【基于單片機(jī)的智能小車(chē)避障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13000字（論文）】

基于單片機(jī)的智能小車(chē)避障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u3141基于單片機(jī)的智能小車(chē)避障系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19855摘要 149801緒論 373201.1選題背景及意義 3185111.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 426071.3當(dāng)前存在問(wèn)題 5261622總體方案的設(shè)計(jì) 6233472.1設(shè)計(jì)要求 6223442.2方案論證 6120802.3總體設(shè)計(jì) 7273162.4功能說(shuō)明 8141753系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 8145693.1單片機(jī)的選型 836133.2電源模塊 940223.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 1069753.4超聲波避障模塊 12194164系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 13296594.1軟件設(shè)計(jì)思想 13297211、模塊的編寫(xiě)都非常容易,而且能夠便捷的完成獨(dú)立調(diào)試; 14229074.2模塊程序設(shè)計(jì)說(shuō)明 14189974.3主流程圖 15235144.4超聲波避障 16266575系統(tǒng)調(diào)試 16311315.1硬件調(diào)試 16298075.2軟件調(diào)試 1716279總結(jié) 17摘要當(dāng)今世界,隨著電動(dòng)汽車(chē)電子工業(yè)的迅速進(jìn)步發(fā)展,有關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)的科學(xué)研究也越來(lái)越多地受到社會(huì)人們的高度喜愛(ài)和廣泛關(guān)注。不少發(fā)達(dá)國(guó)家從上世紀(jì)70年代就開(kāi)始對(duì)無(wú)人駕駛電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的研究,我國(guó)從直到上個(gè)世紀(jì)80年代中期開(kāi)始才正式著手于進(jìn)行無(wú)人駕駛電動(dòng)汽車(chē)的相關(guān)研制和技術(shù)開(kāi)發(fā),雖然與國(guó)外國(guó)家相比還仍然存在一些發(fā)展距離,但目前也已經(jīng)取得了一些階段性研究成果。對(duì)于我國(guó)智能電動(dòng)汽車(chē)這一概念的正確提出不僅給我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)很多機(jī)遇同時(shí)也也攜帶了很多挑戰(zhàn)。汽車(chē)智能化迅速發(fā)展必將成為是我國(guó)汽車(chē)行業(yè)未來(lái)發(fā)展的一大重要趨勢(shì),于是我們展開(kāi)了汽車(chē)智能微型小車(chē)的自動(dòng)避障系統(tǒng)的研究。我國(guó)目前已經(jīng)成長(zhǎng)為世界上一個(gè)經(jīng)濟(jì)大國(guó)，而是在高新技術(shù)領(lǐng)域也做出了最大的突破，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，智能化是必然的趨勢(shì)，但是從實(shí)際的狀況來(lái)看我國(guó)智能汽車(chē)在避障微型小車(chē)也可以從其中獲得很多值得借鑒的經(jīng)驗(yàn),同時(shí)也能夠?yàn)槲覈?guó)避障汽車(chē)自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程中以及應(yīng)用研究在國(guó)際領(lǐng)先地位發(fā)展的過(guò)程中發(fā)揮著重要的推動(dòng)作用。作為一種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)目前在不同類(lèi)型的電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法得到了廣泛應(yīng)用，直流電機(jī)系統(tǒng)依靠直流驅(qū)動(dòng)和電機(jī)轉(zhuǎn)速的高精度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。與此同時(shí),調(diào)速控制系統(tǒng)的集成電路器件結(jié)構(gòu)和技術(shù)有關(guān)調(diào)速理論的研究發(fā)展非常迅速。為了能夠進(jìn)一步提升智能小車(chē)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的實(shí)現(xiàn)快速的響應(yīng)，在本案的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要利用了單片機(jī)來(lái)作為智能小車(chē)系統(tǒng)的主控芯片，這種芯片在實(shí)際的控制過(guò)程中能夠體現(xiàn)出工作效率高、系統(tǒng)占用空間小以及實(shí)時(shí)控制等眾多優(yōu)點(diǎn)，而且其實(shí)際的始終用足頻率能夠達(dá)到48mhz,用戶(hù)要想運(yùn)行該應(yīng)用程序?qū)嶋H的空間寬度需求為8k。在這種情況下程序員的空間需求就能夠得到充分滿足。之外選擇了L298N驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)模塊的控制，基本上屬于一種專(zhuān)業(yè)化的驅(qū)動(dòng)芯片,在針對(duì)驅(qū)動(dòng)輸入源進(jìn)行自動(dòng)控制之后能夠讓其快速的實(shí)現(xiàn)小車(chē)的啟動(dòng)、轉(zhuǎn)向以及停止等各類(lèi)動(dòng)作。為了能夠最大程度節(jié)約成本,整個(gè)小車(chē)的主體構(gòu)成部分，主要包括了兩個(gè)電機(jī)和一個(gè)萬(wàn)向輪,而且電機(jī)采取的全部是直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在本案的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要對(duì)我國(guó)智能汽車(chē)發(fā)展的重要意義和背景進(jìn)行了詳細(xì)闡述,并在此基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的整體構(gòu)架進(jìn)行了逐步設(shè)想,整個(gè)各個(gè)模塊中的電路進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì),最后對(duì)該設(shè)計(jì)誤題的小車(chē)設(shè)計(jì)電路過(guò)程實(shí)物進(jìn)行了分析總結(jié)并最后附帶智能小車(chē)的設(shè)計(jì)電路工作原理圖、仿真圖和本課題設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)物中的小車(chē)以及完整的小車(chē)避障程序。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；超聲波；直流減速電機(jī)；避障小車(chē).1緒論選題背景及意義自從首輛的微型智能報(bào)警小車(chē)正式出現(xiàn)以后,其技術(shù)發(fā)展就迅速地普遍地應(yīng)用于刑事偵查、運(yùn)輸、自動(dòng)化、監(jiān)測(cè)和民用航空等各個(gè)領(lǐng)域。