【《基于单片机的智能小车避障系统的设计》13000字（论文）】.docx

基于单片机的智能小车避障系统的设计目录基于单片机的智能小车避障系统的设计1摘要11结论31.1选题背景及意义31.2国内外现状413当前存在问题52总体方案的设计62.1 设计要求62.2 方案论证62.3 总体设计72.4 功能说明83系统的硬件设计83.1 单片机的选型83.2 电源模块93.3 电机驱动模块103.4 超声波避障模块124系统软件设计134.1 软件设计思想131、模块的编写都非常容易,而且能够便捷的完成独立调试;144.2 模块程序设计说明144.3 主流程图154.4 超声波避障165系统调试165.1 硬件调试165.2 软件调试17总结17摘要当今世界,随着电动汽车电子工业的迅速进步发展,有关于电动汽车的科学研究也越来越多地受到社会人们的高度喜爱和广泛关注。不少发达国家从上世纪70年代就开始对无人驾驶电动汽车技术的研究,我国从直到上个世纪80年代中期开始才正式着手于进行无人驾驶电动汽车的相关研制和技术开发,虽然与国外国家相比还仍然存在一些发展距离,但目前也已经取得了一些阶段性研究成果。对于我国智能电动汽车这一概念的正确提出不仅给我国汽车产业发展带来很多机遇同时也也携带了很多挑战。汽车智能化迅速发展必将成为是我国汽车行业未来发展的一大重要趋势,于是我们展开了汽车智能微型小车的自动避障系统的研究。我国目前已经成长为世界上一个经济大国，而是在高新技术领域也做出了最大的突破，汽车产业在未来的发展过程中，智能化是必然的趋势，但是从实际的状况来看我国智能汽车在避障微型小车也可以从其中获得很多值得借鉴的经验,同时也能够为我国避障汽车自动化的发展过程中以及应用研究在国际领先地位发展的过程中发挥着重要的推动作用。作为一种驱动机构目前在不同类型的电机控制驱动系统中，直流电机驱动控制电机转速的方法得到了广泛应用，直流电机系统依靠直流驱动和电机转速的高精度控制来实现稳定工作是非常关键的一个环节。与此同时,调速控制系统的集成电路器件结构和技术有关调速理论的研究发展非常迅速。为了能够进一步提升智能小车系统在实际应用过程中的实现快速的响应，在本案的设计过程中主要利用了STC89C52单片机来作为智能小车系统的主控芯片，这种芯片在实际的控制过程中能够体现出工作效率高、系统占用空间小以及实时控制等众多优点，而且其实际的始终用足频率能够达到48mhz,用户要想运行该应用程序实际的空间宽度需求为8ko在这种情况下程序员的空间需求就能够得到充分满足。之外选择了1.298N驱动芯片来实现驱动模块的控制，基本上属于一种专业化的驱动芯片,在针对驱动输入源进行自动控制之后能够让其快速的实现小车的启动、转向以及停止等各类动作。为了能够最大程度节约成本,整个小车的主体构成部分，主要包括了两个电机和一个万向轮,而且电机采取的全部是直流驱动电机。在本案的设计过程中主要对我国智能汽车发展的重要意义和背景进行了详细阐述,并在此基础上对整个系统的整体构架进行了逐步设想,整个各个模块中的电路进行了详细设计,最后对该设计误题的小车设计电路过程实物进行了分析总结并最后附带智能小车的设计电路工作原理图、仿真图和本课题设计过程实物中的小车以及完整的小车避障程序。关键词：单片机；超声波；直流减速电机；避障小车.1结论1.1选题背景及意义自从首辆的微型智能报警小车正式出现以后,其技术发展就迅速地普遍地应用于刑事侦查、运输、自动化、监测和民用航空等各个领域。一方面不仅是因为汽车智能驾驶小车那日渐不断提高的汽车智能驾驶水平,而且正在迅速地发展使得着人们的日常生活工作形式正在发生巨大改变。人们从未真正停止过对自然的自我认知、探讨和自我改造,能够随时让人类帮助或者能代替进行人类日常劳动的智能机器人被创造生活出来的这是当今人类梦寐以求的一件事情。其次,在现代人的生活中汽车已经逐渐成为了一个不可或缺的部分，汽车行业的发展速度非常迅速，而且针对汽车行业开展相关研究也是快速发展。此外，在学校对于垃圾中智能小学的概念也非常熟悉，就是在设计技术的相关教育项目中，出现的频率相对比较高。