智能小车避障系统设计
毕业设计说明书
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二〇一五年十二月二日
目录
摘要 (1)
第１章绪论 (2)
第2章方案论证 (4)
2.1系统总体方案设计 (4)
2.2系统方案的选择与比较 (4)
2.2.1 控制模块方案的选择 (4)
2.2.2 显示模块方案的选择 (5)
2.2.3 超声波模块方案的选择 (5)
2.2.4 驱动模块方案的选择 (5)
2.3系统总体方案论证 (6)
第3章硬件电路设计 (7)
3.1整机设计 (7)
3.1.1 整机系统 (7)
3.1.2 避障系统工作模式 (7)
3.2各功能模块硬件电路设计 (8)
3.2.1 单片机最小系统 (8)
3.2.2 液晶显示电路 (13)
3.2.3 驱动电路 (19)
3.2.6 超声波测距避障电路 (22)
第4章系统软件设计 (24)
4.1主程序流程 (24)
4.2主要子程序流程 (24)
4.2.1 液晶显示子程序流程 (24)
4.2.2 超声波子程序流程 (25)
4.2.3 避障子程序流程图 (26)
4.3软件调试 (27)
第5章系统制作与调试 (29)
5.1硬件制作 (29)
5.1.1 Altium Designer 14软件 (29)
5.1.2 PCB的设计与制作 (30)
5.2硬件电路的安装与焊接 (32)
5.3电脑端的ISP控制软件 (32)
5.4实物安装与调试 (33)
结论 (36)
参考文献 (38)
附录1 系统各部分设计原理图 (39)
附录2 系统各部分设计PCB板........................ 错误！未定义书签。附录3 元件清单表.................................. 错误！未定义书签。附录4 源程序 (41)
摘要
系统以MCS-51单片机为控制核心，完成对系统各个子模块的控制工作，从而保证各模块正常有序的完成任务；电源模块负责为整个系统供电，提供所需的电压；采用超声波模块对障碍物进行探测和距离测定；显示模块负责显示小车距离障碍物的距离和设计者姓名；语音模块负责对障碍物距离进行语音提示；红外对管模块负责探测地面黑白线，保证小车按预定路线行驶；电机驱动模块负责小车的运行，其中小车驱动由L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。同时，设计制作的实物功能齐全，美观大方。
关键词避障；超声波；单片机
第１章绪论
近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波做出精确测量已成可能。随着经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量因其测量精确度高，成本低，性能稳定而备受青睐。超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。一般的超声波测距仪可用于固定物体物位或液位的测量，适用于建筑物内部、液位高度的测量等。
由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于造纸业、矿业、电厂、化工业、特殊水处理、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。因此，超声测距在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息（距离和方向）。因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。
超声波测距电路可以由传统的模拟或者数字电路构建，但是基于这些传统电路构建的系统往往可靠性差，调试困难，可扩展性差，所以基于单片机的超声波测距系统被广泛的应用。通过简单的外围电路发生和接收超声波，单片机通过采
样获取到超声波的传播时间，用软件来计算出距离，并且可以采集环境温度进行测距补偿，其测量电路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。
第2章 方案论证
2.1 系统总体方案设计
根据设计任务要求，可将此系统划分为四个部分，第一个部分为单片机控制模块，它由STC89C52RC 单片机、单片机最小系统、串口通信电路和相应辅助电路组成，并主要负责各个子模块的控制工作，从而保证各自模块正常有序的完成各自任务；第二个部分为驱动模块，它的主要作用是驱动小车直流电机，使小车运动。第三个部分为显示模块，它主要用于显示小车距离障碍物的距离等信息。第四个部分为超声波传感器，他主要用于对小车运行前方的障碍物进行探测和对障碍物距离进行判断。其系统结构如图2-1所示。
图2-1 系统总框图 2.2 系统方案的选择与比较