一方面不僅是因?yàn)槠?chē)智能駕駛小車(chē)那日漸不斷提高的汽車(chē)智能駕駛水平,而且正在迅速地發(fā)展使得著人們的日常生活工作形式正在發(fā)生巨大改變。人們從未真正停止過(guò)對(duì)自然的自我認(rèn)知、探討和自我改造,能夠隨時(shí)讓人類(lèi)幫助或者能代替進(jìn)行人類(lèi)日常勞動(dòng)的智能機(jī)器人被創(chuàng)造生活出來(lái)的這是當(dāng)今人類(lèi)夢(mèng)寐以求的一件事情。其次,在現(xiàn)代人的生活中汽車(chē)已經(jīng)逐漸成為了一個(gè)不可或缺的部分，汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展速度非常迅速，而且針對(duì)汽車(chē)行業(yè)開(kāi)展相關(guān)研究也是快速發(fā)展。此外，在學(xué)校對(duì)于垃圾中智能小學(xué)的概念也非常熟悉，就是在設(shè)計(jì)技術(shù)的相關(guān)教育項(xiàng)目中，出現(xiàn)的頻率相對(duì)比較高。作為大學(xué)生在日常電子控制項(xiàng)目的教學(xué)比賽和競(jìng)賽過(guò)程中也經(jīng)常利用小車(chē)來(lái)作為課題設(shè)計(jì)，這樣充分闡述說(shuō)高校對(duì)電子技術(shù)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目給予了高度重視。在本次論文設(shè)計(jì)過(guò)程中主要是基于上述的技術(shù)背景，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中設(shè)計(jì)出了一種可以輕松實(shí)現(xiàn)紅外黑線，遙控璇璣、紅外遙控躲避障礙、無(wú)限超聲波躲避障礙等多種功能的紅外智能控制小車(chē)。在人們的日常生活中，智能化方式的出現(xiàn)人們的生活習(xí)俗被極大的改變，智能化產(chǎn)品的出現(xiàn)不僅使人們的生活更加便利，而且也迎來(lái)了未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大方向。對(duì)于人工智能而言,就是需要人們預(yù)先把所有必需的工作模式程序設(shè)定好并完成,在他們指定的工作環(huán)境里不用通過(guò)人為的重復(fù)操作和手動(dòng)管理它們即可自動(dòng)有序地開(kāi)始運(yùn)作。其具有十分廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域,在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)、技術(shù)探索等各個(gè)領(lǐng)域中都能夠發(fā)現(xiàn)智能化的影子。而這種智能造型小車(chē)就是同屬于目前智能汽車(chē)領(lǐng)域的一個(gè)創(chuàng)新產(chǎn)物它也就是可以作為分類(lèi)應(yīng)用到各種智能小車(chē)玩具系統(tǒng)中的一種,這種類(lèi)型的智能化小車(chē)本身系統(tǒng)具有極強(qiáng)的可操作性，而且各個(gè)用戶(hù)之間能夠?qū)崿F(xiàn)良好的互通,而且還可以能夠根據(jù)一些人們自己提前已經(jīng)設(shè)置好的操作模式自動(dòng)地讓它去進(jìn)行運(yùn)作,所以一直深受人們到廣大用戶(hù)的廣泛喜愛(ài)。人類(lèi)文明自從進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),汽車(chē)工業(yè)水平可以迅速發(fā)展，而是汽車(chē)品質(zhì)也在實(shí)現(xiàn)不斷的提升,再仔細(xì)觀察人們對(duì)車(chē)輛駕駛的舒適度和安全性提出了更高的要求。各種新興的先進(jìn)駕駛技術(shù),比如小型汽車(chē)自動(dòng)無(wú)人駕駛、汽車(chē)自動(dòng)智能軌道交通和小型車(chē)輛自動(dòng)巡航駕駛技術(shù)等等都被廣泛應(yīng)用和深入研究,人類(lèi)對(duì)于各種智能駕駛汽車(chē)不斷地進(jìn)行開(kāi)發(fā)和深入研究著,這類(lèi)先進(jìn)技術(shù)也正逐漸成為目前全球智能汽車(chē)行業(yè)研究的熱門(mén)技術(shù)領(lǐng)域。因此,智能化的電動(dòng)智能小車(chē)的應(yīng)用學(xué)術(shù)研究很非常的的有必要,它的快速產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)于未來(lái)或許將來(lái)社會(huì)仍然有著舉足輕重的學(xué)術(shù)推動(dòng)力和作用,所以應(yīng)該說(shuō)就在當(dāng)一個(gè)智能化后的電動(dòng)小車(chē)在當(dāng)前仍然是具有著很重要的應(yīng)用學(xué)術(shù)研究性和應(yīng)用推廣意義的這個(gè)時(shí)候同時(shí),還同樣仍然具備著廣闊的發(fā)展前景和無(wú)法估量的巨大學(xué)術(shù)市場(chǎng)量和應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。在汽車(chē)高速行駛過(guò)程中通過(guò)自動(dòng)避障控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)加速轉(zhuǎn)向緊急剎車(chē)和自動(dòng)換擋,因此車(chē)上幾乎無(wú)需再有駕駛員,乘車(chē)人員就可以隨心所欲地進(jìn)行談話、讀書(shū)、工作、娛樂(lè),車(chē)內(nèi)儼然成為一個(gè)非常充滿藝術(shù)樂(lè)趣的休閑生活空間。所以即使沒(méi)有駕照的中國(guó)人也一樣可以免費(fèi)擁有自己的摩托車(chē)。智能操控小車(chē)駕駛是一個(gè)集動(dòng)態(tài)環(huán)境信息感知、動(dòng)態(tài)駕駛決策與時(shí)間規(guī)劃、行為運(yùn)動(dòng)控制與任務(wù)執(zhí)行等多種實(shí)用功能于輔為一體的小車(chē)綜合駕駛系統(tǒng),在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)快速發(fā)展的形勢(shì)下,針對(duì)小車(chē)行駛過(guò)程中的轉(zhuǎn)向、啟動(dòng)以及停車(chē)場(chǎng)可以利用單片機(jī)清除的控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,無(wú)需任何人工外力干涉,操作管理人員甚至可以通過(guò)手動(dòng)修改一輛智能駕駛小車(chē)的運(yùn)動(dòng)控制器和程序文件來(lái)隨時(shí)改變它的各種行駛轉(zhuǎn)向方式。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀在智能汽車(chē)的研究方面，國(guó)外已上市及其50年代已經(jīng)開(kāi)始了相關(guān)研究,最主要經(jīng)歷以下幾個(gè)發(fā)展階段:第一階段:智能車(chē)輛研究起始于上世紀(jì)50年代。在造成的壓制過(guò)程中重點(diǎn)是針對(duì)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行有效提升，而且這僅僅是在倉(cāng)庫(kù)物品運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，在計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感技術(shù)快速發(fā)展的形勢(shì)下，智能車(chē)輛的研究也在實(shí)現(xiàn)不斷進(jìn)步。