作为大学生在日常电子控制项目的教学比赛和竞赛过程中也经常利用小车来作为课题设计，这样充分阐述说高校对电子技术的设计项目给予了高度重视。在本次论文设计过程中主要是基于上述的技术背景，在系统设计开发过程中设计出了一种可以轻松实现红外黑线，遥控璇矶、红外遥控躲避障碍、无限超声波躲避障碍等多种功能的红外智能控制小车。在人们的日常生活中，智能化方式的出现人们的生活习俗被极大的改变，智能化产品的出现不仅使人们的生活更加便利，而且也迎来了未来产业发展的大方向。对于人工智能而言,就是需要人们预先把所有必需的工作模式程序设定好并完成,在他们指定的工作环境里不用通过人为的重复操作和手动管理它们即可自动有序地开始运作。其具有十分广阔的应用领域,在当前的工业生产、技术探索等各个领域中都能够发现智能化的影子。而这种智能造型小车就是同属于目前智能汽车领域的一个创新产物它也就是可以作为分类应用到各种智能小车玩具系统中的一种,这种类型的智能化小车本身系统具有极强的可操作性，而且各个用户之间能够实现良好的互通,而且还可以能够根据一些人们自己提前已经设置好的操作模式自动地让它去进行运作,所以一直深受人们到广大用户的广泛喜爱。人类文明自从进入21世纪以来,汽车工业水平可以迅速发展，而是汽车品质也在实现不断的提升,再仔细观察人们对车辆驾驶的舒适度和安全性提出了更高的要求。各种新兴的先进驾驶技术,比如小型汽车自动无人驾驶、汽车自动智能轨道交通和小型车辆自动巡航驾驶技术等等都被广泛应用和深入研究,人类对于各种智能驾驶汽车不断地进行开发和深入研究着,这类先进技术也正逐渐成为目前全球智能汽车行业研究的热门技术领域。因此,智能化的电动智能小车的应用学术研究很非常的的有必要,它的快速产业发展对于未来或许将来社会仍然有着举足轻重的学术推动力和作用,所以应该说就在当一个智能化后的电动小车在当前仍然是具有着很重要的应用学术研究性和应用推广意义的这个时候同时,还同样仍然具备着广阔的发展前景和无法估量的巨大学术市场量和应用研究价值。在汽车高速行驶过程中通过自动避障控制技术能够实现加速转向紧急刹车和自动换挡,因此车上几乎无需再有驾驶员,乘车人员就可以随心所欲地进行谈话、读书、工作、娱乐,车内俨然成为一个非常充满艺术乐趣的休闲生活空间。所以即使没有驾照的中国人也一样可以免费拥有自己的摩托车。智能操控小车驾驶是一个集动态环境信息感知、动态驾驶决策与时间规划、行为运动控制与任务执行等多种实用功能于辅为一体的小车综合驾驶系统,在现代计算机技术和信息技术快速发展的形势下,针对小车行驶过程中的转向、启动以及停车场可以利用单片机清除的控制系统来实现自动化控制,无需任何人工外力干涉,操作管理人员甚至可以通过手动修改一辆智能驾驶小车的运动控制器和程序文件来随时改变它的各种行驶转向方式。1.2国内外现状在智能汽车的研究方面，国外已上市及其50年代已经开始了相关研究,最主要经历以下几个发展阶段:第一阶段:智能车辆研究起始于上世纪50年代。在造成的压制过程中重点是针对仓库运输自动化设备进行有效提升，而且这仅仅是在仓库物品运输等领域进行应用，在计算机技术和传感技术快速发展的形势下，智能车辆的研究也在实现不断进步。80年代后期国外的智能汽车研究进入了第2个阶段,发达国家在智能车辆的研究方面逐步取得了显著的成果,在1986年普罗米修斯已经在该领域开始了积极的探索，而该领域在美洲的研究主要是美国在1995年成立了一个国家自动高速公路系统的联盟，主要是为了探究智能车辆在实际中应用的可能性,在此基础上使得智能车辆技术开始逐步进入了实用化阶段。从亚洲的研究领域来看，在1996年日本成立了高速公路，县级银行糜助驾驶研究协会，专业协会研究的主要目的是对自动车辆导航进行研究，重点是为车辆行驶提供一种导航解决方案，这也在当前日本智能车辆的发展起到了极大推动作用。进入90年代中后期之后智能汽车研究进入了第3个阶段，在这一阶段智能电动车辆技术的研究开始体现出了规模化、系统化的特征。其中来自于美国卡内基-梅陇大学的机器人研究所研制出了一个NaVlab系列的自主车典型项目，改项目在当时取得了极大的成就。智能车辆目前已经进入了第三个发展阶段，在这一阶段形成的大量成果是目前国外智能化车辆发展的主要方向。