毕业论文：智能避障小车
《2024年智能小车避障系统的设计与实现》范文
《智能小车避障系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的发展，智能小车已成为现代社会的重要组成部分。
在许多领域，如工业生产、救援和科研中，智能小车都能发挥出极大的作用。
智能小车的一个核心功能是其避障系统，它可以保障小车在运行过程中的安全性，同时也决定着小车的灵活性和适用性。
本文将介绍一个智能小车避障系统的设计与实现过程。
二、系统设计1. 硬件设计智能小车的硬件部分主要包括小车底盘、电机驱动、传感器等。
其中，传感器部分是避障系统的关键。
我们选择了超声波传感器作为主要的避障传感器，其优点是测量距离准确，且价格适中。
此外，我们还设置了红外线传感器作为辅助，以增加系统的适应性和稳定性。
2. 软件设计软件部分主要涉及传感器的数据处理、小车的运动控制等。
我们采用了模块化的设计思路，将系统分为传感器数据获取模块、数据处理模块、运动控制模块等几个部分。
其中，传感器数据获取模块负责获取传感器的数据，数据处理模块负责处理这些数据并做出判断，运动控制模块则负责根据判断结果控制小车的运动。
三、避障算法的实现避障算法是避障系统的核心。
我们采用了基于超声波传感器和红外线传感器的融合算法。
具体来说，首先通过超声波传感器获取小车与障碍物的距离信息，然后通过红外线传感器获取前方的物体信息。
接着，数据处理模块将两个传感器的数据融合处理，判断出是否存在障碍物以及障碍物的位置。
最后，运动控制模块根据判断结果控制小车的转向和速度。
在算法实现中，我们采用了模糊控制理论。
模糊控制可以处理不确定性的问题，使得我们的避障系统可以应对各种复杂的场景。
同时，我们还采用了PID控制算法来控制小车的速度和转向，以保证小车的稳定性和精度。
四、系统实现与测试我们首先在仿真环境中对避障系统进行了测试。
通过调整算法参数，我们使得小车在仿真环境中能够准确地识别出障碍物并做出相应的反应。
然后，我们在实际环境中对系统进行了测试。
在多种场景下，如光线变化、障碍物形状变化等，我们的智能小车都能稳定地运行，并成功避开障碍物。
(毕业论文设计)智能超声波避障小车的设计与制作(可编辑)
(毕业论文)智能超声波避障小车的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AbstractSmart 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 convenientdebug fast flexible system reflect correct and feasible design scheme each index is steady and reliable目录摘要IAbstract II目录III第一章绪论 111项目研究背景及意义 112项目主要研究容113设计思路114应用场合和功能2第二章总体方案 321总体方案概述 322 总体电路原理图 3第三章各模块功能介绍 431障碍物测距系统432显示模块533驱动模块1034电源模块12第四章软件设计1341 程序设计流程图1342 关键程序设计14第五章系统调试1751 调试的思路 1752 各模块的调试1753 调试心得19第六章结论与展望2061 结论 2062 展望 20致谢21参考资料22附录 231元器件清单232样机实物照片243电路原理图25相关程序26第一章绪论11项目研究背景及意义智能作为现代社会的新产物是以后的发展方向他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作无需人为管理便可以完成预期所要达到的或是更高的目标本设计主要体现多功能小车的智能模式设计中的理论方案分析方法及特色与创新点等可以为自动运输机器人采矿勘探机器人家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义同时小车可以作为玩具的发展对象为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的弥补实现经济收益形成商业价值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本智能小车系统最诱人的前景就是可用于未来的智能汽车上了当驾驶员因疏忽或打瞌睡时这样的智能汽车的设计就能体现出它的作用如果汽车偏离车道或距障碍物小于安全距离时汽车就会发出警报提醒驾驶员注意如果驾驶员没有及时作出反应汽车就会自动减速或停靠于路边这样的小车还可以用于月球探测等的无人探月车帮助我们传达月球上更多的信息让我们更加的了解月球为将来登月做好充分准备这样的小车在科学考察探测车上也有广阔的应用前景在科学考察中有很多危险且人们无法涉足的地方这时智能科学考察车就能够派上用场在它上面装上摄像机代替人们进行许多无法进行的工作12项目主要研究容本设计题目为智能避障小车设计主要研究小车的避障功能小车遇到障碍物时当距离障碍物大于40cmPWM信号自增驱动电机加速小车加速前进当小于30cm时PWM信号自减驱动电机减速小车减速前进并且小车采取相应的避障措施这里探测装置必不可少因为超声波在距离检测方面的较准确定位所以采用超声波传感器作为探测装置由于超声波遇到障碍物时发生像光一样的反射和散射在经过多次发射之后再回到超声波检测端口会产生较严重的路程差从而影响对距离的检测进而影响对障碍物的较准确定位通过软件部校准优化消除外部物理条件造成的误差从而达到对障碍物的较准确定位13设计思路直流电机PWM控制系统的主要功能包括实现对直流电机的加速减速并且可以调整电机的转速能够很方便的实现电机的智能控制主体电路即直流电机 PWM 控制模块这部分电路主要由 AT89S52 单片机的 IO 端口定时计数器外部中断扩展等控制直流电机的加速减速以及转弯并且可以调整电机的转速能够很方便的实现电机的智能控制其间是通过 AT89S52 单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298 驱动芯片来控制直流电机工作的该直流电机 PWM 控制系统由以下电路模块组成设计控制部分主要由 AT89S52 单片机的外部中断扩展电路组成直流电机PWM控制实现部分主要由电机和 L298 直流电机驱动模块组成设计显示部分LCD 数码显示部分实现对超声波测的距离的实时显示14应用场合和功能应用场合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同时在玩具的应用上深受小朋友的青睐功能本小车使用AT89S52单片机作为主控芯片它通过超声波测距来获取小车距离障碍物的距离并且用LED显示出来当小车与障碍物的距离大于40cm时小车会沿直线前进当小车与障碍物的距离小于30cm时小车转弯以避开障碍物并且此时蜂鸣器报警在避开障碍物后小车会沿直线前进第二章总体方案21总体方案概述本小车使用AT89S52单片机作为主控芯片它通过超声波测距来获取小车距离障碍物的距离并且用LCD显示出来当小车与障碍物的距离大于40cm时小车会沿直线前进当小车与障碍物的距离小于30cm时小车转弯以避开障碍物并且此时蜂鸣器报警在避开障碍物后小车会沿直线前进简要框图如图2-1图 21简要框图22 总体电路原理图第三章各模块功能介绍31障碍物测距系统方案一超声波视觉优点价格合理夜间不受影响易于多目标测量和分类分辨率好缺点测量围小对天气变化敏感不能直接测量距离算法复杂处理速度慢方案二激光雷达MMW雷达优点夜间不受影响不受灯光天气影响缺点对水灰尘灯光敏感价格贵探测障碍的最简单的方法是使用超声波传感器它是利用向目标发射超声波脉冲计算其往返时间来判定距离的算法简单价格合理所以我们选择超声波传感器超声波测距原理首先利用单片机输出一个40kHz的触发信号把触发信号通过TRIG管脚输入到超声波测距模块再由超声波测距模块的发射器向某一方向发射超声波在发射时刻的同时单片机通过软件开始计时超声波在空气中传播途中碰到障碍物返回超声波测距模块的接收器收到反射波后通过产生一个回应信号并通过ECHO脚反馈给单片机此时单片机就立即停止计时时序图如图1所示由于超声波在空气中的传播速度为340ms根据计时器记录的时间t就可以计算出发射点距障碍物的距离即S