80年代后期國(guó)外的智能汽車(chē)研究進(jìn)入了第2個(gè)階段,發(fā)達(dá)國(guó)家在智能車(chē)輛的研究方面逐步取得了顯著的成果,在1986年普羅米修斯已經(jīng)在該領(lǐng)域開(kāi)始了積極的探索，而該領(lǐng)域在美洲的研究主要是美國(guó)在1995年成立了一個(gè)國(guó)家自動(dòng)高速公路系統(tǒng)的聯(lián)盟，主要是為了探究智能車(chē)輛在實(shí)際中應(yīng)用的可能性,在此基礎(chǔ)上使得智能車(chē)輛技術(shù)開(kāi)始逐步進(jìn)入了實(shí)用化階段。從亞洲的研究領(lǐng)域來(lái)看，在1996年日本成立了高速公路，縣級(jí)銀行/輔助駕駛研究協(xié)會(huì)，專(zhuān)業(yè)協(xié)會(huì)研究的主要目的是對(duì)自動(dòng)車(chē)輛導(dǎo)航進(jìn)行研究，重點(diǎn)是為車(chē)輛行駛提供一種導(dǎo)航解決方案，這也在當(dāng)前日本智能車(chē)輛的發(fā)展起到了極大推動(dòng)作用。進(jìn)入90年代中后期之后智能汽車(chē)研究進(jìn)入了第3個(gè)階段，在這一階段智能電動(dòng)車(chē)輛技術(shù)的研究開(kāi)始體現(xiàn)出了規(guī)?；?、系統(tǒng)化的特征。其中來(lái)自于美國(guó)卡內(nèi)基-梅隴大學(xué)的機(jī)器人研究所研制出了一個(gè)Navlab系列的自主車(chē)典型項(xiàng)目，改項(xiàng)目在當(dāng)時(shí)取得了極大的成就。智能車(chē)輛目前已經(jīng)進(jìn)入了第三個(gè)發(fā)展階段，在這一階段形成的大量成果是目前國(guó)外智能化車(chē)輛發(fā)展的主要方向。與國(guó)外想比較，目前國(guó)內(nèi)的智能車(chē)輛研究仍然處在落后階段，由于研究起步較晚，知道上世紀(jì)80年代才開(kāi)始了針對(duì)單個(gè)項(xiàng)目的研究。從總體技術(shù)層面上雖然處于落后地位，但是至今為止也形成了大量成果，目前主要成果有以下一些：我國(guó)的一汽集團(tuán)公司與國(guó)防科技大學(xué)聯(lián)合后共同研制出了我國(guó)首輛自主駕駛汽車(chē)。改車(chē)輛能夠在高速公路上實(shí)現(xiàn)正常駕駛，最該穩(wěn)定速度達(dá)到了12km/h,最高峰值形勢(shì)速度達(dá)到了170km/h,而且還能實(shí)現(xiàn)超車(chē)，在核心性能以及質(zhì)量方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)先進(jìn)。上海交通大學(xué)推出了一種自動(dòng)安全駕駛專(zhuān)用汽車(chē)模型,該汽車(chē)模型在應(yīng)用汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)建模的理論基礎(chǔ)之上,成功研發(fā)出了一種自動(dòng)安全駕駛控制系統(tǒng)，可以充分結(jié)在彎道位置處產(chǎn)生的彎曲程度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛轉(zhuǎn)向盤(pán)角度的精確計(jì)算，并以此為基礎(chǔ)來(lái)讓車(chē)輛按照既定的道路實(shí)現(xiàn)正常行駛。我國(guó)的吉林大學(xué)成功設(shè)計(jì)出了一基于CCD識(shí)別的地面鋪設(shè)條狀導(dǎo)航智能車(chē)輛，其主要控制系統(tǒng)中主要包括了車(chē)輛的圖像識(shí)別、轉(zhuǎn)向、行駛以及其余的輔助功能。當(dāng)前這種車(chē)輛能夠嚴(yán)格按照直線、弧線、S型線等各種軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行駛，實(shí)際行駛車(chē)速速度能夠達(dá)到20km/h。清華大學(xué)在接受來(lái)自于國(guó)家科工委以及862計(jì)劃的贊助之后，與國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制出了一種THMR系列的移動(dòng)機(jī)器人。這種機(jī)器人能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)在普通公路以及高速公路上的行駛，在校園的非結(jié)構(gòu)化道路試驗(yàn)中能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障行駛。智能化交通系統(tǒng)ITS是其關(guān)鍵技術(shù)所在。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)針對(duì)ITS技術(shù)已經(jīng)有很多高校與科研機(jī)構(gòu)之間開(kāi)展了大量的研究工作，在ITS快速發(fā)展的形勢(shì)下，我國(guó)也在該領(lǐng)域逐步構(gòu)建起了專(zhuān)業(yè)化的團(tuán)隊(duì)。同時(shí)也將ITS技術(shù)在各個(gè)交通以及汽車(chē)行業(yè)中不斷加大研發(fā)投入。1.3當(dāng)前存在問(wèn)題智能駕駛小車(chē)系統(tǒng)可集周?chē)h(huán)境自動(dòng)智能感知、自動(dòng)完成動(dòng)態(tài)智能決策、自動(dòng)控制行為等多種主要功能于車(chē)身一體。在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、傳感技術(shù)以及人工智能技術(shù)的快速發(fā)展形勢(shì)下，在汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展過(guò)程中智能化小車(chē)必須要體現(xiàn)出對(duì)周邊環(huán)境的感知，同時(shí)要綜合任務(wù)規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合決策。從小車(chē)系統(tǒng)的各方面設(shè)計(jì)方面上看,小車(chē)必須配備有溫度傳感器、自動(dòng)計(jì)算機(jī)以及精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。本次的論文研究中重點(diǎn)是利用了單片機(jī)的來(lái)設(shè)計(jì)出了一種小車(chē)的控制系統(tǒng)，該小車(chē)具備了便攜性和體積小等一些特征。但是受限于本人自身學(xué)術(shù)水平的限制，在論文的設(shè)計(jì)的過(guò)程中成功實(shí)現(xiàn)了智能小車(chē)安全避障的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用微型單片微電機(jī)為移動(dòng)控制技術(shù)核心,利用微型自制車(chē)輛小車(chē)或電動(dòng)玩具控制小車(chē)即可進(jìn)行車(chē)輛小車(chē)的移動(dòng)模擬,采用微型超聲波移動(dòng)避障檢測(cè)模塊即可進(jìn)行小車(chē)障礙物的移動(dòng)檢測(cè)。同時(shí)單片機(jī)的作用實(shí)現(xiàn)了對(duì)聲音信號(hào)的發(fā)射和接收，以此為基礎(chǔ)來(lái)對(duì)障礙物的位置進(jìn)行判斷。結(jié)合小車(chē)障礙物的檢測(cè)結(jié)果來(lái)利用單片機(jī)的控制作用實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制一個(gè)可正反驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)轉(zhuǎn)向、啟動(dòng)等的控制動(dòng)作,來(lái)可以實(shí)現(xiàn)有效避開(kāi)小車(chē)障礙物,為了大大降低了生產(chǎn)成本,小車(chē)電機(jī)是自己加工組裝的。