与国外想比较，目前国内的智能车辆研究仍然处在落后阶段，由于研究起步较晚，知道上世纪80年代才开始了针对单个项目的研究。从苞体技术层面上虽然处于落后地位，但是至今为止也形成了大量成果，目前主要成果有以下一些：我国的一汽集团公司与国防科技大学联合后共同研制出了我国首辆自主驾驶汽车。改车辆能够在高速公路上实现正常驾驶，最该稳定速度达到了12kmh,最高峰值形势速度达到了170kmh,而且还能实现超车，在核心性能以及质量方面已经实现技术先进。上海交通大学推出了一种自动安全驾驶专用汽车模型,该汽车模型在应用汽车制动系统的空气动力学系统建模的理论基础之上,成功研发出了一种自动安全驾驶控制系统,可以充分结在挛道位置处产生的弯曲程度来实现对车辆转向盘角度的精确计算，并以此为基础来让车辆按照既定的道路实现正常行驶。我国的吉林大学成功设计出了一基于CCD识别的地面铺设条状导航智能车辆，其主要控制系统中主要包括了车辆的图像识别、转向、行驶以及其余的辅助功能。当前这种车辆能够严格按照直线、弧线、S型线等各种轨迹来实现自动行驶，实际行驶车速速度能够达到20kmho清华大学在接受来自于国家科工委以及862计划的赞助之后，与国家重点实验室研制出了一种THMR系列的移动机器人。这种机器人能够同时实现在普通公路以及高速公路上的行驶，在校园的非结构化道路试验中能实现自动避障行驶。智能化交通系统ITS是其关键技术所在。当前,国内针对ITS技术已经有很多高校与科研机构之间开展了大量的研究工作，在ITS快速发展的形势下，我国也在该领域逐步构建起了专业化的团队。同时也将ITS技术在各个交通以及汽车行业中不断加大研发投入。1.3当前存在问题智能驾驶小车系统可集周围环境自动智能感知、自动完成动态智能决策、自动控制行为等多种主要功能于车身一体。在计算机信息技术、传感技术以及人工智能技术的快速发展形势下，在汽车工业的发展过程中智能化小车必须要体现出对周边环境的感知，同时要综合任务规划来实现综合决策。从小车系统的各方面设计方面上看,小车必须配备有温度传感器、自动计算机以及精准驱动控制系统。本次的论文研究中重点是利用了单片机的来设计出了一种小车的控制系统，该小车具备了便携性和体积小等一些特征。但是受限于本人自身学术水平的限制，在论文的设计的过程中成功实现了智能小车安全避障的设计。系统设计采用微型单片微电机为移动控制技术核心,利用微型自制车辆小车或电动玩具控制小车即可进行车辆小车的移动模拟,采用微型超声波移动避障检测模块即可进行小车障碍物的移动检测。同时单片机的作用实现了对声音信号的发射和接收，以此为基础来对障碍物的位置进行判断。结合小车障碍物的检测结果来利用单片机的控制作用实现电机的正反转,控制一个可正反驱动转向的电机驱动来实现对小车转向、启动等的控制动作,来可以实现有效避开小车障碍物,为了大大降低了生产成本,小车电机是自己加工组装的。软件部分的设计主要采取的是大学学习的C语言。2总体方案的设计2.1 设计要求(1)小车行驶的过程中需要利用一次超声波对障碍物进行检测，实现了小车超声波智能检测。(2)如果实际遇到的障碍物处于15Cm范围内的情况下,让小车向左转向90度。随后启动超声波模块进行检测，若检测到小车行驶方向前方存在障碍无且小于安全距离，小车则再次转向。若无障碍物存在则小车向前方继续行驶。2.2 方案论证方案一：以STC89C52单片机作为主控芯片,采用一种模块化的软件设计方案运用超声波传感器自动检测车前路况,实现一辆小车在行驶中自动躲避周围障碍物的控制功能。并将小车前进运行过程中到的遇障物等检测数据传至电动单片机系统进行实时处理,然后由电动单片化微机系统根据所超声波模块反馈的信息对小车进行控制。方案二:针对小车的控制系统可以充分利用多种数字化电路元件实现构建。以此来针对轨迹电路信号进行探测，避障电信号可以分别进行合理处理。但对一个输入或者输出都需要是数字模拟量的小电子装置,如果需要采用这种数字化解决方案,则还需要考虑先用或或A/D函数转换器来实现一个数字模拟量与输入模拟量之间的快速转换。这样必然就会带来高设计成本、电路复杂等诸多缺点。因此,采用数字元件来设计组成小车的控制系统的灵活性低，不利于小车的功能扩展。