VT2通过单片机来算出距离图31超声波测距原理32显示模块方案一用LCD显示优点辐射小显示容多低耗能散热小显示的画面稳定不闪烁缺点不适合做图图像还原不好有可视围限制方案二用LED显示优点亮度高成本低缺点不能显示汉字显示容较少对于本课题的要求我们选择LCD实现功能显示容多低功耗显示画面稳定不闪烁硬件电路设计简单字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母数字符号等点阵式LCD目前常用161162202和402行等的模块下面以太阳人电子的1602字符型液晶显示器为例介绍其用法一般1602字符型液晶显示器实物如图图 3211602字符型液晶显示器1602LCD主要技术参数显示容量16×2个字符芯片工作电压4555V工作电流20mA 50V模块最佳工作电压50V字符尺寸295×435 W×H mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚无背光或16脚带背光接口各引脚接口说明如表所示编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1 VSS 电源地9 D2 数据 2 VDD 电源正极10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压11 D4 数据4 RS 数据命令选择12 D5 数据 5 RW 读写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据7 D0 数据15 BLA 背光源正极8 D1 数据16 BLK 背光源负极表-2-1引脚接口说明表第1脚VSS为地电源第2脚VDD接5V正电源第3脚VL为液晶显示器对比度调整端接正电源时对比度最弱接地时对比度最高对比度过高时会产生鬼影使用时可以通过一个10K 的电位器调整对比度第4脚RS为寄存器选择高电平时选择数据寄存器低电平时选择指令寄存器第5脚RW为读写信号线高电平时进行读操作低电平时进行写操作当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据第6脚E端为使能端当E端由高电平跳变成低电平时液晶模块执行命令第7～14脚D0～D7为8位双向数据线第15脚背光源正极第16脚背光源负极1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块部的控制器共有11条控制指令如表-2-2所示序号指令RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 置输入模式00 0 0 0 0 0 1 ID S 4 显示开关控制0 0 00 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 01 SC RL 6 置功能0 0 0 0 1 DL N F7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址8 置数据存贮器地址0 0 1 显示数据存贮器地址9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址10 写数到CGRAM或DDRAM 1 0 要写的数据容11 从CGRAM或DDRAM读数 1 1 读出的数据容表-2-2控制命令表1602液晶模块的读写操作屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的说明1为高电平0为低电平指令1清显示指令码01H光标复位到地址00H位置指令2光标复位光标返回到地址00H指令3光标和显示模式设置 ID光标移动方向高电平右移低电平左移 S屏幕上所有文字是否左移或者右移高电平表示有效低电平则无效指令4显示开关控制 D控制整体显示的开与关高电平表示开显示低电平表示关显示 C控制光标的开与关高电平表示有光标低电平表示无光标 B控制光标是否闪烁高电平闪烁低电平不闪烁指令5光标或显示移位 SC高电平时移动显示的文字低电平时移动光标指令6功能设置命令 DL高电平时为4位总线低电平时为8位总线 N低电平时为单行显示高电平时双行显示 F 低电平时显示5x7的点阵字符高电平时显示5x10的点阵字符指令7字符发生器RAM地址设置指令8DDRAM地址设置指令9读忙信号和光标地址 BF为忙标志位高电平表示忙此时模块不能接收命令或者数据如果为低电平表示不忙指令10写数据指令11读数据与HD44780相兼容的芯片时序表如下读状态输入RS LRW HE H 输出D0D7 状态字写指令输入RS LRW LD0D7 指令码E 高脉冲输出无读数据输入RS HRW HE H 输出D0D7 数据写数据输入RS HRW LD0D7 数据E 高脉冲输出无表-2-3基本操作时序表读写操作时序如图和所示图 322 读操作时序图 323 写操作时序33驱动模块方案一采用ULN2003驱动它是由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成具有同时驱动7组负载的能力一般用于高速大功率驱动电路所以我们不采用这个方案方案二采用由双极性管组成的H桥电路L298N用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态精确调整电机转速这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下则效率非常高H桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制电子开关的速度很快稳定性也很高而且它有更强的驱动能力L298N有过电流保护功能当出现电机卡死时可以保护电路和电机等L298N有过电流保护功能当出现电机卡死时可以保护电路和电机等所以我们选择L298N下图为L298部图图33L298部原理图L298各引脚功能如下表引脚功能115 SEN1SEN2 分别为两个H桥的电流反馈脚不用时可以接地23 1Y11Y2 输出端与对应输入端IN1IN2同逻辑 4 VS 驱动电压最小值需比输入的低电平电压高25V 57 IN1IN2 输入端TTL电平兼容611 EN1EN2 使能端低电平禁止输出8 GND 地9 VSS 逻辑电源457V 1012 IN3IN4 输入端TTL电平兼容1314 2Y12Y2 输出端与对应输入端IN3IN4同逻辑表3-3-1 封装引脚及功能驱动电机的运行IO端口状态与电机制动对照表如下IN1 IN2 IN3 IN4 EN1 EN2 转速 1 0 1 01 1 正转0 1 0 1 1 1 反转 1 1 1 1 11 停止0 0 0 0 1 1 停止X X X X 0 0停止表3-3-2 IO端口状态与电机制动对照表34电源模块我们选择采用5v的独立的稳压电源优点稳定可靠且有各种成熟电路可供选用缺点各模块都采用独立电源会使系统复杂且可能影响电路电平综合电源模块的缺优点和电路的实际需求我们采用了两块独立稳压电源一块给小车的电机驱动供电一块给小车的芯片供电这样弥补了单个独立电源供电出现电力不足的情况第四章软件设计41 程序设计流程图本设计系统软件采用模块化结构由主程序、定时子程序电机驱动子程序、中断子程序显示子程序、算法子程序构成主程序流程图如图41所示图 41主程序流程图42 关键程序设计PWM产生程序设计void Timer2 void interrupt 5TF2 0RCAP2H 0x0feRCAP2L 0x33clickif click 100 click 0if click ZK1PWM1 1elsePWM1 0if click ZK2 PWM2 1elsePWM2 02超声波的发射与接受程序设计void zd3 interrupt 3TH1 0x0f8TL1 0x30timerif timer 200timer 0TX 1_nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop_TX 031602的初始化程序的设计void ini_lcd1602write_lcd1602 0x380delay 1write_lcd1602 0x0c0delay 