2.2.1 控制模块方案的选择
第一种方案：选用数字逻辑电路平台，整个超声波测距避障的控制系统由计数器、译码器和555定时器等数字芯片组成。其电路具有逻辑结构简单、精确控制等优点，但也有功能单一、不易调试等缺点。
第二种方案：选用单片机平台，整个超声波测距避障控制系统由MCS-51单片机最小系统作为主控制器。同时，STC89C52RC 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点。
方案比较：虽然采用数字逻辑电路平台可以实现超声波测距避障，电路结构主
控
系
统 LCD 液晶显示模块
驱动模块
超声波模块
简单，但整个系统的功能单一。为了高质量完成复杂的设计要求，此系统采用第二种方案。
2.2.2显示模块方案的选择
第一种方案：采用由LED彩灯、七段LED数码管组成的显示方案，但其只能显示有限的指示信号和数码字符，无法达到设计要求。
第二种方案：采用由1602LCD液晶显示器组成的显示方案，该模块功能强大，可方便的显示各种英文字符等内容。
方案比较：采用第一种方案不能很好的达到设计要求，数码管只能显示字码，不能显示字母；而采用第二种方案能充分利用1602LCD液晶显示器显示障碍物距离等信息。故选用第二种方案。
2.2.3超声波模块方案的选择
第一种方案：采用US-100超声波模块，US-100 超声波测距模块可实现2cm~4.5m 的非接触测距功能、拥有2.4~5.5V 的宽电压输入范围、静态功耗低于2mA，自带温度传感器对测距结果进行校正、同时具有GPIO、串口等多种通信方式、内带看门狗、工作稳定可靠。
第二种方案：采用HY-SRF05超声波模块，HY-SRF05超声波测距模块可提供2cm~450cm的非接触距离感测功能，测距精度可达3mm，模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。
方案比较：由于该系统的超声波模块主要用于对小车运行前方障碍物的探测及障碍物距离的探测，故对功能要求不高。经过比较，故此方案选用第二种方案。
2.2.4驱动模块方案的选择
第一种方案：采用由多个三极管和续流二极管组成的双H桥驱动电路，该结构原理简单，但结构复杂且驱动电流过小。
第二种方案：采用以L298N为核心的集成驱动电路，该方案结构简单，且驱动电流大。
方案比较：采用第一种方案时驱动电流不足，可能会出现小车运行缓慢，严重时甚至会烧毁三极管；第二种方案驱动电流大，足以保证小车的运行，且体积小、电路结构简单。故此设计选用第二种方案。
2.3 系统总体方案论证
系统系统设计方框总图如图2-2所示。
图2-2 系统设计方框总图
经上述对各模块的方案选择与论证，此设计的超声波测距避障系统主要以一片MCS-51系列单片机为控制核心，STC89C52RC 单片机用作超声波测距避障系统主控芯片；以SRF05超声波传感器作为障碍物测距传感器；以1602LCD 液晶显示器作为障碍物距离的显示；以L298N 驱动模块作为小车运动的驱动部分。 S T C 89C52RC 最小系统
1602LCD 显示模块 L298N 驱动模块
SRF05超声波模块
第3章硬件电路设计
硬件电路是整个系统的核心基础，需要全面考虑系统运行的各个状态。这里，除了要实现整个超声波测距避障系统的基本功能以外，还需考虑以下几个因素：①系统的稳定度和性能指标；②元器件的通用性和易购性；③系统的可扩展性。因此，硬件电路的设计至关重要，现对各功能模块进行深度的分析与探讨。
3.1整机设计
3.1.1整机系统
系统主要以一片MCS-51单片机为控制核心，采用模块化设计，完成整个循迹避障系统。其具体分可为以下七个功能模块：单片机控制模块、超声波模块、循迹模块、显示模块、语音提示模块和驱动模块。
1．单片机最小系统作为整个硬件电路的核心电路，它既是协调各个模块使之正常有序作的控制器，也是计算系统运行过程中数据参数的处理器。它由单片机、时钟电路和复位电路三大部分组成。
2．障碍物的探测和障碍物距离的测定采用SRF05超声波模块，分别探测小车前、左、右的障碍物。
3．采用1602LCD液晶显示模块显示障碍物距离，运用软件控制其分别显示小车前方、左侧和右侧的障碍物距离。
4．驱动电路模块采用L298N集成驱动，它将驱动直流电机来带动小车按预定路线行驶。
3.1.2避障系统工作模式
根据设计要求及实际应用规则，小车需多种情况下避障，其避障模式就会有多种，需要根据不同的障碍情况作不同的规避动作。在此举两个最常见的类型。一种是小车正面有障碍物的情况，另一种是小车侧面有障碍物的情况。
当小车正面有障碍物障时，单片机检测到前方障碍物与小车之间的距离小于设定距离时，开始避障，此时单片机判断在小车左右方向障碍物离小车的距离分
别为多大，然后根据两边距离大小选择与障碍物距离大的一边转向行驶。当检测到障碍物距离不再低于设定距离时，小车避障完毕恢复直线行驶。其运行图如图3-1.