同时,对各种多路射频信号处理也比较困难。针对上述的问题以及解决方案进行详细对比后从整体层面对方案中存在缺点进行了优化，使得整体方案设计体现出了灵活性、可靠性以及强大的可扩展性，能快速度地达到期望的性能要求,因此本文的整体设计方案主要采用方案一的方式应用来对其加以设计实现。2.3 总体设计智能避障小车是以STC89C52芯片作为主控芯片设计的,本系统设计方案采用四节1.5v的锂电池为小车电机驱动提供一个驱动电压。从当前市场中选择了比较成熟的小车超声波发射和接收控制模块,通过带有单片机驱动控制器的超声波发射模块驱动去针对小车目前行驶所在道路上的车辆障碍物位置进行射频检测,然后单片机通过射频处理模块反馈的射频信息,判断车辆障碍物的所在距离,进而通过发出避障指令启动控制器并驱动转向模块,控制一辆小车是否实现快速转向,达到快速避障的主要目的。制作该系列产品时所用到的各类元器件都主要是以前专业学习或生产实训中用户遇到过的各类元器件,对这些元器件基本性能及实际使用操作方法需要有一定的知识了解,可以快速熟悉实际运用,而且有效率地节省了产品硬件制造成本,又而且能快速实现产品预定生产目标。该机的设计还具有很大的实用价值。系统软件整体功能框图设计如图如下图2.1所示：图2.1系统整体框图2.4 功能说明本系统设计中的主控电机芯片设计采用51芯片,负责检测传感器的工作状态,并向主控电机动作驱动控制模块前端发出电机动作控制指令。电源模块主要采用四节1.5v电池模组进行直流供电。避障模块采用购买的超声波发射和接收的成品，应用该模块后针对小车行驶前方位置上出现的路况信息可以实现实时监测,并将之前检测到的信息通过反馈发送给主控单片机,单片机经过信号处理根据反馈接收回来的检测信息,同时利用电路避障模块发出一个有针对性的避障指令，在此基础上就能实现小车的的避障控制，进而实现了车辆的避障目的。3系统的硬件设计3.1 单片机的选型单片机的软件设计是一种信号集成电路专用芯片,其基本设计方法采用超大频率功能和小规模的高频数字信号集成电路进行设计,在该技术的应用过程中配备了具有强大功能的中央处理器，同时还配备了RAM、RoM以及多个类别的I/O接口,上述几种元器件都实现了在一个多晶硅片上的集成,最终构成了一个小而功能完善的数字计算机处理系统,另外还可以会涉及到A/D信号转换等控制电路，模拟以及脉宽调制驱动电路等。在一个利用单片机的硬件应用管理系统中的软硬件集成电路的结构设计主要包含两部分主要内容:一部分内容是应用系统功能扩展,也就是充分借助单片机主机来实现内部扩展单元的控制，另外一个部分则在主要是系统的硬件配置,也就是按照系统设计的具体要求以及运行原理来实现外围设备的配置。3.1.1 ST89C52RC单片机在本文的设计过程中主要选择的单片机是STC89C52oSTC89C52在实际应用汇由体现出了功耗低、性能强等一些优势，且其内部配置了CMoS8为8K字节的微控制器。其中一个特点是在一颗芯片上同时执行拥有8位cpu,并且在整个芯片系统中在进行二次可编程时有flash。stc89c52单片机可为硬件设计提供多种解决方案，并且可为众多不同类型以及嵌入式的远程网络控制管理系统及其应用程序提供统一系统高灵活、超有效的应用硬件设计解决方法设计方案。stc89c52在实际应用过程中主要使用的接口模式有以下一些:其flash配置的是8k字节的,ram配置的是512字节,1/0接口为32位,同时将一个4K字节的rom配置在了定时器内部。另外，当系统处于空闲状态的时候，CPU会处在停止状态，其余元器件则可以实现正常运行。当其出现掉电状况的情况下，各项数据会自动在RAM中进行保存，此时振荡器处于停止状态，单片机其余部分仍然能够实现正常运行，并等待下一个复位或者中断出现。下图3.1所表示的是STC89C52与AT89S52之间的实物对比。3.1.2 接口和中断接口和中断系统内部主要包括了各个单元数据总线、地址总线以及控制总线等几个部分。其中9号复位信号主要接收的是始终信号，时钟系统处于正常运行状态下时期复位端口的24个时钟周期都出在了高电平状态，此时系统会立即产生初始复位动作。