1write_lcd1602 0x060delay 1write_lcd1602 0x010delay 141602的写程序的设计void write_lcd1602 uchar cmduchar ilcd_mangrs irw 0e 0_nop__nop_e 1_nop__nop_P0 cmd_nop__nop__nop__nop_e 051602的判忙程序的设计void lcd_mangrs 0rw 1e 1_nop__nop__nop__nop_while P00x80e 0第五章系统调试51 调试的思路本设计的智能避障小车一共分为四大模块分别是L298驱动模块超声波测距模块LCD显示模块以及蜂鸣器报警模块调试的时候我们可以把四大模块分别调试最后再把所有模块组合起来再进行最后的整机调试这样一个调试的思路52 各模块的调试521 LCD的调试首先根据电路图将显示模块焊好再用万用表检查电路是否出现短路一切都正常的情况下将LCD测试程序烧到芯片中观察LCD的显示是否正确如图521一开始可能什么都不显示这个时候我们只需调整LCD 3脚的变阻器阻值即可图 521LCD测试图522 超声波的调试超声波模块一共有四个脚一个是VCC一个是GND还有两个分别是超声波的发射和接收引脚连接电路时候只需引出四根插线分别连接到89S52的对应引脚烧制好测试程序测试结果图如522本设计四根插线分别连接到VCCGND还有发射和接收引脚分别为P30和P32口图 522超声波测试图523 蜂鸣器报警调试蜂鸣器的连接很简单只需用一个PNP管来做驱动当低电平到来时蜂鸣器发出声音当高电平到来时没有声音本设计中蜂鸣器连接到P34口如图523所示图523蜂鸣器报警电路53 调试心得通过系统的调试我们可以学到更多的知识我们也可以发现仿真和实物调试不同的地方程序设计的结果可能往往和实物调试出的结果不一样这就需要我们去思考去斟酌去改进以达到预期效果通过程序和硬件的调试我们可以更深刻的理解各功能模块之间的联系也可以明白各调试的步骤在调试的过程中我也遇到许多问题例如我在宿舍调试好小车之后带到班级时候在插上电源试图让小车跑起来时候发现超声波模块失去了作用LCD不再显示数据了后来我用电脑USB口供电发现也不可以检查了许久才发现是超声波模块上的电源线和地线的两根插线出现了断路换线之后LCD正常显示数值小车正常行驶整个调试过程需要硬件和软件结合起来调试要仔细检查电路认真思考程序硬件部分调试的步骤检查原理图连接是否正确用万用表检查是否有虚焊引脚短路现象检查原理图与上引脚是否一致680欧的电阻焊成了68千欧这使我深深感受到理论与实际间的差距在调试过程中发现插上编程器后不能烧制程序通过检查电路发现AT89S52芯片的使能端没有接VCC改好之后重新烧制发现还是不可以通过再次检查发现是共阴管的驱动芯片74LS245的引脚出现焊接错误通过这些调试提高了我检查电路的能力以及巩固了电路图的知识通过这样的设计提高了我的动手能力每天在实验室除了焊接线路板还可以上机编程使我软件调试知识也提高了本设计采用的是89S52单片机这主要是因为该单片机的稳定性比较好还可以采用其它系列的单片机比如采用陵阳单片机就可以简化编程但其稳定性不是很好62 展望1在本课题的基础上我们可以在小车的底座下面装一个吸尘装置这样就可以在小车行驶的过程中吸除一些预先放好的小纸屑2设计出两辆小车一辆小车放在另一辆的前面当前面一辆小车起动时候后面一辆小车也起动前面一辆小车转弯的时候后面一辆也跟着转弯前面一辆小车停止时后面一辆也跟着停止致谢历时三个月的毕业设计已经告一段落经过自己不断的搜索努力以及白老师的耐心指导和热情帮助本设计已经基本完成在这段时间里白老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩他的指导使我受益非浅通过这次毕业设计使我深刻地认识到学好专业知识的重要性也理解了理论联系实际的含义并且检验了大学四年的学习成果虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练但是我将在以后的工作和学习中继续努力不断完善这三个月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程为今后的发展打下了良好的基础由于自身水平有限设计中一定存在很多不足之处敬请各位老师批评指正参考资料1 负图传感器集成电路手册第一版化学工业2004590～5912华MCS-51系列单片机实用接口技术第三版1997年3红润实用自动控制科技大学1990年1月4康华光电子技术基础高等教育1983年10月5潘新民微型计算机控制技术人民邮电技术1988年3月6依军单片机微型接口技术人民邮电技术1989年3月7广弟单片机基础航空航天大学20018汉才单片机原理及其接口技术清华大学19969王毅单片机器件应用手册人民邮电1995附录1元器件清单序号元件名称数量参数 1 AT89S52单片机12 超声波模块 13 L298n 14 智能避障小车底盘 15 蜂鸣器 16 LCD液晶屏 1 2样机实物照片3电路原理图相关程序includeincludedefine uchar unsigned chardefine uint unsigned intunsigned char isbit rs P26 定义引脚sbit rw P25sbit e P27sbit TX P30 触发信号引脚sbit FM P34sbit PWM1 P36 pwm信号输出sbit PWM2 P37static char click 0unsigned char ZK1ZK2unsigned int time 0unsigned int timer 0unsigned long Sbit flag 0unsigned char code ASCII[19] 0123456789-MJU LI static unsigned char DisNum 0 显示用指针unsigned long S 0unsigned char disbuff[11] 0void Conut voidtime TH0256TL0TH0 0TL0 0S time17 100disbuff[0] 13disbuff[1] 14disbuff[2] 15disbuff[3] 16disbuff[4] 17disbuff[5] 18disbuff[6] S1000100disbuff[7] 10disbuff[8] S100010010disbuff[9] S100010 10disbuff[10] 12void delay_1 void 误差 0usunsigned char abfor b 215b 0b--for a 45a 0a--void delay uchar auchar iwhile a--for i 0i 250i_nop__nop__nop__nop_判忙void lcd_mangrs 0rw 1e 1_nop__nop__nop__nop_while P00x80e 01602的写void write_lcd1602 uchar cmduchar i 当i为0的时候为向1602写指令为1写数据lcd_mangrs irw 0e 0_nop__nop_e 1_nop__nop_P0 cmd_nop__nop__nop__nop_e 01602的初始化void ini_lcd1602write_lcd1602 0x380delay 1write_lcd1602 0x0c0delay 1write_lcd1602 0x060delay 1write_lcd1602 0x010delay 1void Timer2InterruptRCAP2H 0x0feRCAP2L 0x33ET2 1 允许T2定时器中断EA 1 打开总中断TR2 1 启动T2定时器void zd0 interrupt 1flag 1void zd3 interrupt 3 T1中断用来扫描数码管和计800MS启动模块TH1 0x0f8TL1 0x30timerif timer 200timer 0TX 1 800MS 启动一次模块_nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop__nop_TX 0void Timer2 void interrupt 5TF2 