图3-1 小车正面避障运行图
当小车侧面有障碍物时，单片机检测到侧面障碍物与小车之间距离小于设定的距离时，运行侧面避障程序，向与障碍物方向相反的方向转向，直到侧面障碍与小车距离大于设定的距离时恢复直线行驶。运行图如图3-2所示。
图3-2 小车侧面避障运行状态
3.2 各功能模块硬件电路设计
3.2.1 单片机最小系统
单片微机(Single-Chip Microcomputer)简称为单片机。它在一块芯片上集成中央处理单元CPU 、随机存储器RAM 、只读存储器ROM 、定时/计数和多功能输入/输出I/O 口,如并行口I/O 、串行口I/O 和转换A/D 等。
MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，是单片机的主流系列，软硬
小车 障碍
物
件应用设计资料丰富齐全。为了提高指令的执行速度和效率，采用了面向控制的结构和指令系统的独立CPU。
此设计主要采用STC89C52RC单片机作为系统的主控制芯片，这是因为它是目前
应用比较广泛的MCS-51系列兼容型单片机。现将STC89C52RC单片机的特点介绍如下：
1．增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU。
2．工作电压：3.4V～5.5V。
3．工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。
4．用户应用程序空间8K字节。
5．片上集成1280字节/512字节RAM。
6．通用I/O口（32/36个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通8051 传统I/O口）。P0口开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，但作为I/O口用时，则需加上拉电阻。
7．ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片ISP（在系统可编程）/IAP （在应用可编程），无需专用编程器/仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片。
8．内置EEPROM功能和看门狗功能。
9．共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。
10．外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。
11．通用异步串行口(UART)，还可用定时器软件实现多个UART。
12．工作温度范围：0～75℃。
STC89C52RC单片机最小系统的基本工作电路包括电源电路、时钟电路和复位电路。其组成方框图如图3-3所示：
图
3-3 单片机最小系统组成方框图 1．电源电路
电源电路模块为单片机最小系统和其他功能模块提供标准的+5V 电源电压。
2．时钟电路
单片机的时钟信号为单片机芯片内部的各种操作提供时间基准，时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。作为单片机工作的时间基准，典型的晶体振荡频率为12MHz 。
MCS-51系列单片的时钟信号可以由两种方式产生：一种为内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路；另一种为外部时钟方式。其两种电路如图3-4所示。
（a ）内部时钟方式 （b ）外部时钟方式
图3-4 单片机时钟信号示意图 3．复位电路
单片机复位是使CPU 和系统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。当在MCS-51系列单片的RST 引脚处引入高电平并保持2个机器周期，单片机内部就执行复位操作。单片机常见的复位电路有两种基本形式：一种是上自动电复位，另一种是手动复位。其两种电路方式如图3-5（a ）、（b ）所示。在此设计中我们采用手动复位方式。
单 片 机
电源电路
时钟电路
复位电路
（a）上电自动复位（b）手动复位
图3-5单片机复位电路示意图
由于STC89C52RC单片机芯片内有时钟振荡电路，所以此系统单片机均采用内部时钟方式。只需在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体和微调电容，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟信号脉冲信号。同时，也采用手动复位电路。其具体电路设计如图3-6所示。在此图中，C1、C2电容的作用的是稳定频率和快速起振，其值为5~30pF，在此选择30pF；晶振X1的振荡频率范围在1.2~12MHz之间选择，在此选择12MHz。
图3-6单片机最小系统电路图
图3-7 单片机引脚图
单片机的引脚说明：
89C52系列单片机采用40Pin 封装的双列直接DIP 结构，下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O 口，中断口线与P3口线复用。其引脚排列如图3-7。
控制引脚介绍：
1．ALE:系统扩展时，P0口是八位数据线和低八位地址先复用引脚，ALE 用于把P0口输出的低八位地址锁存起来，以实现低八位地址和数据的隔离。
2．PSEN ；低电平有效时，可实现对外部ROM 单元的读操作。
3．EA:当EA 信号为低电平时，对ROM 的读操作限制在外部程序存储器；而当EA 为高电平时，对ROM 的读操作是从内部程序存储器开始的，并可延至外部程序存储器。
4．RST:当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。
5．XTAL 和XTAL2：外接晶振引线端。
并行I/O 端口介绍：P0端口[P0.0-P0.7] P0是一个8位漏极开路型双向I/O 端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8个TTL 。
P1端口[P1.0－P1.7] P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL 。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。EA/VP 31
X1 19 X2 18
RESET 9
RD 17 WR 16 INT0 12
INT1 13 T0 14
T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8
P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 89C52
对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。
P2端口[P2.0－P2.7] P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。
P3端口[P3.0－P3.7] P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。除此之外P3端口还用于一些专门功能，具体请看下表3-1。
3-1P3引脚的第二功能说明
P3引脚兼用功能
P3.0 串行通讯输入（RXD）
P3.1 串行通讯输出（TXD）
P3.2 外部中断0申请（INT0）
P3.3 外部中断1申请（INT1）
P3.4 定时器/计数器0的外部输入(T0)
P3.5 定时器/计数器1的外部输入(T1)
