超聲波避障小車(共19頁)

1、單片機(jī)課程設(shè)計設(shè)計(shj)報告設(shè)計(shj)課題： 超聲波避障小車(xioch) 專業(yè)班級： 電子信息工程121班 學(xué)生姓名： 范東耀 指導(dǎo)教師： 蔡崗 設(shè)計時間： 2015年7月8日 贛南師范學(xué)院科技學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科學(xué)系 超聲波避障小車一、設(shè)計任務(wù)(rn wu)與要求1.設(shè)計(shj)任務(wù):1、采用(ciyng)超聲波模塊實現(xiàn)小車自動避障功能。2、用LCD1602顯示當(dāng)前的障礙距離。2.擴(kuò)展部分： 測出當(dāng)前小車的行駛速度，并用LCD1602顯示當(dāng)前速度。二、方案設(shè)計與論證 1設(shè)計方案系統(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，驅(qū)動板則以L289N驅(qū)動芯片為核心，應(yīng)用超聲波模塊及

2、光電傳感器和LCD液晶模塊，成功的實現(xiàn)了小車的避障、測速和顯示功能這三大功能。在超聲波檢測到障礙物之后，主控芯片根據(jù)距離值控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，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未到達(dá)臨界轉(zhuǎn)彎方向值得時候，慢速前進(jìn)。在與障礙物距離較近時，小車轉(zhuǎn)彎，在與障礙物很近時，小車后退轉(zhuǎn)彎，來進(jìn)行避障。測速傳感器為光電測速傳感器，在單位時間內(nèi)計算脈沖的次數(shù)，然后再進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理即得到所測量的速度。通過軟件pwm進(jìn)行調(diào)速。通過LCD1602顯示障礙距離及當(dāng)前的小車行駛速度。2 原理框圖簡要原理框圖如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)原理框圖三、電路設(shè)計1 電路設(shè)計（1）超聲波測距模塊(m kui)：超

3、聲波測距的原理是首先利用單片機(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(shr)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)(gnj)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(jī)來算出距離。超聲波測距原理圖如圖2所示。圖2 超聲波測距原理（2）顯示模塊：系統(tǒng)采用L

4、CD1602顯示，它不僅節(jié)省了單片機(jī)的資源，相比較數(shù)碼管液晶顯示更加直觀、節(jié)能，同時可以直接顯示字母、數(shù)字、符號等，具有靈活易操作的特性。故采用LCD顯示。引腳功能(gngnng)說明：LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)的16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表1所示：表1 LCD1602引腳說明(shumng)編號符號引腳說明編號符號引腳說明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)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極（3）電機(jī)驅(qū)動模塊：本

5、系統(tǒng)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)動能力。L298N有過電流保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)卡死時，可以保護(hù)電路和電機(jī)等。 驅(qū)動電機(jī)的運行，I/O端口狀態(tài)與電機(jī)制動對照表，如下表2所示。表2 I/O端口狀態(tài)與電機(jī)制動對照表IN1IN2IN3IN4EN1EN2轉(zhuǎn)速101011正轉(zhuǎn)010111反轉(zhuǎn)111111停止000011停止XXXX00停止（4）光耦傳感器光耦傳感器原理是傳感器

6、開孔圓盤(yun pn)的轉(zhuǎn)軸與減速電機(jī)轉(zhuǎn)軸相連，光源的光通過開孔盤的孔和縫隙反射到光敏元件上，開孔盤旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)一周，光敏元件上照到光的次數(shù)等于盤上的開孔數(shù)，從而測出旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)速度。靈敏度較高，但容易受外界光源的影響。雖然光電傳感器受外界光源影響很大，但是它使用方便、安裝簡單，還有本設(shè)計要求的準(zhǔn)確度不是很高，因此就選擇了光耦測速傳感器。光耦測速傳感器的原理圖如圖3所示。圖3 光耦測速傳感器原理圖2 主要(zhyo)性能參數(shù)計算當(dāng)單片機(jī)的給一個20us的觸發(fā)信號給超聲波模塊時，TRIG由低電平轉(zhuǎn)換為高電平，TRIG=1，單片機(jī)開時計時，開啟中斷，并記錄時間為T1，接收換能器等待接收回波，ECHO持

7、續(xù)(chx)為高電平的時間為發(fā)射時間。換能器接收回波將超聲波轉(zhuǎn)換為電信號，送至單片機(jī)，記錄時間為T2。超聲波發(fā)射的時間為：T2-T1,C為聲速，計算發(fā)射距離為： L = (T2-T1)*C/2 。速度的計算是通過小車輪胎(lnti)的周長除以測碼盤轉(zhuǎn)過孔的個數(shù)，得出一個碼盤孔對應(yīng)的長度為1CM,通過定時器取1秒時間(shjin)，1秒轉(zhuǎn)過的碼盤孔個數(shù)就是速度。3程序(chngx)流程圖本設(shè)計系統(tǒng)軟件由主程序定時子程序、電機(jī)驅(qū)動子程序中斷子程序、顯示子程序算法子程序構(gòu)成。主程序流程圖如圖4所示。定時器計數(shù)器初始化測當(dāng)前速度驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)向計算障礙距離打開中斷允許液晶顯示初始化定時器計數(shù)器初始化開始啟