0 T2定时器发生溢出中断时需要用户自己清除溢出标记RCAP2H 0x0feRCAP2L 0x33 恢复定时器初始值clickif click 100 click 0if click ZK1PWM1 1elsePWM1 0if click ZK2 PWM2 1elsePWM2 0主函数void mainTMOD 0x19 设T0为方式1GATE 1 TH0 0TL0 0TH1 0x0f8 2MS定时TL1 0x30ET0 1 允许T0中断ET1 1 允许T1中断TR1 1 开启定时器Timer2InterruptEA 1 开启总中断ZK1 20ZK2 20ini_lcd1602while 1while INT0 0 当RX为零时等待TR0 1while INT0 1 当RX为1计数并等待TR0 0 关闭计数Conut 计算if S 40 控制加速FM 1P1 0xafZK1 ZK1-5ZK2 ZK2-5elseif S 30 控制转向FM 0ZK1 ZK15ZK2 ZK25P1 0X8Fdelay_1if ZK1 99 ZK1 1if ZK1 1 ZK1 10if ZK2 99 ZK2 1if ZK2 1 ZK2 10write_lcd1602 0x800for i 0i 10iwrite_lcd1602 ASCII[disbuff[i]]1- III -- 31 -。
智能小车毕业论文
智能小车毕业论文智能小车毕业论文引言：随着科技的不断进步，智能小车作为一种新兴的交通工具，逐渐进入了人们的视野。
智能小车以其自主导航、智能感知等特点，为人们的出行提供了更加便捷和安全的选择。
本篇论文将探讨智能小车的发展现状、技术原理以及未来的发展前景。
一、智能小车的发展现状智能小车的发展可以追溯到上世纪，但直到最近几年才迎来了爆发式的增长。
目前，世界各地的科技公司都在积极研发智能小车，如特斯拉、谷歌等。
这些智能小车利用激光雷达、摄像头等传感器，通过感知周围环境，实现自主导航和避障。
同时，智能小车还可以通过云端数据分析，实现智能交通管理和路况预测等功能。
二、智能小车的技术原理智能小车的核心技术包括自主导航、智能感知和智能决策。
自主导航是指智能小车能够根据预设的目标和地图信息，自主规划路径并实现准确的导航。
智能感知是指智能小车通过传感器对周围环境进行感知和识别，包括道路、障碍物、行人等。
智能决策是指智能小车根据感知到的信息，通过算法和模型进行决策，如避障、超车等。
三、智能小车的应用领域智能小车的应用领域广泛，包括城市交通、物流配送、农业等。
在城市交通领域，智能小车可以实现自动驾驶，减少交通事故和拥堵问题。
在物流配送领域，智能小车可以实现自动化的货物运输，提高效率和准确性。
在农业领域，智能小车可以用于农田的巡视和作物的采摘，提高农业生产的效益。
四、智能小车的挑战和未来发展虽然智能小车在技术上取得了一定的突破，但仍然面临着一些挑战。
首先是安全性问题，智能小车在自主导航和避障等方面仍有待提高，需要进一步优化算法和传感器技术。
其次是法律和道德问题，智能小车的出现引发了一系列的法律和道德争议，如自动驾驶时的责任问题等。
未来，智能小车的发展需要政府、企业和学术界的共同努力，加强技术研发和法律法规的制定。
结论：智能小车作为一种新兴的交通工具，具有巨大的发展潜力。
通过自主导航、智能感知和智能决策等技术，智能小车可以为人们的出行提供更加便捷和安全的选择。
智能循迹避障小车论文
自动化专业导论智能循迹避障小车学生姓名：学号：指导教师：目录摘要引言第一章绪论1.1智能小车的背景1.2智能小车的现状第二章设计方案2.1设计任务2.2方案及轨道选择2.3智能小车元件介绍第三章硬件设计3.1总体设计3.2驱动电路3.3信号检测模块3.4主控线路第四章软件设计4.1主程序模块4.2电机驱动程序4.3循迹模块4.4避障模块第五章制作安装与调试作品总结致谢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；红外对管引言2004年1月3日和1月24日肩负着人类探测火星使命的“勇气”号和“机遇”号在火星不同区域着陆，并于2004年4月5日和2004年4月26 日相继通过所有“考核标准”。
火星车能够在火星上自主行驶：当火星车发现值得探测的目标，它会驱动六个轮子向目标行驶；在检测到前进方向上的障碍后，火星车会去寻找可能的最佳路径。
据悉，中国的登月计划分三步进行：第一步，发射太空实验室和寻找贵重元素的月球轨道飞行器；第二步，实现太空机器人登月；第三步，载人登月。
随着“神舟”系列飞船和“嫦娥”月球探测卫星的成功发射，第一步接近成熟；第二步中太空机器人登月计划中的太空机器人应该能在月球上自主行驶，进行相关探测。
因此对于我国来说，类似于美国“勇气”号和“机遇”号火星车的智能车技术研究也显得迫在眉睫。
目前，城市交通的安全问题己引起各国政府有关部门的高度重视和全民的关注，专家、学者在分析城市交通事故的原因时，普遍认为事故原因主要包括：人员素质、运输车辆、道路环境和管理法规等四个方面，而车辆性能的提高即研发高性能的智能汽车是其中很重要的一个环节。
美国研究认为，包括智能汽车研究在内的智能运输系统对国家社会经济和交通运输有着巨大的影响，其意义和价值在于：大量减少公路交通堵塞和拥挤，降低汽车的油耗，可使城市交通堵塞和拥挤造成的损失分别减少25％-40％左右，大大提高了公路交通的安全性及运输效率，促进了交通运输业的繁荣发展。
智能避障小车毕业论文
智能避障小车毕业论文智能避障小车毕业论文引言：随着科技的不断进步，智能机器人在各个领域的应用越来越广泛。
智能避障小车作为机器人领域的重要研究方向之一，具有广阔的发展前景。
本篇论文将围绕智能避障小车展开讨论，并探讨其在未来的应用前景。
1. 智能避障小车的背景和意义智能避障小车是一种能够通过传感器感知周围环境并避免障碍物的机器人。
它的研究和应用对于提高自动化程度、减少人力资源浪费具有重要意义。
智能避障小车可以应用于工业生产线、仓储物流、军事侦察等领域，为人们的生产和生活带来巨大的便利。
2. 智能避障小车的技术原理智能避障小车主要依靠传感器和控制系统实现。
传感器可以通过激光、红外线、超声波等方式感知周围环境，将感知到的数据传输给控制系统。
控制系统根据传感器的数据分析判断，控制小车的运动方向和速度，以避开障碍物。
其中，路径规划、障碍物检测和避障算法是智能避障小车的核心技术。
3. 智能避障小车的关键技术挑战智能避障小车的研究面临着一些技术挑战。
首先，传感器的准确性和稳定性对于小车的运行至关重要，需要解决传感器误差和干扰问题。
其次，路径规划算法需要考虑到环境的复杂性和实时性，以确保小车能够快速、准确地避开障碍物。
此外，障碍物检测算法的高效性和鲁棒性也是需要解决的难题。
4. 智能避障小车的应用前景智能避障小车在工业生产、物流仓储、军事侦察等领域具有广泛的应用前景。
在工业生产中，智能避障小车可以替代人工搬运，提高生产效率和安全性。
在物流仓储领域，智能避障小车可以实现自动化仓储和物流运输，减少人力资源浪费。
在军事侦察中，智能避障小车可以代替士兵进行侦察任务，提高作战效果和保障士兵的安全。
结论：智能避障小车作为机器人领域的重要研究方向，具有广阔的发展前景。
通过不断改进传感器技术、控制系统和算法，智能避障小车将在各个领域发挥重要作用，为人们的生产和生活带来更多的便利。
未来，我们可以期待智能避障小车的更加智能化、高效化和多功能化的发展。
毕业论文智能循迹避障小车
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黄 冈 师 范 学 院
本科生毕业 论文
题 目:基于51单片机的循迹避障小车的设计
专业班级：电子信息工程2012级０2班
学号：2
学生姓名:郭凯军
一个拥有感知环境、规划决策，自动驾驶等功能的综合系统,构成了今天的智能车。它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术［２]，是典型的高新技术综合体。在原有车辆系统的基础上,智能车添加了一些高新智能技术设备,如
１）用于完成来自外部传感器所获取的道路信息的预处理、分析、识别等工作的计算机处理系统;
指导教师：丁汝春
论文完成日期:2016年５月
郑重声明