其复位操作方式一般为手动复位操作，VCC引脚在断电期间可连接上备用电源，以便于保证单片机内部RAM存储的数据不会丢失。31脚外部程序写入存储器的内外部程序选择接通线,内置了具有8kb的外部程序写入存储器。所以针对该电路设计31脚目的应该是连接一个高电平。51单片机芯片内置最高时钟频率范围达12mhz的脉冲时钟控制电路,用于自动产生整个驱动单片机正常运行的一个脉冲分钟时序8、19脚就是连接脉冲电容和一个晶振控制电路。单片机40脚可以接vcc,可以直接提供直流电源,20脚可以接地。3.2 电源模块在小车系统中电源模块也属于不可或缺的一个部分,其不仅需要将电源提供给控制系统,更是在系统的基本技术指标和抗干扰控制性能等等方面也都起到了举足轻重的关键作用本机主要采用4节1.5v锂电池组,锂电池组的输出电流电压驱动控制能力比较强。电池的电压能够达到6v,利用7805稳压器进行处理后电池的电压能够达到5vt此时就可以面向单片机提供电压。3.3 电机驱动模块3.3.1 电机模块选取与分析第一种解决方案:为了满足整个避障小车系统的驱动模块的设计需求,选择一个步进式的电机模块实现。这种电机系统有一个最大优点,它的每一次高速转动都已经可以同时产生不同的转动角度,而这个产生角度的值是完全可以计算出来,并且可以计算出的值十分准确。驱动机在实际利用过程中也会产生非常明显的去电，电机处于正常运行的工况的情况下，反向旋转的加速度也会越来越快，这样就会导致其传动力矩出现大幅下滑，同时运动规律也会呈现出大幅下滑的趋势。因此智能避障小车的部分行驶速度就可能会因此受到一定限制,不利于智能避障小车的部分运行功能的有效实现。解决方案二:充分结合系统电机模块的设计要求最终选择了直流减速电机。改电机在实际应用中体现出了质量轻、体积小的优势，不会占用大量空间，具有较强的适用性。相较于上述结构方案，直流电机在运行过程中会产生较大的传动力矩。这种电机只要用一个电机驱动芯片来进行控制,从而达到驱动电机正向停止旋转或是反向停止旋转或是直接停止电机运行的动作。对比上述两解决方案的各种优劣势程度最终直接决定了选择第二种解决方案中的电机进行驱动。3.3.2 电机驱动芯片选取与分析解决方案一：经过详细对比和之后最终选择了驱动继电器板块来针对小车的电机驱动以及模块控制需求给予充分满足。对于该新型的驱动电机来说其最大的特征就是具备了非常简单的工作电路,有效避免其他驱动电机驱动器在实际应用过程中出现的电路复杂情况。但是该驱动器在运营过程中也会体现出一些缺陷,由于其主要使用的是齿轮驱动模式因此寿命会受到一定的影响,也非常容易出现损坏现象,而且其本身所体现出的电力响应实际持续时间相对较缓,因此在可靠性方面也会受到一定影响。第二种解决方案:对于整个电动小车系统的各种电机电路驱动控制模块的应用需求,选择采用1.298N作为电机系统驱动模块的芯片。在实际利用过程中双桥驱动集成芯片体现出了极强的负荷,而且其驱动的电流和电压值都相对较大，在驱动芯片内部由于使用的是16角的双桥封装模式，因此该集成电路整体上呈现出H型双桥驱动模式。此外，该芯片本身具有众多的优点。在驱动电压的作用下电机开始运行时，其最高的电压值能够达到36伏，而且电流的最大值也能够达到两安培，在最大稳定电流一安培的情况下能够实现连续运行。能够被用来直接驱动直流电动机和交流继电器驱动线圈等各种感性驱动负载,由于其中所输入的终端元件能够直接与驱动单片机接口相连,所以它们可以很方便地直接受到驱动单片机的自动控制。直流电机在被驱动之后可以同时针对两路直流电机进行驱动，同时也能够针对两个电机进行驱动和实现正反转,在针对电机的输入端逻辑值以及电压数值进行详细设计之后就能够实现上述的各种功能。对上述分析进行综合之后最终确定针对本次电机驱动机选择了1.298N芯片。3.3.3 电机驱动芯片1.289N该片进入输出驱动电流最大可达2A,可同时驱动多个电感开关负载。在本次的系统设计过程中针对直流电机主要选择了1.289N芯片来做为主控芯片，这种芯片可以同时针对两个直流电机进行同步驱动。对于直流电机来说其主要组成部分分为转子和定子。当电机处在正常运行情况下时处于静止状态的部分就将其称为是定子,直定子的主要运动保护部分作用之一也就是为了防止电机产生直流高压磁场,其主要的组成部分包括了机座、端盖、主磁极、轴承等几个主要部分。