軟件部分的設(shè)計(jì)主要采取的是大學(xué)學(xué)習(xí)的C語(yǔ)言。2總體方案的設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求(1)小車(chē)行駛的過(guò)程中需要利用一次超聲波對(duì)障礙物進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了小車(chē)超聲波智能檢測(cè)。(2)如果實(shí)際遇到的障礙物處于15cm范圍內(nèi)的情況下,讓小車(chē)向左轉(zhuǎn)向90度。隨后啟動(dòng)超聲波模塊進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)到小車(chē)行駛方向前方存在障礙無(wú)且小于安全距離，小車(chē)則再次轉(zhuǎn)向。若無(wú)障礙物存在則小車(chē)向前方繼續(xù)行駛。2.2方案論證方案一:以STC89C52單片機(jī)作為主控芯片,采用一種模塊化的軟件設(shè)計(jì)方案運(yùn)用超聲波傳感器自動(dòng)檢測(cè)車(chē)前路況,實(shí)現(xiàn)一輛小車(chē)在行駛中自動(dòng)躲避周?chē)系K物的控制功能。并將小車(chē)前進(jìn)運(yùn)行過(guò)程中到的遇障物等檢測(cè)數(shù)據(jù)傳至電動(dòng)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,然后由電動(dòng)單片化微機(jī)系統(tǒng)根據(jù)所超聲波模塊反饋的信息對(duì)小車(chē)進(jìn)行控制。方案二:針對(duì)小車(chē)的控制系統(tǒng)可以充分利用多種數(shù)字化電路元件實(shí)現(xiàn)構(gòu)建。以此來(lái)針對(duì)軌跡電路信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，避障電信號(hào)可以分別進(jìn)行合理處理。但對(duì)一個(gè)輸入或者輸出都需要是數(shù)字模擬量的小電子裝置,如果需要采用這種數(shù)字化解決方案,則還需要考慮先用或或A/D函數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字模擬量與輸入模擬量之間的快速轉(zhuǎn)換。這樣必然就會(huì)帶來(lái)高設(shè)計(jì)成本、電路復(fù)雜等諸多缺點(diǎn)。因此,采用數(shù)字元件來(lái)設(shè)計(jì)組成小車(chē)的控制系統(tǒng)的靈活性低，不利于小車(chē)的功能擴(kuò)展。同時(shí),對(duì)各種多路射頻信號(hào)處理也比較困難。針對(duì)上述的問(wèn)題以及解決方案進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比后從整體層面對(duì)方案中存在缺點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化，使得整體方案設(shè)計(jì)體現(xiàn)出了靈活性、可靠性以及強(qiáng)大的可擴(kuò)展性，能快速度地達(dá)到期望的性能要求,因此本文的整體設(shè)計(jì)方案主要采用方案一的方式應(yīng)用來(lái)對(duì)其加以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。2.3總體設(shè)計(jì)智能避障小車(chē)是以STC89C52芯片作為主控芯片設(shè)計(jì)的,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用四節(jié)1.5v的鋰電池為小車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓。從當(dāng)前市場(chǎng)中選擇了比較成熟的小車(chē)超聲波發(fā)射和接收控制模塊，通過(guò)帶有單片機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的超聲波發(fā)射模塊驅(qū)動(dòng)去針對(duì)小車(chē)目前行駛所在道路上的車(chē)輛障礙物位置進(jìn)行射頻檢測(cè),然后單片機(jī)通過(guò)射頻處理模塊反饋的射頻信息,判斷車(chē)輛障礙物的所在距離,進(jìn)而通過(guò)發(fā)出避障指令啟動(dòng)控制器并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊,控制一輛小車(chē)是否實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)向,達(dá)到快速避障的主要目的。制作該系列產(chǎn)品時(shí)所用到的各類(lèi)元器件都主要是以前專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)或生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)中用戶(hù)遇到過(guò)的各類(lèi)元器件,對(duì)這些元器件基本性能及實(shí)際使用操作方法需要有一定的知識(shí)了解,可以快速熟悉實(shí)際運(yùn)用,而且有效率地節(jié)省了產(chǎn)品硬件制造成本,又而且能快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品預(yù)定生產(chǎn)目標(biāo)。該機(jī)的設(shè)計(jì)還具有很大的實(shí)用價(jià)值。系統(tǒng)軟件整體功能框圖設(shè)計(jì)如圖如下圖2.1所示:圖2.1系統(tǒng)整體框圖2.4功能說(shuō)明本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主控電機(jī)芯片設(shè)計(jì)采用51芯片,負(fù)責(zé)檢測(cè)傳感器的工作狀態(tài),并向主控電機(jī)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)控制模塊前端發(fā)出電機(jī)動(dòng)作控制指令。電源模塊主要采用四節(jié)1.5v電池模組進(jìn)行直流供電。避障模塊采用購(gòu)買(mǎi)的超聲波發(fā)射和接收的成品，應(yīng)用該模塊后針對(duì)小車(chē)行駛前方位置上出現(xiàn)的路況信息可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并將之前檢測(cè)到的信息通過(guò)反饋發(fā)送給主控單片機(jī),單片機(jī)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理根據(jù)反饋接收回來(lái)的檢測(cè)信息,同時(shí)利用電路避障模塊發(fā)出一個(gè)有針對(duì)性的避障指令，在此基礎(chǔ)上就能實(shí)現(xiàn)小車(chē)的的避障控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的避障目的。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)的選型單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)是一種信號(hào)集成電路專(zhuān)用芯片,其基本設(shè)計(jì)方法采用超大頻率功能和小規(guī)模的高頻數(shù)字信號(hào)集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì),在該技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中配備了具有強(qiáng)大功能的中央處理器，同時(shí)還配備了RAM、ROM以及多個(gè)類(lèi)別的I/O接口，上述幾種元器件都實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)多晶硅片上的集成，最終構(gòu)成了一個(gè)小而功能完善的數(shù)字計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，另外還可以會(huì)涉及到A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換等控制電路，模擬以及脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路等。