P3.6 外部数据存储器写选通WR
P3.7 外部数据存储器写选通RD
3.2.2液晶显示电路
在此设计中，选用1602LCD液晶模块显示三个方向的障碍物距离。
1．1602LCD液晶显示器介绍
液晶显示器（LCD）的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。液晶体积小、功耗低、显示操作简单。此设计选用1602LCD 液晶显示器。其外形如图3-7所示。
图3-71602LCD实物图
现将其主要技术参数和显示特性如下：
1．电源：VDD为+4.5V～+5.5V；
2．显示内容：16*2字符；
3．工作电流：2.0MA(5.0V)；
4．显示颜色：蓝屏；
5．模块最佳工作电压：5.0V；
6．显示角度：6：00钟直视；
7．与MCU接口：8位并口；
8．配置LED背光；
9．多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等。其基本操作时序如图3-8所示。
其基本时序如表3-2所示。
其读写操作如图3-9所示。
其内存地址如图3-10所示。
其控制指令集如表3-3所示。
其控制接口时序如图3-11所示。
其初始化过程如下所示。
图3-81602LCD基本操作时序表3-21602LCD时序参数
图3-91602LCD读写操作
图3-101602LCD内存地址
表3-31602LCD控制指令集
其初始化过程（复位过程）：
（1）延时15MS
（2）写指令38H(不检测忙信号)
（3）延时5MS
（4）写指令38H（不检测忙信号）
（5）延时5MS
（6）写指令38H（不检测忙信号）
（7）（以后每次写指令、读/写数据之前均需检测忙信号）（8）写指令38H：显示模式设置
（9）写指令08H：显示关闭
（10）写指令01H：显示清屏
（11）写指令06H：显示光标移到设置
（12）写指令0CH：显示开关光标设置
图3-111602LCD控制接口时序图
2．液晶显示电路设计
若要用单片机控制1602LCD液晶显示模块正常的显示字符、图形和动画，就必须了解此液晶显示模块的各引脚定义和功能，其引脚功能介绍如表3-4所示。
其基本外形尺寸如图3-12所示。
基于51单片机设计智能避障小车
单片机设计智能避障小车 摘要 利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C51单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由L298N 驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。本文首先介绍了智能车的发展前景，接着介绍了该课题设计构想，各模块电路的选择及其电路工作原理，最后对该课题的设计过程进行了总结与展望并附带各个模块的电路原理图，和本设计实物图，及完整的C语言程序。 关键词：智能小车；51单片机；L298N；红外避障；寻迹行驶 abstract Using infrared detection black and obstacles to the line and STC89C51 microcontroller as the control chip to control the speed of the electric car and steering, so as to realize the function of automatic tracking and obstacle avoidance. Which the car driven by the L298N driver circuit is completed, the speed of the microcontroller output PWM wave control. This article first introduces the development of the intelligent car prospect, then introduces the design idea, the subject selection of each module circuit and working principle of the circuit, the design process of the subject is summarized and prospect with each module circuit principle diagram, and the real figure design, and complete C language program. Key words: smart car; 51 MCU; L298N; infrared obstacle avoidance; track driving
智能超声波避障小车地设计与制作
江阴职业技术学院项目设计报告 项目：超声波避障小车的设计与制作 专业 学生姓名 班级 学号 指导教师 完成日期
摘要 智能小车是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人，它具有制作成本低廉，电路结构简单，程序调试方便等优点。由于具有很强的趣味性，智能小车深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱。 本论文介绍的是具有自动避障功能的智能小车的设计与制作（以下简称智能小车），论文对智能小车的方案选择，设计思路，以及软硬件的功能和工作原理进行了详细的分析和论述。经实践验收测试，该智能小车的电路结构简单，调试方便，系统反映快速、灵活，设计方案正确、可行，各项指标稳定、可靠。
Abstract Smart cars can be programmed to perform a specific task means the miniaturization of robot, it has to make cost is low, circuit simple structure, convenient program test. Because of it has strong interest, intelligent robot car favored by the majority of the university students' enthusiasts and love. This paper introduces the is a automatic obstacle avoidance function of intelligent car design and production (hereinafter referred to as the smart car), the thesis to the intelligence of the car scheme selection, design idea, and the implementation of hardware and software function and working principle of a detailed analysis and discusses. After practice acceptance test, this intelligent car circuit structure is simple, convenient debug, fast, flexible system reflect, correct and feasible design scheme, each index is steady and reliable.