证据在运行的过程中处于转动状态下的部分被称为是传动转子,其主要的作用是通过转动来产生较大的电磁转矩和感应电动势,是直流机用电机驱动进行直流能量传动转换的主要枢纽,通常又被简称为直流电机中枢,由转轴、电机中枢驱动铁架轴心、电机中枢驱动绕轴机组、换向器等部分组成。比较常见的产品是15脚的1.289N芯片,内部设计包含4通道输入逻辑器和驱动控制电路。可以同时针对两个直流电机或者是两个两相或三相直流电机进行同时驱动，也可以单独使用来针对一个4项直流电机进行驱动，其实际输出的驱动电压值最大能够达到50v。输出电压可以通过电源电路来进行直接调节，利用单片机所配置的I/O端口就可以直接提供输出信号后来实现操作，整个操作过程非常简便。1.289N芯片作为一种电机驱动芯片在实际利用过程中可以同时针对直流电动机以及步进直流电动机进行驱动。其控制性好通常情况下是以标准的逻辑电平进行输出，与一个单片机的电源管脚进行直接连接之后能够体现出两个使能控制端,输入信号在不影响的情况下使能端其他器件不允许直接进行工作。1.289N内部本身配置了一个逻辑电源的输入端,因此其内部逻辑电路部分始终处在低电压运行状态下。3.3.5 驱动芯片1.289N能够针对标准的ttl逻辑电平输出信号vss进行接受，该逻辑电平信号可以与4.5-7V电压进去就直接连接。与此同时4脚VS可以与电源电压进行直接连接，VS在实际运行过程中其工作电压处在了VIH为+2546V0其实际的输出电流能够达到2A,因此能够针对电感性负载进行直接驱动。而且在该芯片中所配置的1脚和15脚下的发射级完全可以单独演出这样就可以让电流采样电阻直接接入，并最终形成电流传感信号。1.298在实际利用过程中可以针对两个电动机进行同时驱动，与电动机之间主要是通过OUTl,OUT2和OUT3,OUT4直接进行连接。控制减肥主要是通过5,7,10,12脚来接入,在此方式下就能够针对电机的正反转进行控制。3.4 超声波避障模块3.4.1 超声波模块的选取分析第一种直接解决问题方案:对于整个智能避障小车系统来说采用自动漫射避障光电控制，选择自动漫射或者全反射式的的自动光电开关灯就可以轻松实现。此套问题解决办法方案的一个最大的的优点就是它在实际操作上十分简单,这种无线反射发光模块的一条光线就可以只向前反射并发出一束光,光线径直的向后反射到光向前一旦一条光线向前遇到一条没有任何障碍物的方向光线进行阻拦后,立即光就自然会自动向前反射并发出光线收回来,此时的无线信号接收器和控制电路就已经无法能够及时检测得知并且系统是否正常运行难以及时判断。如果被其他光线直接阻挡的话对被回收的和连接发射到来的所有光线就给一个个小的低电平,没有任何其他反应的情况下就给一个高电平然后停止工作。但是在针对这些问题进行解决的过程中仍然会存在实际测的距离相对较近的这一缺陷。第二种快速解决问题方案:对于整个智能避障小车系统的自动避障控制系统模块的实际应用很有需求,选择一个好的超声波自动避障控制传感器后就可以轻松实现。可以充分利用超声波传感发射器来实现超声波的发射，当其在传输过程中遇到障碍物就会即刻反射回来，超声波的反射速度和传输速度非常快，而且能够保持路径平直。在针对各类B档的设计过程中超声波的应用非常广泛。在本文的设计过程中针对超声波探测器在设计过程中主要选择的是HaSRO4模块。因为在本次系统设计过程中的智能小车实际运行环境并不复杂,因此只需要对障碍物进行检测之后实现有效避障即可,对于上述两个方案进行比较之后结合本次系统设计需求最终选择了设计方案2。3.4.2 超声波避障原理本系统设计中在实现超声避障探测功能时所选取的元件是小型超声波传感器。将超声波模块固定在小车的最前方,在小车行驶过程中启动超声波传感器检测小车前进方向上有无障碍物，然后反馈会单片机，经单片机处理后对小车的驱动模块进行控制，从而达到小车的自动避障。3.4.3 超声波模块工作原理本系统软件设计过程需要同时采用的超声波模块主要是一个hc-srO4超声波射频信号发射探测器,该超声波传感器带有高电平的方波发出信号（如果峰值频率大于10千赫兹）,hcsr04模块就会释放出一个八个方波（约40千赫兹）,而且它还需要同时检测这个模块设置是否这个方波信号已经无法返回或达到原来完全值而不能并且是自动的。