8、動超聲波模塊收到回波信號圖4主程序流程圖四、電路(dinl)制作及調(diào)試1 實物圖通過以上(yshng)步驟，制作出實物圖。正面圖如圖5所示，反面圖如圖6所示。圖5 實物圖正面(zhngmin)圖6 實物圖反面2 電路調(diào)試測試在小車的調(diào)試的過程中，碰到的最大的問題就是程序有時會跑飛，起初我覺得出現(xiàn)問題的原因是有以下三點，第一，程序的編寫過于繁雜，數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷太多，芯片處理不過來，第二，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，傳送出去未來得及經(jīng)過處理就已經(jīng)改變了值，導(dǎo)致芯片來不及處理而跑飛，第三，數(shù)據(jù)的類型沒有定義(dngy)好，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的值超過定義的類型的極限。經(jīng)過幾天的程序調(diào)試，我簡化了程序的編寫，在重要數(shù)據(jù)的

9、傳送過程中加入了延時函數(shù)，保證數(shù)據(jù)有充足的傳送時間，并把各種參數(shù)定義的類型檢查了幾遍，結(jié)果并沒有解決程序跑飛的問題。最后我發(fā)現(xiàn)問題出在電源上，由于小車負(fù)載較多，電源帶載能力有限，導(dǎo)致芯片受到干擾而跑飛，我將耗電能力較強(qiáng)的直流電機(jī)的電源斷開，電源只給芯片和其他模塊供電，程序能夠良好的運行。最后我通過在程序中加入“看門狗”的程序，判斷程序是否跑飛，若程序跑飛，將軟件復(fù)位(f wi)。能有效的解決程序跑飛的問題。在做測速模塊時，發(fā)現(xiàn)單片機(jī)的資源不夠用，單片機(jī)只有兩個定時器，我在做超聲波測距時已經(jīng)用了一個定時器的計數(shù)模式做測距，小車的PWM調(diào)速用了一個定時器。而做測速還需要兩個定時器，一個定時器做計數(shù)

10、，計碼盤轉(zhuǎn)的圈數(shù)，一個定時器定1秒的時間，從而可以算出當(dāng)前的小車速度。我通過(tnggu)學(xué)習(xí)，了解了定時器復(fù)用，可以從PWM中的1MS定時做處理，取出1S的時間，用外部中斷計碼盤的圈數(shù)，再通過數(shù)據(jù)處理，可以得出小車的速度。 3 元件清單元件清單如表3所示。表3 元件清單器件型號數(shù)量單價合計電阻10K 1M 1k各2個0.10.6電容0.1u 10u各1個0.30.6三極管90132個0.20.4超聲波模塊HC-SR041個3.83.8液晶顯示屏LCD16021個5.15.1電機(jī)驅(qū)動模塊L298N1個88測速傳感器光耦窄槽版2個3.63.6單片機(jī)89C521個3.63.6底盤輪胎電機(jī)1個28.

11、528.5合計1754.2元五 參考文獻(xiàn) 1潘永雄.沙河.電子線路CAD實用教程（第四版）M.西安電子科技大學(xué)出版社，2012.2高吉祥(jxing).電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗(shyn)與課程設(shè)計（第二版）M.電子工業(yè)出版社，2005. 3王港元(n yun).電子設(shè)計制作基礎(chǔ)M.江西科學(xué)技術(shù)出版社，2011. 4彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)M.高等教育出版社，2009.5陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)M.機(jī)械工業(yè)出版社，2012. 贛南師范學(xué)院科技(kj)學(xué)院2014-2015學(xué)年第二(d r)學(xué)期期末考試單片機(jī)課程設(shè)計成績(chngj)評定表專業(yè)： 電子信息工程 班級： 121班 學(xué)號： 1220

12、085110 姓名： 范東耀 課題名稱超聲波避障小車設(shè)計任務(wù)與要求1.設(shè)計任務(wù):1、采用超聲波模塊實現(xiàn)小車自動避障功能。2、用LCD1602顯示當(dāng)前的障礙距離。2.擴(kuò)展部分： 測出當(dāng)前小車的行駛速度，并用LCD1602顯示當(dāng)前速度。評分標(biāo)準(zhǔn)基本功能（50）焊接制作（10）程序設(shè)計（10）擴(kuò)展功能（20）個人發(fā)揮（10）總分（100）指導(dǎo)老師時間： 年 月 日#include #include #define uchar8 unsigned char#define uint16 unsigned int#define pwm_left 70 /設(shè)置(shzh)左右兩邊的PWM都為45sfr WD