超声波避障小车开题报告
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 设计题目：超声波避障小车 院系：电气学院自动化测试与控制系 班级： 设计者： 学号： 指导教师：周庆东 设计时间：9.2~9.13 哈尔滨工业大学 哈尔滨工业大学课程设计任务书
*注：此任务书由课程设计指导教师填
开题报告 1立项依据 1.1立项目的 （1）设计一辆利用超声波传感器来实现避障功能的小车，使小车对其运动方向受到的阻碍作出各种躲避障碍的动作。 （2）进一步学习单片机原理及其应用，提高程序的编写能力。 （3）掌握单片机系统外扩器件的连接与使用，了解超声波传感器的工作原理。 （4）掌握软件和硬件调试的基本技巧与方法。 1.2立项意义 在当今社会，汽车成为了越来越普遍，人们不可缺少的交通工具。但汽车的不断增加，随之而来就是越来越多的交通事故。交通事故成为了现在越来越严重的安全隐患。所以随着汽车工业的快速发展，我们必须加强对汽车安全性能的考虑。所以，智能汽车概念应运而生，他既是汽车产业的机遇也是汽车产业的挑战。汽车的智能化必将是未来汽车产业发展的趋势，在这样的背景下，我们开展了基于超声波的智能小车的避障研究。 超声波作为智能车避障的一种重要手段，以其避障实现方便，计算简单，易于做到实时控制，测量精度也能达到实用的要求，在未来汽车智能化进程中必将得到广泛应用。我国作为一个世界大国，在高科技领域也必须占据一席之地，未来汽车的智能化是汽车产业发展必然的，在这种情况下研究超声波在智能车避障上的应用具有深远意义，这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科技领域占据领先地位具有重要作用。 2主要设计内容及方案 2.1总体方案 系统采用51单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制,在超声波检测到障碍物之后,主控芯片根据距离值控制直流电机的转动,在与障碍物距离较大的情况下，快速前进，在与障碍物距离较小但还未到达临界转弯方向值的时候，慢速前进。在与障碍物距离很近需要转向避障时，方案上将尝试进行转向，来进行避障。 2.2设计原理 该智能车系统可分为三个主要模块：单片机主控核心模块，传感器避障模块，电机驱动模块。系统主要原理是：通过超声波避障模块（即感测模块）实时监测路面情况并及时传输给单片机。由单片机主控核心模块根据感测模块给予的信息控制小车两电机转动工作状态。电机驱动模块驱动两电机转动，实现前进或者左、右转。
智能避障小车
目录 1. 绪论 (5) 2. 方案设计与论证 (6) 2.1 主控系统 (6) 2.2寻迹模块 (7) 2.3 避障模块 (8) 2.4 机械系统 (10) 2.5 电源模块 (10) 3. 硬件设计 (12) 3.1总体设计 (12) 3.2驱动电路 (12) 3.3 PWM控制技术分析 (13) 3.4检测模块 (13) 4. 软件设计 (15) 4.1系统软件设计说明 (15) 4.2程序框图 (15) 结束语 (16) 参考文献 (17) 致谢 (18) 附录程序清单 (19)
摘要 随着机器人技术的发展, 自主移动机器人以其活性和智能性等特点, 在人们的生产、生活中的应用来越广泛。自主移动机器人通过各种传感器系统感知外界环境和自身状态, 在复杂的已知或者未知环境中自主移动并完成相应的任务。而在多种探测手段中, 超声波传感器与光电寻迹系统由于具有成本低, 安装方便, 不容易受电磁、光线、被测对象颜色、烟雾等影响, 时间信息直观等特点, 对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力, 因此在移动机器人领域有着广泛的应用。 关键词：智能小车；STC89C52单片机；超声波检测模块；光电寻迹
Abstract With the development of robotics, autonomous mobile robots play an important role in our manufacture and society for its characteristics: flexible and intelligent. Autonomous mobile robots sense the outside environment and their states with a variety of sensor systems’help. They walk in the complex and known or unknown environment to complete tasks. Moreover, among the methods of detection, ultrasonic wave sensors and photoelectric components are low cost, easy to installation, not susceptible to electromagnetic, light, objects’ color s and smoke, and easy to see time information. Therefore, they can be used in the darkness, dust, smoke, electromagnetic interference, toxic and other harsh environment. In other words, the components have a wide range of applications in the area of mobile robots. Keyword: Intelligent Car, STC89C52 Microcontroller, Ultrasonic Wave Component, Photoelectric Component
自动避障小车课程设计
单片机系统 课程设计 成绩评定表 设计课题：自动避障小车 学院名称：电气工程学院 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计地点：31-630 设计时间：
单片机系统课程设计 课程设计名称：自动避障小车 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 课程设计地点：31-630 课程设计时间：
单片机系统课程设计任务书
目录 1概述-------------------------------------------------------------- 4 1.1研究背景----------------------------------------------------- 4 1.2设计思想及基本功能------------------------------------------- 4 2总体方案设计------------------------------------------------------ 4 2.1方案论证----------------------------------------------------- 4 2.2系统框图----------------------------------------------------- 5 2.3总体方案设计------------------------------------------------- 6 3硬件电路设计------------------------------------------------------ 7 3.1电源电路----------------------------------------------------- 7 3.2晶振电路----------------------------------------------------- 8 3.3复位电路----------------------------------------------------- 8 3.4键盘电路----------------------------------------------------- 8 3.5显示电路----------------------------------------------------- 9 3.6超声波测距电路---------------------------------------------- 10 3.7舵机电路---------------------------------------------------- 11 3.8电机驱动电路------------------------------------------------ 11 3.9电机转速测量电路-------------------------------------------- 13 3.10设计PCB和腐蚀电路板--------------------------------------- 14 4系统软件设计----------------------------------------------------- 16 4.1分模块程序设计---------------------------------------------- 18 4.2主程序设计-------------------------------------------------- 20 5系统调试 ------------------------------------------------------- 20 6总结 ----------------------------------------------------------- 22参考文献：------------------------------------------------------- 23附录A硬件电路图------------------------------------------------- 24附录B 源程序 ---------------------------------------------------- 25