在一個(gè)利用單片機(jī)的硬件應(yīng)用管理系統(tǒng)中的軟硬件集成電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包含兩部分主要內(nèi)容:一部分內(nèi)容是應(yīng)用系統(tǒng)功能擴(kuò)展,也就是充分借助單片機(jī)主機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部擴(kuò)展單元的控制，另外一個(gè)部分則在主要是系統(tǒng)的硬件配置，也就是按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求以及運(yùn)行原理來(lái)實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備的配置。3.1.1ST89C52RC單片機(jī)在本文的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要選擇的單片機(jī)是。在實(shí)際應(yīng)用匯總體現(xiàn)出了功耗低、性能強(qiáng)等一些優(yōu)勢(shì)，且其內(nèi)部配置了CMOS8為8K字節(jié)的微控制器。其中一個(gè)特點(diǎn)是在一顆芯片上同時(shí)執(zhí)行擁有8位cpu,并且在整個(gè)芯片系統(tǒng)中在進(jìn)行二次可編程時(shí)有flash。stc89c52單片機(jī)可為硬件設(shè)計(jì)提供多種解決方案，并且可為眾多不同類(lèi)型以及嵌入式的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)及其應(yīng)用程序提供統(tǒng)一系統(tǒng)高靈活、超有效的應(yīng)用硬件設(shè)計(jì)解決方法設(shè)計(jì)方案。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中主要使用的接口模式有以下一些:其flash配置的是8k字節(jié)的,ram配置的是512字節(jié),I/O接口為32位,同時(shí)將一個(gè)4K字節(jié)的rom配置在了定時(shí)器內(nèi)部。另外，當(dāng)系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)的時(shí)候，cpu會(huì)處在停止?fàn)顟B(tài)，其余元器件則可以實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。當(dāng)其出現(xiàn)掉電狀況的情況下，各項(xiàng)數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)在RAM中進(jìn)行保存，此時(shí)振蕩器處于停止?fàn)顟B(tài)，單片機(jī)其余部分仍然能夠?qū)崿F(xiàn)正常運(yùn)行，并等待下一個(gè)復(fù)位或者中斷出現(xiàn)。下圖3.1所表示的是與AT89S52之間的實(shí)物對(duì)比。3.1.2接口和中斷接口和中斷系統(tǒng)內(nèi)部主要包括了各個(gè)單元數(shù)據(jù)總線、地址總線以及控制總線等幾個(gè)部分。其中9號(hào)復(fù)位信號(hào)主要接收的是始終信號(hào)，時(shí)鐘系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)期復(fù)位端口的24個(gè)時(shí)鐘周期都出在了高電平狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)立即產(chǎn)生初始復(fù)位動(dòng)作。其復(fù)位操作方式一般為手動(dòng)復(fù)位操作，VCC引腳在斷電期間可連接上備用電源，以便于保證單片機(jī)內(nèi)部RAM存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。31腳外部程序?qū)懭氪鎯?chǔ)器的內(nèi)外部程序選擇接通線,內(nèi)置了具有8kb的外部程序?qū)懭氪鎯?chǔ)器。所以針對(duì)該電路設(shè)計(jì)31腳目的應(yīng)該是連接一個(gè)高電平。51單片機(jī)芯片內(nèi)置最高時(shí)鐘頻率范圍達(dá)12mhz的脈沖時(shí)鐘控制電路,用于自動(dòng)產(chǎn)生整個(gè)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)正常運(yùn)行的一個(gè)脈沖分鐘時(shí)序,18、19腳就是連接脈沖電容和一個(gè)晶振控制電路。單片機(jī)40腳可以接vcc,可以直接提供直流電源,20腳可以接地。3.2電源模塊在小車(chē)系統(tǒng)中電源模塊也屬于不可或缺的一個(gè)部分，其不僅需要將電源提供給控制系統(tǒng)，更是在系統(tǒng)的基本技術(shù)指標(biāo)和抗干擾控制性能等等方面也都起到了舉足輕重的關(guān)鍵作用本機(jī)主要采用4節(jié)1.5v鋰電池組,鋰電池組的輸出電流電壓驅(qū)動(dòng)控制能力比較強(qiáng)。電池的電壓能夠達(dá)到6v,利用7805穩(wěn)壓器進(jìn)行處理后電池的電壓能夠達(dá)到5v，此時(shí)就可以面向單片機(jī)提供電壓。3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3.3.1電機(jī)模塊選取與分析第一種解決方案:為了滿足整個(gè)避障小車(chē)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)需求,選擇一個(gè)步進(jìn)式的電機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)。這種電機(jī)系統(tǒng)有一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn),它的每一次高速轉(zhuǎn)動(dòng)都已經(jīng)可以同時(shí)產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)動(dòng)角度,而這個(gè)產(chǎn)生角度的值是完全可以計(jì)算出來(lái),并且可以計(jì)算出的值十分準(zhǔn)確。驅(qū)動(dòng)機(jī)在實(shí)際利用過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生非常明顯的去電，電機(jī)處于正常運(yùn)行的工況的情況下，反向旋轉(zhuǎn)的加速度也會(huì)越來(lái)越快，這樣就會(huì)導(dǎo)致其傳動(dòng)力矩出現(xiàn)大幅下滑，同時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律也會(huì)呈現(xiàn)出大幅下滑的趨勢(shì)。因此智能避障小車(chē)的部分行駛速度就可能會(huì)因此受到一定限制,不利于智能避障小車(chē)的部分運(yùn)行功能的有效實(shí)現(xiàn)。解決方案二:充分結(jié)合系統(tǒng)電機(jī)模塊的設(shè)計(jì)要求最終選擇了直流減速電機(jī)。改電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)出了質(zhì)量輕、體積小的優(yōu)勢(shì)，不會(huì)占用大量空間，具有較強(qiáng)的適用性。