ms時(shí)，則左車輪電機(jī)順時(shí)針，

10、右車輪電機(jī)逆時(shí)針，小車將會(huì)以最快的速度后退。當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過(guò)分析和測(cè)試我們可以知道，當(dāng)小車想左轉(zhuǎn)時(shí)，需令左右兩輪均順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而當(dāng)小車想右轉(zhuǎn)時(shí)，需令左右兩輪均逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。2.3具體實(shí)施方案及程序流程圖小車的避障流程如下：（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(kāi)障礙物，避障方法如下：先向左邊轉(zhuǎn)90度，如果前面沒(méi)有障礙物，再沿直線向前走；如果前面仍有障礙物，則向右轉(zhuǎn)180度，如果前面沒(méi)有障礙物，則沿直線向前行走；如果前面仍有障礙物，則向右90度，然后直線行。主程序流程圖如圖5所示開(kāi)始結(jié)束圖5 主程序流程圖3需解決的關(guān)鍵問(wèn)題關(guān)鍵問(wèn)題首先是要學(xué)會(huì)使用超聲波測(cè)距器件，根據(jù)老師所提供的知識(shí)，讀懂超聲波器件的工作時(shí)序，根據(jù)時(shí)序以及超聲波測(cè)距