智能避障小车设计--毕业设计完整版-附程序编程
毕业设计设计题目：智能避障小车设计 系别：机电工程系 班级：测控技术与仪器 姓名：XXX 指导教师： XXX
智能小车设计 摘要 随着近年来机器人的智能水平不断提高，其中机器人的感觉传感器种类越来越多，而视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。智能小车可应用于无人工厂，仓库，服务机器人等领域解决一些高危环境下的难题。同时单片机技术的迅速发展使得机器人的智能控制更加智能化，人性化。 该设计是利用光电传感器以一定的频率发射红外线来检测障碍物，然后将检测信号发送到STC89C52单片机，并以STC89C52单片机为控制芯片进而电动小汽车的速度及转向，以此实现自动避障的功能。其中小车驱动由L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波调速控制。本设计结构简单，较容易实现，与实际相结合，现实意义很强，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。 关键词：智能小车; STC89C52单片机; L298N; PWM波
Design Of Smart Car Abstract Along with the robot's intelligent level rises ceaselessly, the types of robot sensory sensor are more and more, and the vision sensor have become the important part in the automatic walking and driving .Smart car can be applied to unmanned factory, warehouse, service robot and etc. to solve some high risk environment problems，At the same time,The rapid development of MCS technology makes the intelligent control of robot more intelligent ang humane. This design uses a photoelectric sensor sending a certain frequency transmitting infrared to detect obstacles, and then sends a detection signal to a STC89C52 MCS. While the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52 MCS.This design is practical ,easy realization and simple in the structure, but highly intelligent, humane, Intelligent in some degree. Key words:Smart Car; STC89C52 MCS; L298N; PWM Signa
智能寻迹避障小车寻迹系统设计说明
第二章智能寻迹避障小车寻迹系统设计 1．任务 任务一：产生智能寻迹避障小车沿黑线转圈的控制程序； 任务二：产生智能寻迹避障小车带状态显示沿黑线转圈的控制程序； 2．要求 （1）能控制智能寻迹避障小车沿黑线实现转圈功能； （2）行走过程中小车一直压着黑线走，不得冲出黑线圆圈之外或之； （3）智能寻迹避障小车可以从小于90度的任意方向寻找到黑线圆圈； 2.1 项目描述 该项目的主要容是：在智能寻迹避障小车电机控制系统之上扩展寻迹电路，然后运用C 语言对系统进行编程，使智能寻迹避障小车实现沿黑线转圆圈的功能，并且在行走过程中小车一直压着黑线走，不得冲出黑线圆圈之外或之；当人为将小车拿开，再从小于90度的任意方向放置小车，小车应能重新找回轨道，并沿黑线继续转圈。通过该项目的学习与实践，可以让读者获得如下知识和技能： 继续掌握单片机I/O端口的应用； 掌握红外线收、发对管的工作原理与控制方法； 掌握数码管的工作原理与控制方法； 掌握单片机C语言的编程方法与技巧； 能够编写出智能寻迹避障小车沿黑线实现转圈功能的控制函数； 2.1 必备知识 2.1.1 关于红外线传感器 红外线定义：在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。 红外线发射器：红外线发射管在LED封装行业中主要有三个常用的波段，如下850NM、875NM、940NM。根据波长的特性运用的产品也有很大的差异，850NM波长的主要用于红外线监控设备，875NM主要用于医疗设备，940NM波段的主要用于红外线控制设备。如：红外线遥控器、光电开关、光电计数设备等。 红外线对管应用：本项目中，小车的寻迹功能采用红外线收、发对管实现。具体工作过程如下：两对红外线收、发对管安装在智能寻迹避障小车底盘正前方，红外发射管一直发射信号，接收管时刻准备接收信号。两对对着地的红外管发射红外信号，信号在白色的地面上反射回接收管，通过接收管把信号送回单片机进行处理，完成相应的动作。假如在黑色的地面上，信号被地面吸收，就无信号返回，单片机检测到无信号，根据程序也会做出相应的动作。如图2.1所示为红外线收、发对管外型示意图。
红外避障小车课程设计报告报告
下载可编辑 前言 --------------------------------------------------- 随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。 红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。 由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。 本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。
目录 前言------------------------------------------------------------------------------1目录------------------------------------------------------------------------------2摘要------------------------------------------------------------------------------3功能概述------------------------------------------------------------------------3硬件设计------------------------------------------------------------------------3 避障电路------------------------------------------------------------------------4单片机电路---------------------------------------------------------------------7电机转速控制电路------------------------------------------------------------7电源电路------------------------------------------------------------------------8电机驱动电路---------------------------------------------------------------9主程序设计--------------------------------------------------------------------12小结-----------------------------------------------------------------------------23参考文献-----------------------------------------------------------------------23
避障小车制作讲解