相較于上述結(jié)構(gòu)方案，直流電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的傳動(dòng)力矩。這種電機(jī)只要用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)進(jìn)行控制,從而達(dá)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向停止旋轉(zhuǎn)或是反向停止旋轉(zhuǎn)或是直接停止電機(jī)運(yùn)行的動(dòng)作。對(duì)比上述兩解決方案的各種優(yōu)劣勢(shì)程度最終直接決定了選擇第二種解決方案中的電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。3.3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選取與分析解決方案一:經(jīng)過(guò)詳細(xì)對(duì)比和之后最終選擇了驅(qū)動(dòng)繼電器板塊來(lái)針對(duì)小車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及模塊控制需求給予充分滿足。對(duì)于該新型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)說(shuō)其最大的特征就是具備了非常簡(jiǎn)單的工作電路,有效避免其他驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的電路復(fù)雜情況。但是該驅(qū)動(dòng)器在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中也會(huì)體現(xiàn)出一些缺陷,由于其主要使用的是齒輪驅(qū)動(dòng)模式因此壽命會(huì)受到一定的影響,也非常容易出現(xiàn)損壞現(xiàn)象,而且其本身所體現(xiàn)出的電力響應(yīng)實(shí)際持續(xù)時(shí)間相對(duì)較緩,因此在可靠性方面也會(huì)受到一定影響。第二種解決方案:對(duì)于整個(gè)電動(dòng)小車(chē)系統(tǒng)的各種電機(jī)電路驅(qū)動(dòng)控制模塊的應(yīng)用需求,選擇采用L298N作為電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模塊的芯片。在實(shí)際利用過(guò)程中雙橋驅(qū)動(dòng)集成芯片體現(xiàn)出了極強(qiáng)的負(fù)荷,而且其驅(qū)動(dòng)的電流和電壓值都相對(duì)較大，在驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部由于使用的是16角的雙橋封裝模式，因此該集成電路整體上呈現(xiàn)出H型雙橋驅(qū)動(dòng)模式。此外，該芯片本身具有眾多的優(yōu)點(diǎn)。在驅(qū)動(dòng)電壓的作用下電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，其最高的電壓值能夠達(dá)到36伏，而且電流的最大值也能夠達(dá)到兩安培，在最大穩(wěn)定電流一安培的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。能夠被用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和交流繼電器驅(qū)動(dòng)線圈等各種感性驅(qū)動(dòng)負(fù)載,由于其中所輸入的終端元件能夠直接與驅(qū)動(dòng)單片機(jī)接口相連,所以它們可以很方便地直接受到驅(qū)動(dòng)單片機(jī)的自動(dòng)控制。直流電機(jī)在被驅(qū)動(dòng)之后可以同時(shí)針對(duì)兩路直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)也能夠針對(duì)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，在針對(duì)電機(jī)的輸入端邏輯值以及電壓數(shù)值進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)之后就能夠?qū)崿F(xiàn)上述的各種功能。對(duì)上述分析進(jìn)行綜合之后最終確定針對(duì)本次電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)選擇了L298N芯片。3.3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L289N該片進(jìn)入輸出驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)2A,可同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)電感開(kāi)關(guān)負(fù)載。在本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)直流電機(jī)主要選擇了L289N芯片來(lái)做為主控芯片，這種芯片可以同時(shí)針對(duì)兩個(gè)直流電機(jī)進(jìn)行同步驅(qū)動(dòng)。對(duì)于直流電機(jī)來(lái)說(shuō)其主要組成部分分為轉(zhuǎn)子和定子。當(dāng)電機(jī)處在正常運(yùn)行情況下時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)的部分就將其稱(chēng)為是定子，直定子的主要運(yùn)動(dòng)保護(hù)部分作用之一也就是為了防止電機(jī)產(chǎn)生直流高壓磁場(chǎng),其主要的組成部分包括了機(jī)座、端蓋、主磁極、軸承等幾個(gè)主要部分。證據(jù)在運(yùn)行的過(guò)程中處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下的部分被稱(chēng)為是傳動(dòng)轉(zhuǎn)子，其主要的作用是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),是直流機(jī)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行直流能量傳動(dòng)轉(zhuǎn)換的主要樞紐,通常又被簡(jiǎn)稱(chēng)為直流電機(jī)中樞,由轉(zhuǎn)軸、電機(jī)中樞驅(qū)動(dòng)鐵架軸心、電機(jī)中樞驅(qū)動(dòng)繞軸機(jī)組、換向器等部分組成。比較常見(jiàn)的產(chǎn)品是15腳的L289N芯片,內(nèi)部設(shè)計(jì)包含4通道輸入邏輯器和驅(qū)動(dòng)控制電路?？梢酝瑫r(shí)針對(duì)兩個(gè)直流電機(jī)或者是兩個(gè)兩相或三相直流電機(jī)進(jìn)行同時(shí)驅(qū)動(dòng)，也可以單獨(dú)使用來(lái)針對(duì)一個(gè)4項(xiàng)直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其實(shí)際輸出的驅(qū)動(dòng)電壓值最大能夠達(dá)到50v。輸出電壓可以通過(guò)電源電路來(lái)進(jìn)行直接調(diào)節(jié)，利用單片機(jī)所配置的I/O端口就可以直接提供輸出信號(hào)后來(lái)實(shí)現(xiàn)操作，整個(gè)操作過(guò)程非常簡(jiǎn)便。L289N芯片作為一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片在實(shí)際利用過(guò)程中可以同時(shí)針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)以及步進(jìn)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。