哈工大2012测控系单片机课程设计说明书——超声波避障小车

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：学院班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书开题报告1绪论课题目的通过上学期单片机课程的学习，我们基本掌握了51单片机的基本使用方法，本学期开学初，单片机课程设计给了我们更大的挑战，课题的目的有以下几点。

●进一步熟练掌握单片机的使用方法、提高程序的编写能力●掌握单片机系统外扩器件的连接与使用●提高器件说明书以及时序过程的阅读、理解能力●掌握软件和硬件调试的基本技巧与方法1.1项目研究背景及意义在当今社会，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。

设计要求采用超声波模块实现小车避障功能，实现小车自动避障任务。

2主要设计内容及方案总体方案设计系统采用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。

系统总体的设计方框图如图2-1所示。

根据以上的总体方案设计，我们进行了主程序流程图的设计，下面为所设计的主程序的流程图。

其中DIS即为小车与障碍物的距离；图错误!文档中没有指定样式的文字。

2 主程序流程图主要模块的基本原理2.1.1 超声波探测模块超声波探测模块的基本原理及使用方法如下：IO口触发，给Sin口至少5~10us的高电平，启动测量；模块自动发送8个40Khz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口Sin输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*340）/ 2。

图2- 3 超声波探测模块时序图直流电机控制模块机器人的动作由伺服电机控制。

伺服电机与单片机接口的连接，图电机连接原理图和实际接线图，P1_0引脚的控制输出用来控制右的伺服电机，而P1_1则用来控制左边的伺服电机。

图2- 4 左、右电机连接图控制电机运动转速的是高电平持续的时间，当高电平持续时间为1.3ms时，电机顺时针全速旋转，当高电平持续时间1.7ms时，电机逆时针速旋转。

图2- 5 电机顺、逆时针旋转控制脉冲图所以可知，若令左、右车轮电机高电平持续时间为1.5ms时，小车将处于静止状态。

若令左车轮电机高电平持续时间为1.7ms，右车轮电机高电平持续时间为1.3ms时，则左车轮电机逆时针，右车轮电机顺时针，小车将会以最快的速度前进。

此时，若想改变小车的前进速度，则逐渐减小左电机的高电平时间，逐渐增加右电机的高电平时间，则可以减小车速。

同理可知，若令左车轮电机高电平持续时间为1.3ms，右车轮电机高电平持续时间为1.7ms时，则左车轮电机顺时针，右车轮电机逆时针，小车将会以最快的速度后退。

当需要转弯时，通过分析和测试我们可以知道，当小车想左转时，需令左右两轮均顺时针旋转，而当小车想右转时，需令左右两轮均逆时针旋转。

通过对直流电机模块的学习和了解，我已经了解了控制小车运动的方法。

需解决的关键问题关键问题首先是要学会使用超声波测距器件，根据老师所提供的知识，利用图像读懂超声波器件的工作时序，根据时序以及超声波测距器件的工作信号特点，并且结合单片机的定时器/计数器等功能，来顺利的完成小车对于前方障碍物距离的测量。

另一个比较关键的问题就是确定小车的避障方案，根据上方的主程序流程图，我们采用一种避障方案，在接下的设计中，我们需要对于该方案能否正确躲避障碍进行验证，并且需要不断思考，提出更多的更好的更有效的避障方案。