智能避障小车实验报告与总结 学院：机电工程学院 专业年级：09级电气工程及其自动化 队员姓名：
智能避障小车实验报告与总结 摘要：本设计制作的是单片机控制的自动避障小汽车，以单片机为小汽车的“大脑”，红外线探头为小汽车的“眼睛”，电机为小汽车的“双足”。“大脑”控制“眼睛”去看前方是否有障碍物，当“眼睛”看到障碍后，由大脑来控制“双足”的行动方向。从而实现小汽车的自动避障。 关键词： 单片机红外线传感器避障小车 一、设计任务与要求 小车从无障碍地区启动前进，感应前进路线上的障碍物后，根据障碍物的位置选择下一步行进方向。 二、方案设计与论证 本设计制作的是单片机控制的自动避障小汽车，以单片机为小汽车的“大脑”，红外线探头为小汽车的“眼睛”，电机为小汽车的“双足”。“大脑”控制“眼睛”去看前方是否有障碍物，当“眼睛”看到障碍后，由大脑来控制“双足”的行动方向。从而实现小汽车的自动避障。电路原理简单，结构明了。如图为整个系统的框图。 根据设计要求，我们的自动避障小车主要由六个模块构成：车体框架、主控模块、探测模块、电机驱动模块组成。各模块分述如下： 1、小车车体 在设计车体框架时，我们有两套起始方案，自己制作和直接购买车身。 方案二：自己设计制作车架自己制作小车底盘，用两个直流减速电机作为主动轮，利用两电机的转速差完成直行、左转、右转、左后转、右后转、倒车等动作。减速电机扭矩大，转速较慢，易于控制和调速，符合避障小车的要求。而且自己制作小车框架，可以根据电路板及传感器安装需求设计空间，使得车体美观紧凑。但这种方法费时费力且成本较高。 方案二：购买半成品小车底盘改装，此种方案方便简洁而且价格低廉，小车各个机械部分安装完整，只需稍加改装就可以使用。而且我们主要是目的是小车控制系统的设计，因此我们采取该方案。 2、主控板 小车的主控系统，即小车的大脑，我们采用了STC89C52单片机制作的最小系统。 3、避障模块 避障方案选择，方案一：采用超声波避障。超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。
4智能避障小车系统的设计与实现
智能避障小车系统的设计与实现 电子信息工程 200709837 王小龙 罗维薇 摘要 本设计以单片机STC89C52为控制核心，设计实现具有避障和里程显示功能的智能小车。其主要由三部分组成：液晶显示模块、避障模块和电机驱动模块。 智能避障小车分别运用直接反射式红外传感器TCRT5000和霍尔传感器3144来进行路径检测和里程计算，并将实时数据传送到液晶显示模块和单片机分别进行显示和数据处理。并用L298N电机驱动芯片控制小车的运行状态。 Abstract This design based on the single chip computer STC89C52 as control core, design a car with obstacle avoidance and mileage display function. It mainly consists of three parts: the liquid crystal display module, obstacle avoidance module and motor driver module. Intelligence obstacle avoidance car detecting external environment by direct reflex respectively infrared sensor TCRT5000 and hall sensor 3144, transfer the real-time data to LCD module and single chip microcomputer to display respectively and data processing. And use L298N motor drive chip to control the operation status of the car. 一、绪论 1．课题背景介绍 随着单片机技术的迅速发展，其控制能力越来越强大。人们利用单片机强大的控制功能设计出各种各样的系统，全国电子设计大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。本设计就是在这样的背景下提出的，设计的智能小车能够通过光电开关完成避障功能，并且可以计算和显示出小车的行驶距离。 2.设计的主要内容 （1）采用STC89C52单片机作为控制小车的核心器件，用收发一体的红外传感器光电TCRT5000来检测和感应外界环境。 （2）用L298N驱动芯片控制电动小车的运行。 （3）用霍尔传感器计算小车行驶的距离并用1602液晶显示器显示。 这种方案能实现对智能小车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，可满足对系统的各项要求。 二、系统的总体设计 1．硬件总体设计 以AT89C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用红外光电传感器、霍尔传感器，实现小车在行驶中自动躲避障碍物、测量里程等问题。并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动小车的智能化控制。 在本系统中，反射式红外光电传感器检测障碍物，然后将信号传送到单片机系统进行处理，使小车沿轨道自主行走；通过霍尔元件测量小车行驶里程；采用L298N芯片控制电机的转向，实现电动小车的正反向行驶、快慢速行驶及转弯；采用1602液晶显示器显示小车行驶的路程。此系统采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能满足系统的要求，其原理图如图1所示。
红外避障小车课程设计报告.docx
随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。 红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。 由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。 本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51 为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555 组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。
目录 前言------------------------------------------------------ 1目录------------------------------------------------------ 2摘要------------------------------------------------------ 3功能概述-------------------------------------------------- 3硬件设计-------------------------------------------------- 3避障电路-------------------------------------------------- 4单片机电路------------------------------------------------ 7电机转速控制电路------------------------------------------ 7电源电路-------------------------------------------------- 8电机驱动电路----------------------------------------- 9主程序设计------------------------------------------------ 12小结----------------------------------------------------- 23参考文献------------------------------------------------- 23
智能循迹避障小车方案设计书
封面
作者：PanHongliang 仅供个人学习 目录 摘要………………………………………………………………………………………2 ABSTRACT………………………………………………………………………………
…2 第一章绪论 (3) 1.1智能小车的意义和作用 (3) 1.2智能小车的现状 (3) 第二章方案设计与论证 (4) 2.1 主控系统 (4) 2.2 电机驱动模块 (4) 2.3 循迹模块 (6) 2.4 避障模块 (7) 2.5 机械系统 (7) 2.6电源模块 (8) 第三章硬件设计 (8) 3.1总体设计 (8) 3.2驱动电路 (9) 3.3信号检测模块 (10) 3.4主控电路 (11) 第四章软件设计 (12) 4.1主程序模块 (12) 4.2电机驱动程序 (12) 4.3循迹模