一旦这个控制模块这边又一个接收端得到了一个直接返回的高频声波输出信号,就很有可能会自动开始让I/O端开始输出一个新的声波高电平,高电平上的时间表示维持了一个周期多长的声波工作持续时间,就这样可以直接表明一个新的超声波从它的一端开始发出到一个接收端返回来一共大概可能是多少秒的工作时间。测试这个实际距离时我们还有一个新的计算公式就是说它声速等于这就是在一个高电平之下可以持续维持的时间很长一段时间后再用来乘以它的实际声速,因为这本身就是一个声速往返的方式测试这个距离,所以我们还要使用整数除以2。4系统软件设计4.1 软件设计思想本系统设计方案属于单片机控制系统的设计,除了具有相应的控制系统外，还具有硬件方面的设计和有关的软件方面的设计,对于智能避障小车的功能实现进行程序编写的测试。因此,在设计过程中软件设计也必须占有重要的地位。在进行软件设计时采用对单个功能模块进行程序的编写,每一段代码都对应其模块的功能的实现。模块程序设计法有如下的一些优点：1、模块的编写都非常容易,而且能够便捷的完成独立调试；2、在单独使用的过程中各个模块都能够实现自身的功能,互相之间不会产生任何影响或者是存在功能的冲突；3、各个程序代码在变现之后可以实现便利调用,而且现有程序也可以实现随时利用。4.2 模块程序设计说明本设计主要运用的是C语言进行编写程序,因为运用C语言编程是我平时所学的编程专业的一门课程,并且在平时的编程实验中多次尝试使用该编程语言软件进行应用程序的测试编写,因此设计采用该编程语言进行编程相对容易一些。在整个程序设计中我采用了两个计数器溢出中断,其中一个是TO计数器溢出中断,是一种用来精确计算一个障碍物的进入距离,如果一个障碍物的进入距离已经超出规定测距值的范围,利用该溢出中断器来设置距离标志位。另外一个涉及到的是Tl计数器的溢出中断,充分利用这种溢出中断就可以针对超声波信号发射的时间间隔进行有效设置,也就表示可以实现对于障碍物检测时间间隔的相应设置，在此情况下就能够针对路面状况进行及时判断,并根据判断结果实现小车行驶方向的及时改变,在此情况下就能够让小车自动避开前方障碍物。4.3主流程图初始化定时器中断启动超声波测距否转向继续前进图4.1主流程图如上图所示，在程序设计中，为了充分便于调试，方便找到程序可能出现的问题所在,程序编写采用在主函数中调用各个子函数的形式。超声波测距程序在一次启动之后，可以充分结合超声波检测的信息反馈来进行实时处理,在此基础上就能够对于小车运行方向上是障碍物的存在情况进行及时判断，当小车在运行过程中与障碍物之间的距离小于安全距离值的情况下，就可以利用单片机自动发出控制质量，同时通过控制电路就能够实现小车行驶方向的及时调整。当小车行驶方向上不存在障碍物的情况下，主程序就会按照特定的时间间隔来启动超声波测距程序，保障小车按照原有的路线进行行驶。经过上述的循环之后就能够让小车实现自动检测和避障的设计要求。4.4超声波避障4.4.1 超声波时序图IoUS的TT1.模块内部发出瞒值坏融8个40KBH回响电平的出与他疑苗成比例皱出回响依号图4.2超声波时序图以上的整个工作过程时序表如图所示。这表明,只要手动提供一个IoUS以上的直流电压脉冲检测信号,该直流脉冲检测模块内部将通过一个循环不断地激发出8个40khz的脉冲电压电流水平并同时自动检测一个脉冲回波。如果在检测过程中接收到了回波信号则必须要及时的将回想信号输出。对于回响信号来说其脉冲宽度与实际测距之间呈现出正比例关系。在此基础上就能够充分结合超声波的发射和接收时间间隔来对车距离进行详细计算。5系统调试5.1 硬件调试针对硬件调试的过程中重点是针对整个系统内部设置的不同模块涉及的各类硬件进行调试，通过调试之后就能够确定各模块中所配置的硬件是否能够满足本次系统设计的要求。调试的操作过程主要包括首先检查内部硬件电路实物逻辑电路的总线连接与硬件逻辑电路图连接是否一致正确无误,用万用电电表进行检测硬件电路内部是否可能存在器件短路、断路的异常情况,器件的各种规格信号属性和器件极性设置是否正确存在重大错误。