本人的毕业论文是在指导老师丁汝春的指导下独立撰写并完成的。毕业论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为,如果有此现象发生，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任；并可通过网络接受公众的查询。特此郑重声明。
毕业论文作者（签名)：郭凯军
２)传感器，用来获得道路实时状况信息的智能车眼睛;
随着微电子技术的不断发PU、存储器、定时器／计数器、并行和串行接口、Ａ/D转换器、Ｄ/A转换器等多种电路，而且体积越来越小，功耗越来越低,这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统[3]。这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展，目前的机器人技术发展异常迅速，已经出现了各种各式的用于各种用途的机器人了，机器人的设计与制造已经不是很高难度的事情了，已经具有普及性了。
Keyｗords：Smartcar; AT8９C51;Ｐｈotoeleｃｔrｉcsｅnsｏr; L29８Ｎ
避障小车毕业论文
避障小车毕业论文避障小车的研究与设计摘要避障小车是一种可以自主避开障碍物的智能小车，其具有重要的应用价值。
本文从机器人控制原理、图像处理技术以及硬件设计等方面出发，对避障小车的设计及其实现方法进行了详细论述。
在硬件设计方面，本文采用了单片机控制器进行控制，采用了基于超声波和红外线的避障传感器，以及直流电机进行驱动。
在软件系统设计方面，本文采用了C语言进行编写，针对避障小车实现了避障、控制、传感器数据处理等功能。
通过实验验证，本文的避障小车能够比较准确地避开障碍物，具有一定的实用价值。
关键词：机器人控制原理、图像处理、硬件设计、软件设计、避障小车AbstractThe obstacle-avoiding robot car is an intelligent car that can autonomously avoid obstacles, with significant application value. This paper elaborates on the design and implementation methods of the obstacle-avoiding small car from the aspects of robot control principle, image processing technology, and hardware design. Interms of hardware design, this paper uses a single-chip microcontroller for control, obstacle-avoiding sensors based on ultrasonic and infrared, and DC motors for driving. In the software system design aspect, this paper uses C language for writing, and realizes the functions of obstacle avoidance, control, and sensor data processing for the obstacle-avoiding small car. Through experiments, the obstacle-avoiding small car in this paper can accurately avoid obstacles and has practical value.Keywords: robot control principle, image processing, hardware design, software design, obstacle-avoiding car引言随着人工智能的发展，智能小车在日常生活和工业环境中得到了广泛的应用。
自动避障循迹小车毕业论文
自动避障循迹小车毕业论文自动避障循迹小车毕业论文目录1 绪论 (1)1.1智能小车的研究与意义 (1)1.2智能小车的现状 (3)1.2.1国外移动机器人研究 (3)1.2.2国移动机器人的状况 (4)1.2.3小车避障现状综诉 (4)1.2.4智能小车的现状 (4)1.3论文研究容与主要结构 (5)1.3.1基于单片机控制的智能循迹避障小车 (5)1.3.2文章主要结构 (5)2 方案选型设计 (6)2.1车体设计 (6)2.2电机驱动设计 (6)2.2.1电机选择 (6)2.2.2驱动选择 (7)2.2.3H桥式电路工作原理 (9)2.2.4PWM调速技术 (9)2.3循迹模块 (9)2.3.1光电传感器的工作原理 (9)2.3.2光电传感器的分类和工作方式 (9)2.3.3光电传感器的选择 (10)2.4避障模块 (11)2.4.1超声波测距的原理 (11)2.4.2超声波传感器的分类 (12)2.4.3超声波测距特点 (12)2.4.4超声波模块选择 (13)2.5显示模块 (14)2.5.1数码管的结构及工作原理 (14) 2.5.2数码管的选择 (15)2.6控制系统模块 (15)2.6.1单片机的发展 (15)2.6.2AT89C52单片机的简单介绍 (17)2.7电源模块 (17)3 硬件设计 (18)3.1总体设计 (18)3.1.1小车总体概述 (18)3.1.2小车总体设计框图 (19)3.2驱动电路设计 (19)3.3信号检测模块电路设计 (21)3.3.1循迹模块信号检测电路 (21)3.3.2壁障模块和显示信号检测电路 (22) 3.4显示模块电路设计 (24)3.5主控电路设计 (27)3.5.1单片机最小系统设计 (27)3.5.2主控电路图 (30)4 软件设计 (31)4.1主程序设计 (31)4.1.1主程序框图 (31)4.1.2主程序流程图 (32)4.2循迹模块程序设计 (33)4.3显示模块程序设计 (33)4.4避障模块程序设计 (34)5 制作安装与调试 (35)5.1小车的安装 (35)5.2小车的调试 (35)5.3智能小车的功能 (36)结论 (37)参考文献 (38)附录： (40)中文译文 (44)致谢 (52)1 绪论1.1智能小车的研究与意义移动机器人是机器人领域的一个分支，他的研究始于60年代末期，斯坦福研究院（SRI）的Nits Nilssen和Charles Rosen 等人，在1966年至1972年间研制出了名为Shake的自主移动机器人[1]。
《2024年智能小车避障系统的设计与实现》范文
《智能小车避障系统的设计与实现》篇一一、引言智能小车避障系统作为人工智能在车辆技术上的一个应用，其在当前及未来的技术发展趋势中，显得尤为关键和重要。
这一系统的核心目的是确保小车在未知的环境中可以自动、智能地避障，减少可能的碰撞危险。
本文主要对智能小车避障系统的设计与实现进行了深入的研究和探讨。
二、系统设计1. 硬件设计硬件部分主要包括小车底盘、电机驱动、传感器模块（如超声波传感器、红外传感器等）、微控制器（如Arduino或Raspberry Pi）等。
其中，传感器模块负责检测障碍物，微控制器负责处理传感器数据并控制电机驱动，使小车能够根据环境变化做出反应。
2. 软件设计软件部分主要分为传感器数据处理、路径规划和避障算法三个模块。
传感器数据处理模块负责收集并处理来自传感器模块的数据；路径规划模块根据环境信息和目标位置规划出最优路径；避障算法模块则根据实时数据调整小车的行驶方向和速度，以避免碰撞。
三、系统实现1. 传感器数据处理传感器数据处理是避障系统的关键部分。
我们采用了超声波和红外传感器，这两种传感器都能有效地检测到一定范围内的障碍物。
通过读取传感器的原始数据，我们可以计算出障碍物与小车的距离，进而做出相应的反应。
2. 路径规划路径规划模块使用Dijkstra算法或者A算法进行路径规划。
这两种算法都可以根据已知的地图信息和目标位置，规划出最优的路径。
在小车行驶过程中，根据实时数据和新的环境信息，路径规划模块会实时调整规划出的路径。
3. 避障算法避障算法是智能小车避障系统的核心部分。
