智能超聲波避障小車

1、智能超聲波避障小車班級：學(xué)號：目錄摘要 3一、總體方案概述 3二、總體電路原理圖 3三、各模塊功能介紹 4一、超聲波測距模塊 4二、步進(jìn)電機(jī)控制模塊 5三、單片機(jī)控制模塊 6四、系統(tǒng)軟件設(shè)計五、應(yīng)用前景 7六、參考文獻(xiàn)0B00摘要：現(xiàn)今發(fā)達(dá)的交通在給人們帶來便捷的同時也帶來了許多的交通事故。發(fā)生交通事故的因素有很多。當(dāng)然，如果我們的汽車能夠更加智能，就是說事先能預(yù)測并顯示前面障礙物離車的距離，當(dāng)障礙物距離很近時汽車會自動采取一些措施避開障礙物，這樣就能夠在很大程度上防止這些事故的發(fā)生。在本論文中，我們將會看到能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能的智能小車。關(guān)鍵字：超聲波、測量、避障、單片機(jī)一、總體方案概述本小車使

2、用一臺AT89S51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，并且用數(shù)碼管實(shí)時的顯示出來，在小車與障礙物的距離小于安全距離用軟件設(shè)定時，小車會發(fā)出“在距您車前方x數(shù)碼顯示的實(shí)時距離米的地方有一障礙物，請您注意避讓”的語音提示，并且拐彎，以避開障礙物，同時會點(diǎn)亮相應(yīng)側(cè)邊的發(fā)光二極管作為提示信號。在避開障礙物后，小車會沿直線前進(jìn)。本系統(tǒng)設(shè)計的簡易智能小車分為幾個模塊：單片機(jī)控制系統(tǒng)、超聲波路面檢測系統(tǒng)、前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎控制電機(jī)以及方向指示燈系統(tǒng)。它們之間的相互關(guān)系如下列圖1所示。圖 1：智能小車簡要原理框架圖、總體電路原理圖超聲波測距顯示與報警裝置- - - -出1 1T T亍TX

3、NMTMnu-J-XNMT-IofaXT三、各模塊功能介紹一、超聲波測距模塊首先利用單片機(jī)輸出一個40kHz的觸發(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)射時刻的同時單片機(jī)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)生一個回應(yīng)信號并通過ECHO腳反饋給單片機(jī)，此時單片機(jī)就立即停止計時。時序圖如圖1所示。由于超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,根據(jù)計時器記錄的時間t,就可以計算出發(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。10uS的TTL觸發(fā)信號循環(huán)發(fā)出

4、8個40KHz脈沖VS|HIB模塊內(nèi)部發(fā)出信號回響電平輸出與檢測距離成比例圖 1:超聲波模塊時序圖輸出回響信號二、步進(jìn)電機(jī)控制模塊此模塊是用來作為小車前進(jìn)的動力和控制小車的避障。步進(jìn)電機(jī)是通過脈沖來驅(qū)動的，其步距角和轉(zhuǎn)速只與輸入的脈沖頻率有關(guān)，頻率越快，其轉(zhuǎn)速越快，因此，只需要控制驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率來控制步進(jìn)電機(jī)的工作，而步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動脈沖可以通過單片機(jī)來輸出。但由于步進(jìn)電機(jī)工作時需要較大的工作電流，因此需要用步圖 4:步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊原理圖進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片來驅(qū)動，如圖4所示，我們用ULN2803芯片來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，并且用單片機(jī)的P0I/O口來給ULN2803芯片輸入不同頻率的脈沖，再通過U

5、LN2803來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。本小車使用的是兩個四相五線的步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動。我們知道，四相五線步進(jìn)電機(jī)共有五根線，其中紅色的接電源的正極， 剩下的四根分別接在了ULN2803芯片的四個輸出端， 其對應(yīng)的輸入端則接在了單片機(jī)的P1.0P1.3端口，要使電機(jī)工作，則只需讓四個I/O口依次輸出高電平。電機(jī)勵磁表如下所示：勵磁順序AABB11000201003001040001小車的前面兩個輪子分別用兩個步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動，當(dāng)兩個步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一樣的時候，車子將沿直線前進(jìn)，而兩個步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不一樣的時候，車子就會拐彎，例如，左邊的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速比右邊的快的話，車子將向右邊拐彎，只要控制好兩個步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比和

6、不同轉(zhuǎn)速的時間，就可以精確的控制小車的避障行為。三、單片機(jī)控制模塊此模塊是小車的最重要部分，它控制著超聲波測距模塊、數(shù)碼管顯示模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、語音提示模塊、速度自控模塊和信號提示模塊的工作。單片機(jī)通過計時器記錄超聲波發(fā)射和接受的時間差， 來計算出小車距離障礙物的距離，控制P1口的高低電平來控制數(shù)碼管顯示， 通過輸出不同頻率的脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)的工作，通過SPI協(xié)議與ISD1760語音芯片進(jìn)行通信， 來控制語音芯片的定點(diǎn)放音，實(shí)現(xiàn)語音提示功能。四、系統(tǒng)軟件設(shè)計本設(shè)計系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序、電機(jī)驅(qū)動子程序、中斷子程序、算法子程序構(gòu)成。主程序流程圖如圖2所示。其中：避障中斷服務(wù)子程

7、序完成對超聲波探測器產(chǎn)生的外部中斷進(jìn)行處理，如果超出預(yù)定的危險距離就左轉(zhuǎn)進(jìn)行避障。圖 6:單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 7:程序流程圖五、應(yīng)用前景本智能小車系統(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這樣的智能汽車的設(shè)計就能表達(dá)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， 汽車就會發(fā)出報警，提醒駕駛員注意，如果駕駛員沒有及時作出反應(yīng)，汽車就會自動減速或停靠于路邊。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，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，有許多很危險且人們無法涉足的地方，這時，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。六、參考文獻(xiàn)1郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程一一入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略.北京：電子工業(yè)出版社，20092宋戈，黃