检测完电路中的元件后，排查电源两端的情况,避免发生短路等现象。5.1.1 元件的组装在每个元件在没有被直接焊上去之前,首先都应该需要用万用表对它进行一次检测,它们中的元件其实是不是都已经完全可以正常的的进行开关工作,有些焊的时候也很可能这些元件其实是并没有轻微受到损坏的。其中J298n内部元件焊接芯片在内部元件焊接时就非常需要特别注意,由于所有该芯片焊接中的元件内部有15个脚,且15个引脚分别会在芯片管脚内和外部分别形成两排相互形成交错,给1.289n芯片的内部元件焊接操作过程中会造成一定的技术难度。由于面板采用了1298n管脚顺序排列的这种特殊性,给我的布图操作带来一定的难度，自己由于布图操作水平有限的缘故也始终未能将其面板布成单独的一个面板,有些遗憾。该电子焊接机的芯片价格昂贵,焊接时一定还需要特别注意其各连接管脚的安全焊接及其连线一定必须安全要正确。5.2 软件调试针对软件的调试过程是一个非常重要的关键点,在实际调试过程中通常情况下可以采取一种分布式模块来实时调试,首先需要调试一个超声波中的避障部分模块,就是需要控制每个超声波的实际发射距离,并要准确计算和找出每个障碍物的发射距离,起初我们的知识按照了超声波避障工作区间时序的地图形式进行理解编写,后来通过努力翻阅国外有关文献资料,在避障程序设计时使用计数器溢出中断,经过反复的软件调试,最终达到程序能够控制小车进行自动避障。其次开始调试驱动模块，该模块是该课题的核心，将驱动程序烧写入小车中，观察小车的驱动情况，例如小车的前进、转向、停止等的情况，经过不断的调试，使得小车的驱动满足设计的要求。然后对小车的超声波避障模块进行调试，先将简单的单左转超声波避障程序烧写进小车中，观察小车的行程路线，以及小车在遇到障碍物时的转向情况，得到合适的小车行进现象。总结本次的论文设计主要是利用单片机来构建起一种小车避障控制系统,整个设计过程遇到了很多难以克服的困难。一个就是系统复杂电路的元件实物焊接以及复杂系统电路元件能否正常进行工作的元件检测,这非常需要考验我的实物焊接技术和复杂电路元件检测员的能力等。二是系统软件的程序的编写以及修改。本次设计的智能避障小车要实现其自主避障的功能,开始时要先编写电机的驱动程序以便于确保电机的正常工作。其次时简单避障程序的编写,要确保小车整体可以进行自主避障,从而进行单个左转避障程序的编写。最后是完整的超声波避障程序的编写与修改。每一次调试都要对程序代码进行修改,而且程序代码是直接影响小车功能。所以在设计过程中程序的编写问题难度非常大,每一段程序代码都要经过反复的斟酌修改。本次系统设计操作过程中主控系统的各个主控芯片设计采用的是stc89c52单片机,结构设计构造简单,操作使用方便,功能设计实现全面,并且在系统设计过程中系统采用了按模块化的设计方式,模块化系统设计大大提高了主控系统软件整体的可移植性,使得系统总体的主控系统软件设计方案比较合理。针对模块进行设计的过程中,对各类方案的可行性进行选择也是一个重难点所在,因为不同的系统设计方案的选择往往对应了不同的的系统模块的设计性能要求变化,要选取最适合、最优化的设计方案是非常重要的一个环节,所以我选择设计方案是非常慎重,因此我通过大量的材料分析对比,对于不同种方案在其各项功能的实现上进行分析对比,进而选取了我认为最优的设计方案。此外,我在系统的调试上遇到了不同的困难,对于整个设计系统的调试我们要分步进行。软件方面程序代码的调试,在软件对于代码的调试只需要不断修改错误代码,使代码最终烧入小车中能够实现预期功能。但是对于系统硬件的调试就非常困难,我们需要对每一个零件进行检测,以及电路之间连接的完整,从而使得小车能够实现预期设计时的功能。本次毕业设计不论是从设计方案的选择到最后的成品,都是从理论到实践,它可以充分利用所获得的专业知识来解决具体问题,这不仅能加强己经学到的知识,而且还能学到很多在书中没有学到的知识。对于本人来说,本次毕业设计不仅仅是一个毕业项目而且也是实现自身学习能力和解决实际问题能力有所提升的一个过程。在我今后的生活和学习过程中该类技能也能够发挥出巨大的作用。