我们采用了基于PID（比例-积分-微分）控制的避障算法。
这种算法可以根据障碍物的位置和速度信息，实时调整小车的行驶方向和速度，以避免碰撞。
同时，我们还采用了模糊控制算法进行辅助控制，以提高系统的稳定性和鲁棒性。
四、系统测试与结果分析我们对智能小车避障系统进行了全面的测试，包括在不同环境下的避障测试、不同速度下的避障测试等。
基于51单片机智能巡线避障小车毕业论文
基于51单片机智能巡线避障小车1系统方案确定及主要元件的选择1.1 系统方案确定本次设计的智能小车实现的基本功能如下：❖实时检测路径，并按照指定路线行驶；❖实时检测障碍物，并躲过继续行驶；❖实时显示当前速度，并显示在lcd1602上为此以AT89C52为主控芯片，主要包括避障模块、电源模块、声控模块、电机驱动模块等，系统框图如图2.3所示。
通过寻迹及避障传感器来采集周围环境信息来反馈给CPU，通过主控的处理，来控制电机的运转，从而实现寻迹与避障，达到智能行驶。
且本设计添加了声控效果，通过声音传感器来对小车发出指令，让其行驶与停止。
为了能够更好地完成本次设计任务，我们采用三轮车，其前轮驱动，前轮左右两边各用一个电机驱动，调制前面两个轮子的转速起停从而达到控制转向的目的，后轮是万象轮，起支撑的作用，并通过软件程序控制，与硬件架构相结合，从而实线自动寻迹、避障的功能。
1.2 主要元件的选择1.2.1 主控器按照题目要求，控制器主要用于控制电机，通过相关传感器对路面的轨迹信息进行处理，并将处理信号传输给控制器，然后控制器做出相应的处理，实现电机的前进和后退，保证在允许范围内实线寻迹避障。
方案一：可以采用ARM为系统的控制器，优点是该系统功能强大，片上外设集成度搞密度高，提高了稳定性，系统的处理速度也很高，适合作为大规模实时系统的控制核心。
而小车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高。
若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。
方案二：使用51单片机作为整个智能车系统的核心。
用其控制智能小车，既可以实现预期的性能指标，又能很好的操作改善小车的运行环境，且简单易上手。
对于我们的控制系统，核心主要在于如何实现小车的自动控制，对于这点，单片机就拥有很强的优势——控制简单、方便、快捷，单片机足以应对我们设计需求[5]。
51单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，功耗低、体积小、技术成熟，且价格低廉。
《2024年智能小车避障系统的设计与实现》范文
《智能小车避障系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的飞速发展，智能小车避障系统在日常生活及各种工业领域的应用愈发广泛。
通过应用人工智能技术，这类系统可以在没有人工操作的情况下自动避障。
本文旨在深入探讨智能小车避障系统的设计理念和实现过程。
二、系统设计目标与基本原理1. 设计目标：本系统设计的主要目标是实现小车的自主避障，提高小车在复杂环境中的运行效率和安全性。
2. 基本原理：系统主要依赖于传感器进行环境感知，通过算法对获取的信息进行处理，从而实现避障功能。
三、系统设计1. 硬件设计硬件部分主要包括小车底盘、电机驱动、传感器（如超声波传感器、红外传感器等）、微控制器等。
其中，传感器负责获取环境信息，微控制器则负责处理这些信息并发出控制指令。
(1) 小车底盘：选用轻便且稳定的底盘，以适应各种路况。
(2) 电机驱动：采用高性能的电机驱动，保证小车的运动性能。
(3) 传感器：选用精确度高、抗干扰能力强的传感器，如超声波传感器和红外传感器。
(4) 微控制器：选用处理速度快、功耗低的微控制器，如Arduino或Raspberry Pi。
2. 软件设计软件部分主要包括传感器数据采集、数据处理、路径规划、控制指令发出等模块。
(1) 传感器数据采集：通过传感器实时获取环境信息，如障碍物的位置、距离等。
(2) 数据处理：微控制器对获取的信息进行处理，识别出障碍物并判断其位置和距离。
(3) 路径规划：根据处理后的信息，规划出避开障碍物的路径。
(4) 控制指令发出：根据路径规划结果，发出控制指令，驱动小车运动。
四、系统实现1. 传感器数据采集与处理：通过传感器实时获取环境信息，利用微控制器的处理能力对信息进行筛选、分析和处理，识别出障碍物并判断其位置和距离。
这一过程主要依赖于编程语言的运算和逻辑处理能力。
2. 路径规划：根据传感器获取的信息，结合小车的当前位置和目标位置，通过算法规划出避开障碍物的最优路径。
这一过程需要考虑到小车的运动性能、环境因素以及实时性要求等因素。
《2024年智能小车避障系统的设计与实现》范文
《智能小车避障系统的设计与实现》篇一一、引言在当代科技的迅猛发展中，无人驾驶与自动控制技术正逐步改变我们的生活方式。
智能小车避障系统作为无人驾驶技术的重要组成部分，其设计与实现对于提升小车的自主导航能力和安全性具有重要意义。
本文将详细阐述智能小车避障系统的设计思路、实现方法及其实验结果。
二、系统设计1. 硬件设计智能小车避障系统硬件部分主要包括小车底盘、电机驱动模块、传感器模块和电源模块。
其中，传感器模块是避障系统的核心，通常包括红外线传感器、超声波传感器或摄像头等，用于检测前方障碍物。
（1）小车底盘：采用轻质材料制成，保证小车在行驶过程中的稳定性和灵活性。
（2）电机驱动模块：采用舵机或直流电机驱动小车行驶。
（3）传感器模块：根据需求选择合适的传感器，如红外线传感器可检测近距离障碍物，超声波传感器适用于检测较远距离的障碍物。
（4）电源模块：为整个系统提供稳定的电源供应。
2. 软件设计软件部分主要包括控制系统和算法部分。
控制系统采用微控制器或单片机作为核心处理器，负责接收传感器数据并输出控制指令。
算法部分则是避障系统的关键，包括障碍物检测、路径规划和控制策略等。
（1）障碍物检测：通过传感器实时检测前方障碍物，并将数据传输至控制系统。
（2）路径规划：根据传感器数据和小车的当前位置，规划出最优的行驶路径。
（3）控制策略：根据路径规划和传感器数据，输出控制指令，控制小车的行驶方向和速度。
三、实现方法1. 传感器选择与安装根据实际需求选择合适的传感器，并安装在合适的位置。
例如，红外线传感器可安装在车头，用于检测前方近距离的障碍物；超声波传感器可安装在车体侧面或顶部，用于检测较远距离的障碍物。
2. 控制系统搭建搭建控制系统硬件平台，包括微控制器、电机驱动模块等。
将传感器与控制系统连接，确保数据能够实时传输。
3. 算法实现编写算法程序，实现障碍物检测、路径规划和控制策略等功能。
可采用C语言或Python等编程语言进行编写。
智能循迹避障小车毕业论文
智能循迹避障小车摘要：本设计是一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车系统，包括小车系统构成软硬件设计方法。
小车以STC89C52单片机为控制核心, 用L298N驱动小车的两个直流电动机，用单片机产生PWM波，控制小车速度。
利用红外对管对路面黑色轨迹和障碍物进行检测,并将路面检测信号反馈给单片机。
单片机对采集到的信号予以分析判断,及时控制驱动直流电机以调整小车转向,从而使小车能够避开障碍物沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动寻迹的目的。