13、T_CONTR = 0 xE1; /用sfr定義看門狗特殊(tsh)功能寄存器#define RX P3_1 /收#define TX P3_0 /發(fā)#define LCM_RW P2_5 /定義(dngy)LCD引腳#define LCM_RS P2_6#define LCM_E P2_7#define LCM_Data P0#define Busy 0 x80 /0124用于檢測LCM狀態(tài)字中的Busy標(biāo)識sbit tracking_right1 = P1 4; /右邊電機(jī)sbit tracking_right2 = P1 5;sbit tracking_left1 = P1 2;/左邊電

14、機(jī)sbit tracking_left2 = P1 3;sbit pwm2 = P1 7;uint16 count1=0,count2=0,F=0;uint16 tmp=0;void LCMInit(void);void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData);void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char code *DData);void Delay5Ms(void);void Delay400Ms(v

15、oid);void Decode(unsigned char ScanCode);void WriteDataLCM(unsigned char WDLCM);void WriteCommandLCM(unsigned char WCLCM,BuysC);unsigned char ReadDataLCM(void);unsigned char ReadStatusLCM(void);unsigned char code email =juli;unsigned char code ASCII20 =0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,.,-,M,m,/,s,S,=,V,c;unsigne

16、d char code A = sudu;static unsigned char DisNum = 0; /顯示用指針 unsigned int time=0; unsigned long S=0; bit flag =0; unsigned char disbuff4 = 0,0,0,0,; /超聲波距離值賦值進(jìn)來 unsigned char disbuffsudu4= 1,2,3,4,;/速度值賦值進(jìn)來void delayms(uint16 c)uint16 a,b;for(a=0;ac;a+)for(b=0;b113;b+);void turn_left() /左轉(zhuǎn)(zu zhun)函

17、數(shù)tracking_right1 = 1;tracking_right2 = 0;tracking_left1 = 0;tracking_left2 = 0;void big_left() /大左轉(zhuǎn)(zu zhun)函數(shù)tracking_right1 = 1;tracking_right2 = 0;tracking_left1 = 0;tracking_left2 = 1;void turn_right() /右轉(zhuǎn)函數(shù)(hnsh)tracking_right1 = 0;tracking_right2 = 0;tracking_left1 = 1;tracking_left2 = 0;void

18、go_straight() /直走函數(shù)tracking_right1 = 1;tracking_right2 = 0;tracking_left1 = 1;tracking_left2 = 0;void right_back()/右后退函數(shù)tracking_right1 = 0;tracking_right2 = 1;tracking_left1 = 0;tracking_left2 = 0;void left_back()/左后退函數(shù)tracking_right1 = 0;tracking_right2 = 0;tracking_left1 = 0;tracking_left2 = 1;vo

19、id tracking(S) /避障函數(shù)(hnsh) if(S15)&(S30) turn_right(); delayms(10); else go_straight();delayms(10);void Timer1Init(void) /pwmTMOD &= 0 x0F;/設(shè)置(shzh)定時器模式TMOD |= 0 x10;/設(shè)置(shzh)定時器模式TL1 = 0 x66;/設(shè)置定時初值TH1 = 0 xFC;/設(shè)置定時初值 ，定時1MSTF1 = 0;/清除TF0標(biāo)志TR1 = 1;/定時器0開始計時EA=1;/開總中斷 ET1=1;/開定時器1中斷void serve_T1()

20、interrupt 3 /pwm TL1 = 0 x66;/設(shè)置定時初值TH1 = 0 xFC;/設(shè)置定時初值count1+;if(+count2=(pwm_left) pwm2=1; else if(count20 x19) /若到達(dá)字串尾則退出if (X =900)|flag=1) /超出(choch)測量范圍顯示“-” flag=0; DisplayOneChar(9, 0, ASCII11); DisplayOneChar(10, 0, ASCII10);/顯示(xinsh)點 DisplayOneChar(11, 0, ASCII11); DisplayOneChar(12, 0,

21、ASCII11); DisplayOneChar(13, 0, ASCII12);/顯示M else disbuff0=S%1000/100;/先對1000取余，再對100取整 disbuff1=S%1000%100/10; disbuff2=S%1000%10%10; DisplayOneChar(9, 0, ASCIIdisbuff0); DisplayOneChar(10, 0, ASCII10);/顯示點 DisplayOneChar(11, 0, ASCIIdisbuff1); DisplayOneChar(12, 0, ASCIIdisbuff2); DisplayOneChar(13, 0, ASCII12);/顯示M void zd0() interrupt 1 /T0中斷用來計數(shù)器溢出,超過測距范圍 flag=1; /中斷溢出標(biāo)志 void StartModule() /啟動模塊 TX=1; /啟動一次模塊 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_()