具体实施方案及程序2.4.1 程序初始化初始化函数中需要对定时器/计数器的模式进行设定，以及初始值的设定，流程图如下程序如下：void IO_init(void){EA=1;ET0=1;TMOD=0x11;//将T0定时器/计数器设置为16位计数模式TH0=0x00; //初始值为0TL0=0x00;TR0=0; //不开始计数}2.4.2 测距函数测距函数是本程序的比较关键的一个函数，需要根据仪器的本身特点来进行编程，流程图如下测距函数如下：void getx(unsigned char a) //测距函数{TH0=TL0=0; //初始值设置为0if(a){Sin=0; //Sin置0Sin=1; //Sin置1，并且延时一段时间，提供一个测距的触发脉冲delay_5us();Sin=0; //Sin重新置0}while(Sin);while(!Sin);//SIN信号从低电平变为高电平，此时跳出该循环TR0置1，开始计数TR0=1;while(Sin); /SIN信号从高电平变为低电平，此时跳出该循环TR0置0，停止计数TR0=0;LTime=TL0;HTime=TH0;Time=HTime*256+LTime; //将高8位乘以256加上低8位得到总值Dis=Time/(2*29); //计算出所差距离}2.4.3 主函数主函数的流程图如下主函数如下：void main() //主程序{IO_init(); //初始化while(1){getx(1); //测距if(Dis>=50) //如果距离大于50{Forward_fast(); //快速前进}else if(Dis>=10&&Dis<50) //如果距离在10与50之内{Forward_slow(); //慢速前进}else //否则，小于10，需转向避障{Left_90(); // 先左转90度getx(1); //测量距离if(Dis>=10) //如果距离大于10{Forward_slow(); //慢速前进}else //如果距离依旧小于10{Right_180(); //右转180getx(1); //测距if(Dis>=10) //如果此时距离小于10{Forward_slow(); //慢速前进}else //否则，继续调试{Right_90(); //右转90度}}}}}2.4.4 完整程序代码与注释#include<reg51.h>#include<intrins.h>sbit Sin=P1^5; //超声波模块控制端口sbit right=P1^0; //右轮控制信号sbit left=P1^1; //左轮控制信号unsigned int Dis,Time;unsigned char LTime,HTime;void IO_init(void){EA=1;ET0=1;TMOD=0x11;//将T0定时器/计数器设置为16位计数模式TH0=0x00; //初始值为0TL0=0x00;TR0=0; //不开始计数}void delay_nus(unsigned int i) //延时函数{i=i/10;while(--i);}void delay_5us() //短时间延时函数，为SIN高电平准备{_nop_();}void getx(unsigned char a) //测距函数{TH0=TL0=0; //初始值设置为0if(a){Sin=0; //Sin置0Sin=1; //Sin置1，并且延时一段时间，提供一个测距的触发脉冲delay_5us();Sin=0; //Sin重新置0}while(Sin);while(!Sin);//SIN信号从低电平变为高电平，此时跳出该循环TR0置1，开始计数TR0=1;while(Sin); /SIN信号从高电平变为低电平，此时跳出该循环TR0置0，停止计数TR0=0;LTime=TL0;HTime=TH0;Time=HTime*256+LTime; //将高8位乘以256加上低8位得到总值Dis=Time/(2*29); //计算出所差距离}void Forward_fast(void) //快速前进{left=1;delay_nus(1700);left=0;delay_nus(20000);right=1;delay_nus(1300);right=0;delay_nus(20000);}void Forward_slow(void) //慢速前进{left=1;delay_nus(1580); //减小左电机的高电平时间，增加右电机的高电平时间,减小速度left=0;delay_nus(20000);right=1;delay_nus(1420);right=0;delay_nus(20000);}void Left_90(void) //左转90度{unsigned int i=0;while(i<20){i++;left=1;delay_nus(1300); //令左、右两轮均顺时针转动left=0;delay_nus(20000);right=1;delay_nus(1300);right=0;delay_nus(20000);}}void Right_180(){unsigned int i=0;while(i<38){i++;left=1; //令左、右两轮均逆时针转动delay_nus(1700);left=0;delay_nus(20000);right=1;delay_nus(1700);right=0;delay_nus(20000);}}void Right_90() //令左、右两轮均逆时针转动{unsigned int i=0;while(i<20){i++;left=1;delay_nus(1700);left=0;delay_nus(20000);right=1;delay_nus(1700);right=0;delay_nus(20000);}}void main() //主程序{IO_init(); //初始化while(1){getx(1); //测距if(Dis>=50) //如果距离大于50{Forward_fast(); //快速前进}else if(Dis>=10&&Dis<50) //如果距离在10与50之内{Forward_slow(); //慢速前进}else //否则，小于10，需转向避障{Left_90(); // 先左转90度getx(1); //测量距离if(Dis>=10) //如果距离大于10{Forward_slow(); //慢速前进}else //如果距离依旧小于10{Right_180(); //右转180getx(1); //测距if(Dis>=10) //如果此时距离小于10{Forward_slow(); //慢速前进}else //否则，继续调试{Right_90(); //右转90度}}}}}结题报告1课题完成情况本超声波避障小车的设计基于单片机原理和传感器原理，以51单片机为主控芯片，采用直流电机为驱动元件，通过软件编程制作了一整套结构完整，功能模块化，反应较为灵敏的超声波避障小车。