块 (13) 4.4避障模块 (15) 第五章制作安装与调试 (18) 结束语 (18) 致谢……………………………………………………………………………………… 19 参考文献 (19) 智能循迹避障小车 摘要：利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由 L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。 关键词：智能小车；STC89C52单片机； L298N；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Abstract：Based infrared detection of black lines and theroad obstacles, and use a STC89C52 MCU as the controlling core for the speed and direction, A electronic drived, which can automatic track and avoid the obstacle, was designed and fabricated. In which, the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52. Keywords: Smart Car。STC89C52 MCU。L298N。Infrared Emitting Diode 第一章绪论 1.1智能小车的意义和作用 自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。 随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视
红外避障小车课程设计报告
前言 --------------------------------------------------- 随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。 红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。 由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。 本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。
目录 前言------------------------------------------------------------------------------1目录------------------------------------------------------------------------------2摘要------------------------------------------------------------------------------3功能概述------------------------------------------------------------------------3硬件设计------------------------------------------------------------------------3 避障电路------------------------------------------------------------------------4单片机电路---------------------------------------------------------------------7电机转速控制电路------------------------------------------------------------7电源电路------------------------------------------------------------------------8电机驱动电路---------------------------------------------------------------9主程序设计--------------------------------------------------------------------12小结-----------------------------------------------------------------------------23参考文献-----------------------------------------------------------------------23
Arduino智能避障小车避障程序
Arduino智能避障小车避障程序 首先建立一个名为modulecar.ino的主程序。 // modulecar.ino，玩转智能小车主程序 #include
pinMode(ENA, OUTPUT); //依次设定各I/O属性 pinMode(IN1, OUTPUT); pinMode(IN2, OUTPUT); pinMode(ENB, OUTPUT); pinMode(IN3, OUTPUT); pinMode(IN4, OUTPUT); pinMode(trigger, OUTPUT); pinMode(echo, INPUT); sensorStation.write(90); //舵机复位至90? delay(6000); //上电等待6s后进入主循环 } //主程序 void loop() { read_ahead = readDistance(); //调用readDistance()函数读出前方距离Serial.println("AHEAD:"); Serial.println(read_ahead); //串行监视器显示机器人前方距离 if (read_ahead < no_good) //如果前方距离小于警戒值 { fastStop(); //就令机器人紧急刹车 waTch(); //然后左右查看，分析得出最佳路线 goForward(); //*此处调用看似多余，但可以确保机器人高速运转下动作的连贯性 }
自动避障小车课程教学设计
单片机系统课程设计 成绩评定表 设计课题：自动避障小车 学院名称：电气工程学院 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计地点：31-630 设计时间：
单片机系统课程设计 课程设计名称：自动避障小车 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 课程设计地点：31-630
课程设计时间： 单片机系统课程设计任务书
目录 1概述 ----------------------------------------------------------------------- 4 1.1研究背景------------------------------------------------------------- 4 1.2设计思想及基本功能 ------------------------------------------------- 4 2总体方案设计 -------------------------------------------------------------- 5 2.1方案论证------------------------------------------------------------- 4 2.2系统框图------------------------------------------------------------- 5 2.3总体方案设计 -------------------------------------------------------- 6 3硬件电路设计 -------------------------------------------------------------- 7 3.1电源电路------------------------------------------------------------- 9 3.2晶振电路------------------------------------------------------------ 10 3.3复位电路------------------------------------------------------------ 10 3.4键盘电路------------------------------------------------------------ 10 3.5显示电路------------------------------------------------------------ 10 3.6超声波测距电路----------------------------------------------------- 12 3.7舵机电路------------------------------------------------------------ 13 3.8电机驱动电路 ------------------------------------------------------- 13 3.9电机转速测量电路--------------------------------------------------- 15