关键词：智能小车；STC89C52单片机；L298N；红外对管Intelligent tracking and obstacle-avoid car(Electrical Engineering College, Longdong University, Qingyang 745000, Gansu, China) Abstract：This design is a kind of automatic tracing based on single-chip microcomputer control system used, including trolley systems hardware and software design method. Car STC89C52 single chip microcomputer to control the core, L298N driving two DC motors for car, monolithic integrated circuit PWM wave, controlling car speed. Using infra-red tube black track and detect obstacles on pavement and pavement detection signal back to the MCU. MCU on the collected signals analysis, control drive DC motors to adjust the car turning in a timely manner, so as to enable the car to avoid the obstacles along the black path automatically, achieve the purpose of car automatic tracing.Keywords: Smart Car; STC89C52 MCU; L298N; Infrared Emitting Diode1.引言 (3)2.方案设计与论证 (3)2.1 主控系统 (3)2.2 电机驱动模块 (4)2.3 循迹模块 (5)2.4 避障模块 (6)2.5 机械系统 (7)2.6电源模块 (7)3.硬件设计 (7)3.1总体设计 (7)3.2驱动电路（参考文献[4]） (8)3.3信号检测模块 (9)3.4主控电路 (10)4.软件设计 (11)4.2电机驱动程序 (11)4.3循迹模块 (12)P0_0=!P0_0; (13)P0_1=!P0_1; (14)4.4避障模块 (14)5.制作安装与调试 (18)5.1 PCB的设计制作与安装 (18)结束语 (18)参考文献 (19)1.引言随着机械自动化的不断发展，人们在生活的各个方面都希望能够利用自动化的操作来提高工作效率，使生产发展能够得到不断的提高。
毕业论文智能超声波避障小车的设计与制作可编辑
毕业论文智能超声波避障小车的设计与制作可编辑一、绪论随着人工智能技术的不断发展，智能化的机器人越来越受到人们的关注。
而智能超声波避障小车就是其中一种。
其可以通过自动感知周围环境的障碍物，从而自主避开障碍物，实现自动化控制。
因此，设计一款智能超声波避障小车既可以满足人们对于机器人智能化的需求，也可以为未来机器自动化服务提供实用性的技术。
本文将介绍智能超声波避障小车的设计与制作。
首先，介绍超声波避障技术的原理，并详细讲解避障小车的硬件设计和软件设计。
最后，对避障小车的实现效果进行评估和总结。
二、超声波避障技术原理超声波避障技术是指利用超声波的运动特性实现物体避障的一种技术。
超声波在空气中传播速度快，同时传播能力强，能够在空气中传播500多米。
其利用超声波传播并测量回波时间的原理实现避障。
超声波避障小车需要具备两个超声波传感器：一个用于检测前方障碍物，另一个用于检测小车左右两侧障碍物。
当小车检测到前方或左右两侧的障碍物时，避障小车会停止运动，并通过电机控制实现左转或右转来避免碰撞。
三、硬件设计避障小车的硬件主要分为四个部分：车身结构、电机模块、超声波模块和电源模块。
1. 车身结构设计车身结构是汽车设计的基础，同样也是避障小车设计的基础。
车身结构可以由木板或者3D打印部件制成。
为了避免障碍物的干扰，车身需要封闭，但是保证超声波传感器可以正常工作。
2. 电机模块设计电机是小车的动力来源，因此电机的设计至关重要。
选用高扭矩的直流电机，可以保证小车在运动时的平稳性和速度。
同时，需要选用电机驱动控制芯片和电机驱动器电路，以保证电机能够按照程序控制的方向和速度旋转。
3. 超声波模块设计超声波传感器是避障小车的核心部件，能够检测前方障碍物。
超声波传感器具有测量范围远、响应快、精度高、干扰小等特点。
超声波传感器需要安装在小车前方，以便测量前方障碍物距离。
为了保证高精度的测距，需要选用高精度的模块并且将模块的定位准确。
《2024年智能小车避障系统的设计与实现》范文
《智能小车避障系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的飞速发展，智能小车避障系统在日常生活和工业生产中扮演着越来越重要的角色。
通过采用先进的传感器技术、控制系统以及算法设计，智能小车能够实现对障碍物的检测与避让，大大提高了驾驶的效率和安全性。
本文将详细介绍智能小车避障系统的设计与实现过程。
二、系统概述智能小车避障系统主要由传感器模块、控制模块和执行模块三部分组成。
传感器模块负责检测周围环境中的障碍物；控制模块根据传感器数据，通过算法判断小车的行驶路径；执行模块则根据控制模块的指令，驱动小车完成避障动作。
三、系统设计1. 传感器模块设计传感器模块采用超声波测距传感器，通过发射超声波并检测回波的时间，计算小车与障碍物之间的距离。
此外，还可以配备红外线传感器、摄像头等设备，以实现更全面的环境感知。
2. 控制模块设计控制模块采用微控制器作为核心，通过串口或总线与传感器模块和执行模块进行通信。
微控制器运行预先编写的程序，根据传感器数据，通过算法判断小车的行驶路径。
同时，微控制器还具有实时调整参数、故障诊断等功能。
3. 执行模块设计执行模块主要由电机和驱动电路组成。
电机驱动电路接收微控制器的指令，控制电机的正反转和转速，从而驱动小车完成避障动作。
此外，执行模块还具有欠压、过流等保护功能，确保小车的安全运行。
四、系统实现1. 硬件实现硬件实现主要包括传感器模块、微控制器、电机和驱动电路的选型与连接。
在选型过程中，需要考虑设备的性能、价格、体积等因素。
在连接过程中，需要确保各部分之间的电气连接正确、稳定。
2. 软件实现软件实现主要包括编写微控制器的程序。
程序包括初始化程序、传感器数据采集程序、路径判断程序、电机控制程序等。
在编写过程中，需要充分考虑算法的实时性、准确性以及系统的稳定性。
同时，还需要对程序进行反复调试、优化，以确保系统的性能达到最佳。
五、系统测试与优化1. 系统测试系统测试主要包括功能测试和性能测试。
《2024年智能小车避障系统的设计与实现》范文
《智能小车避障系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的不断发展，智能小车作为一种新兴的科技产品，在日常生活和工业生产中得到了广泛的应用。
避障系统作为智能小车的重要组成部分，其设计与实现对于提高小车的智能化程度和安全性具有重要意义。
本文将详细介绍智能小车避障系统的设计与实现过程，包括系统架构、硬件设计、软件设计和实验测试等方面的内容。
二、系统架构设计智能小车避障系统的架构设计主要分为硬件和软件两部分。
硬件部分包括传感器、控制器、驱动器等；软件部分则包括操作系统、算法等。
整个系统通过传感器获取环境信息，通过控制器处理信息并控制驱动器实现避障功能。
三、硬件设计1. 传感器设计传感器是智能小车避障系统的核心部件，主要用于获取环境信息。
常见的传感器包括红外传感器、超声波传感器、摄像头等。
本系统采用红外传感器和超声波传感器相结合的方式，以提高避障的准确性和可靠性。
红外传感器主要用于检测近距离内的障碍物，而超声波传感器则用于检测远距离内的障碍物。
2. 控制器设计控制器是智能小车的“大脑”，负责处理传感器获取的信息并控制驱动器实现避障功能。
本系统采用STM32F4系列微控制器，具有高性能、低功耗等特点，可满足智能小车的高效运行需求。
3. 驱动器设计驱动器是智能小车的执行部件，负责将控制器的指令转化为机械运动。
本系统采用直流电机和电机驱动模块，可实现小车的快速、精确运动。
四、软件设计1. 操作系统选择本系统采用实时操作系统（RTOS）作为小车的操作系统，以保证系统的高效性和实时性。
RTOS具有任务调度、内存管理、中断处理等功能，可满足智能小车的复杂控制需求。
2. 算法设计算法是智能小车避障系统的关键部分，直接影响到避障的准确性和可靠性。
本系统采用基于传感器的避障算法，包括红外避障算法和超声波避障算法。
此外，还采用路径规划算法，以实现小车的自主导航和避障功能。
五、实验测试为了验证智能小车避障系统的设计与实现效果，我们进行了多轮实验测试。