其控制性好通常情況下是以標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平進(jìn)行輸出，與一個(gè)單片機(jī)的電源管腳進(jìn)行直接連接之后能夠體現(xiàn)出兩個(gè)使能控制端,輸入信號(hào)在不影響的情況下使能端其他器件不允許直接進(jìn)行工作。L289N內(nèi)部本身配置了一個(gè)邏輯電源的輸入端,因此其內(nèi)部邏輯電路部分始終處在低電壓運(yùn)行狀態(tài)下。3.3.5驅(qū)動(dòng)芯片L289N能夠針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的ttl邏輯電平輸出信號(hào)vss進(jìn)行接受，該邏輯電平信號(hào)可以與4．5～7V電壓進(jìn)去就直接連接。與此同時(shí)4腳VS可以與電源電壓進(jìn)行直接連接，VS在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中其工作電壓處在了VIH為＋2.5~46V。其實(shí)際的輸出電流能夠達(dá)到2A，因此能夠針對(duì)電感性負(fù)載進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)。而且在該芯片中所配置的1腳和15腳下的發(fā)射級(jí)完全可以單獨(dú)演出這樣就可以讓電流采樣電阻直接接入，并最終形成電流傳感信號(hào)。L298在實(shí)際利用過(guò)程中可以針對(duì)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行同時(shí)驅(qū)動(dòng)，與電動(dòng)機(jī)之間主要是通過(guò)OUT1，OUT2和OUT3，OUT4直接進(jìn)行連接?？刂茰p肥主要是通過(guò)5，7，10，12腳來(lái)接入，在此方式下就能夠針對(duì)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。3.4超聲波避障模塊3.4.1超聲波模塊的選取分析第一種直接解決問(wèn)題方案:對(duì)于整個(gè)智能避障小車(chē)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)采用自動(dòng)漫射避障光電控制,選擇自動(dòng)漫射或者全反射式的的自動(dòng)光電開(kāi)關(guān)燈就可以輕松實(shí)現(xiàn)。此套問(wèn)題解決辦法方案的一個(gè)最大的的優(yōu)點(diǎn)就是它在實(shí)際操作上十分簡(jiǎn)單,這種無(wú)線反射發(fā)光模塊的一條光線就可以只向前反射并發(fā)出一束光,光線徑直的向后反射到光向前一旦一條光線向前遇到一條沒(méi)有任何障礙物的方向光線進(jìn)行阻攔后,立即光就自然會(huì)自動(dòng)向前反射并發(fā)出光線收回來(lái),此時(shí)的無(wú)線信號(hào)接收器和控制電路就已經(jīng)無(wú)法能夠及時(shí)檢測(cè)得知并且系統(tǒng)是否正常運(yùn)行難以及時(shí)判斷。如果被其他光線直接阻擋的話對(duì)被回收的和連接發(fā)射到來(lái)的所有光線就給一個(gè)個(gè)小的低電平,沒(méi)有任何其他反應(yīng)的情況下就給一個(gè)高電平然后停止工作。但是在針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行解決的過(guò)程中仍然會(huì)存在實(shí)際測(cè)的距離相對(duì)較近的這一缺陷。第二種快速解決問(wèn)題方案:對(duì)于整個(gè)智能避障小車(chē)系統(tǒng)的自動(dòng)避障控制系統(tǒng)模塊的實(shí)際應(yīng)用很有需求,選擇一個(gè)好的超聲波自動(dòng)避障控制傳感器后就可以輕松實(shí)現(xiàn)。可以充分利用超聲波傳感發(fā)射器來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射，當(dāng)其在傳輸過(guò)程中遇到障礙物就會(huì)即刻反射回來(lái)，超聲波的反射速度和傳輸速度非?？?，而且能夠保持路徑平直。在針對(duì)各類(lèi)B檔的設(shè)計(jì)過(guò)程中超聲波的應(yīng)用非常廣泛。在本文的設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)超聲波探測(cè)器在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要選擇的是HC-SR04模塊。因?yàn)樵诒敬蜗到y(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的智能小車(chē)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境并不復(fù)雜，因此只需要對(duì)障礙物進(jìn)行檢測(cè)之后實(shí)現(xiàn)有效避障即可，對(duì)于上述兩個(gè)方案進(jìn)行比較之后結(jié)合本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求最終選擇了設(shè)計(jì)方案2。3.4.2超聲波避障原理本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中在實(shí)現(xiàn)超聲避障探測(cè)功能時(shí)所選取的元件是小型超聲波傳感器。將超聲波模塊固定在小車(chē)的最前方，在小車(chē)行駛過(guò)程中啟動(dòng)超聲波傳感器檢測(cè)小車(chē)前進(jìn)方向上有無(wú)障礙物，然后反饋會(huì)單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后對(duì)小車(chē)的驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行控制，從而達(dá)到小車(chē)的自動(dòng)避障。3.4.3超聲波模塊工作原理本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程需要同時(shí)采用的超聲波模塊主要是一個(gè)hc-sr04超聲波射頻信號(hào)發(fā)射探測(cè)器,該超聲波傳感器帶有高電平的方波發(fā)出信號(hào)(如果峰值頻率大于10千赫茲),hc-sr04模塊就會(huì)釋放出一個(gè)八個(gè)方波(約40千赫茲),而且它還需要同時(shí)檢測(cè)這個(gè)模塊設(shè)置是否這個(gè)方波信號(hào)已經(jīng)無(wú)法返回或達(dá)到原來(lái)完全值而不能并且是自動(dòng)的。一旦這個(gè)控制模塊這邊又一個(gè)接收端得到了一個(gè)直接返回的高頻聲波輸出信號(hào),就很有可能會(huì)自動(dòng)開(kāi)始讓I/O端開(kāi)始輸出一個(gè)新的聲波高電平,高電平上的時(shí)間表示維持了一個(gè)周期多長(zhǎng)的聲波工作持續(xù)時(shí)間,就這樣可以直接表明一個(gè)新的超聲波從它的一端開(kāi)始發(fā)出到一個(gè)接收端返回來(lái)一共大概可能是多少秒的工作時(shí)間。測(cè)試這個(gè)實(shí)際距離時(shí)我們還有一個(gè)新的計(jì)算公式就是說(shuō)它聲速等于這就是在一個(gè)高電平之下可以持續(xù)維持的時(shí)間很長(zhǎng)一段時(shí)間后再用來(lái)乘以它的實(shí)際聲速,因?yàn)檫@本身就是一個(gè)聲速往返的方式測(cè)試這個(gè)距離,所以我們還要使用整數(shù)除以2。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)思想本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案屬于單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),除了具有相應(yīng)的控制系統(tǒng)外，還具有硬件方面的設(shè)計(jì)和有關(guān)的軟件方面的設(shè)計(jì),對(duì)于智能避障小車(chē)的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行程序編寫(xiě)的測(cè)試。因此,在設(shè)計(jì)過(guò)程中軟件設(shè)計(jì)也必須占有重要的地位。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用對(duì)單個(gè)功能模塊進(jìn)行程序的編寫(xiě)，每一段代碼都對(duì)應(yīng)其模塊的功能的實(shí)現(xiàn)。模塊程序設(shè)計(jì)法有如下的一些優(yōu)點(diǎn):1、模塊的編寫(xiě)都非常容易,而且能夠便捷的完成獨(dú)立調(diào)試;2、在單獨(dú)使用的過(guò)程中各個(gè)模塊都能夠?qū)崿F(xiàn)自身的功能,互相之間不會(huì)產(chǎn)生任何影響或者是存在功能的沖突;3、各個(gè)程序代碼在變現(xiàn)之后可以實(shí)現(xiàn)便利調(diào)用,而且現(xiàn)有程序也可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)利用。4.2模塊程序設(shè)計(jì)說(shuō)明本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用的是c語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)程序,因?yàn)檫\(yùn)用c語(yǔ)言編程是我平時(shí)所學(xué)的編程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)課程,并且在平時(shí)的編程實(shí)驗(yàn)中多次嘗試使用該編程語(yǔ)言軟件進(jìn)行應(yīng)用程序的測(cè)試編寫(xiě),因此設(shè)計(jì)采用該編程語(yǔ)言進(jìn)行編程相對(duì)容易一些。在整個(gè)程序設(shè)計(jì)中我采用了兩個(gè)計(jì)數(shù)器溢出中斷,其中一個(gè)是T0計(jì)數(shù)器溢出中斷,是一種用來(lái)精確計(jì)算一個(gè)障礙物的進(jìn)入距離,如果一個(gè)障礙物的進(jìn)入距離已經(jīng)超出規(guī)定測(cè)距值的范圍,利用該溢出中斷器來(lái)設(shè)置距離標(biāo)志位。另外一個(gè)涉及到的是T1計(jì)數(shù)器的溢出中斷,充分利用這種溢出中斷就可以針對(duì)超聲波信號(hào)發(fā)射的時(shí)間間隔進(jìn)行有效設(shè)置,也就表示可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于障礙物檢測(cè)時(shí)間間隔的相應(yīng)設(shè)置，在此情況下就能夠針對(duì)路面狀況進(jìn)行及時(shí)判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果實(shí)現(xiàn)小車(chē)行駛方向的及時(shí)改變,在此情況下就能夠讓小車(chē)自動(dòng)避開(kāi)前方障礙物。4.3主流程圖圖4.1主流程圖如上圖所示，在程序設(shè)計(jì)中，為了充分便于調(diào)試，方便找到程序可能出現(xiàn)的問(wèn)題所在，程序編寫(xiě)采用在主函數(shù)中調(diào)用各個(gè)子函數(shù)的形式。超聲波測(cè)距程序在一次啟動(dòng)之后，可以充分結(jié)合超聲波檢測(cè)的信息反饋來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，在此基礎(chǔ)上就能夠?qū)τ谛≤?chē)運(yùn)行方向上是障礙物的存在情況進(jìn)行及時(shí)判斷，當(dāng)小車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中與障礙物之間的距離小于安全距離值的情況下，就可以利用單片機(jī)自動(dòng)發(fā)出控制質(zhì)量，同時(shí)通過(guò)控制電路就能夠?qū)崿F(xiàn)小車(chē)行駛方向的及時(shí)調(diào)整。當(dāng)小車(chē)行駛方向上不存在障礙物的情況下，主程序就會(huì)按照特定的時(shí)間間隔來(lái)啟動(dòng)超聲波測(cè)距程序，保障小車(chē)按照原有的路線進(jìn)行行駛。經(jīng)過(guò)上述的循環(huán)之后就能夠讓小車(chē)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和避障的設(shè)計(jì)要求。4.4超聲波避障4.4.1超聲波時(shí)序圖圖4.2超聲波時(shí)序圖以上的整個(gè)工作過(guò)程時(shí)序表如圖所示。這表明,只要手動(dòng)提供一個(gè)10us以上的直流電壓脈沖檢測(cè)信號(hào),該直流脈沖檢測(cè)模塊內(nèi)部將通過(guò)一個(gè)循環(huán)不斷地激發(fā)出8個(gè)40khz的脈沖電壓電流水平并同時(shí)自動(dòng)檢測(cè)一個(gè)脈沖回波。如果在檢測(cè)過(guò)程中接收到了回波信號(hào)則必須要及時(shí)的將回想信號(hào)輸出。對(duì)于回響信號(hào)來(lái)說(shuō)其脈沖寬度與實(shí)際測(cè)距之間呈現(xiàn)出正比例關(guān)系。在此基礎(chǔ)上就能夠充分結(jié)合超聲波的發(fā)射和接收時(shí)間間隔來(lái)對(duì)車(chē)距離進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。5系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試針對(duì)硬件調(diào)試的過(guò)程中重點(diǎn)是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置的不同模塊涉及的各類(lèi)硬件進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)調(diào)試之后就能夠確定各模塊中所配置的硬件是否能夠滿足本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。調(diào)試的操作過(guò)程主要包括首先檢查內(nèi)部硬件電路實(shí)物邏輯電路的總線連接與硬件邏輯電路圖連接是否一致正確無(wú)誤,用萬(wàn)用電電表進(jìn)行檢測(cè)硬件電路內(nèi)部是否可能存在器件短路、斷路的異常情況,器件的各種規(guī)格信號(hào)屬性和器件極性設(shè)置是否正確存在重大錯(cuò)誤。檢測(cè)完電路中的元件后，排查電源兩端的情況，避免發(fā)生短路等現(xiàn)象。5.1.1元件的組裝在每個(gè)元件在沒(méi)有被直接焊上去之前,首先都應(yīng)該需要用萬(wàn)用表對(duì)它進(jìn)行一次檢測(cè),它們中的元件其實(shí)是不是都已經(jīng)完全可以正常的的進(jìn)行開(kāi)關(guān)工作,有些焊的時(shí)候也很可能這些元件其實(shí)是并沒(méi)有輕微受到損壞的。其中,l298n內(nèi)部元件焊接芯片在內(nèi)部元件焊接時(shí)就非常需要特別注意,由于所有該芯片焊接中的元件內(nèi)部有15個(gè)腳,且15個(gè)引腳分別會(huì)在芯片管腳內(nèi)和外部分別形成兩排相互形成交錯(cuò),給L289n芯片的內(nèi)部元件焊接操作過(guò)程中會(huì)造成一定的技術(shù)難度。由于面板采用了l298n管腳順序排列的這種特殊性,給我的布圖操作帶來(lái)一定的難度，自己由于布圖操作水平有限的緣故也