智能避障小车设计毕业论文.doc
智能避障小车设计毕业论文目录1引言 (1)1.1课题背景 (1)1.2论文的研究任务与内容 (2)2方案设计与论证 (3)2.1主控系统 (3)2.2直流调速系统 (4)2.3检测系统 (5)2.4电机驱动系统 (6)2.5 机械系统 (8)2.6电源模块 (9)3硬件设计 (10)3.1总体设计 (10)3.1.189C52单片机硬件结构 (12)3.1.2单片机最小系统设计 (16)3.2避障模块 (18)3.3驱动电路 (19)3.4总控制系统 (23)4软件设计 (24)4.1程序设计 (24)4.1.1电机驱动程序 (24)4.1.2避障程序 (25)4.1.3电机调速程序 (28)5总结与展望 (32)致谢 (33)参考文献 (34)外文资料 (35)附录1程序清单 (40)附录2电路图 (53)1引言1.1课题背景机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。
比如说日本，战后以后开始进行汽车的工业，那么这时候由于它人力的缺乏，它迫切需要一种机器人来进行大批量的制造，提高生产效率降低人的劳动强度，这是从社会发展需求本身的一个需求。
另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果。
但另一方面，尽管人们有各种各样的好的想法，但是它也归功于电子技术，计算机技术以及制造技术等相关技术的发展而产生了提供了强大的技术保证。
机器人经历了三个发展阶段：第一代机器人也叫示教再现型机器人，它是通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令。
第二代机器人，也被称作带感觉的机器人，这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉。
第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，那么只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成运动，感知思维和人机通讯的这种功能和机能。
智能避障小车毕业设计论文
智能避障小车毕业设计论文Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT智能避障机器人设计与研究（硬件）摘要在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。
而机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。
因此，自动避障系统的研发就应运而生。
自动避障机器人就是基于这一系统开发而成的。
随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。
自动避障机器人可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。
本文提出了一种经济实用的智能避障机器人系统设计方法，采用了小车底盘作为载体、直流电机作为执行元件、红外传感器作为检测元件、STC89C52单片机作为主控芯片、L298N作为驱动芯片和稳压电源芯片完成了检测电路设计、主控电路设计、电机驱动电路设计、稳压电路设计等硬件设计和制作，并对系统进行了仿真和综合调试，解决了一系列的难题，成功实现了自动避障功能。
关键词：智能避障机器人，红外传感器，单片机，L298N，PWM调速THE DESIGN AND STUDY OF INTELLIGENTOBSTACLE AVOIDANCE ROBOT(HARDWARE)ABSTRACTIn scientific exploration and emergency rescue often encounter some danger or human can not directly reach the area of detection, these will need to use the robot to complete. The robot's automatic obstacle avoidance movement in complex terrain is an essential and most basic function. Therefore, the automatic obstacle avoidance system development is made. Automatic obstacle avoidance robot development based on this system is made of. With the development of technologyfor the unknown space and mankind can not be directly accessible to gradually become a hot area of exploration, which makes the automatic obstacle avoidance robot has great significance. Auto matic obstacle avoidance robot can serve as a regional exploration and emergency rescue robot system that allows robots to automatically avoid obstacles in the road.This paper presents an economical and p ractical design of intelligent obstacle avoidance robot system, using the car chassis as the carrier, the DC motor as the actuator, infrared sensors as detection devices, STC89C52 microcontroller as the main chip, L298N as the driver chip and regulated power supply chip to complete the detection circuit design, master control circuit design, motor driver circuit design, voltage regulator circuit design of hardware design and production. A lot of simulation and integrated debugging have been done to the system and a series of problems have been solved. Finally, the automatic obstacle avoidance function is accomplished successfully.KEY WORDS：Intelligent obstacle avoidance robot, infrared sensor, MCU,L298N, PWMspeedadjusting目录前言 (1)第1章系统总体方案设计 (4)§系统任务描述 (4)§控制系统要求 (4)§方案设计与论证 (4)§机器人载体选择 (4)§主控制器选择 (5)§传感器选择 (5)§电机驱动选择 (6)§稳压电源选择 (7)§智能小车最终方案 (7)§系统总体设计 (8)§系统组成 (8)§系统工作原理 (8)§本章小结 (9)第2章硬件设计 (10)§主控电路设计 (10)§ STC89C52单片机硬件结构简介 (10)§最小应用系统设计 (12)§电机驱动电路的设计 (15)§智能小车驱动电机的要求 (15)§直流电机调速原理 (16)§ L298N电机驱动原理 (17)§障碍物检测电路设计 (22)§报警电路设计 (23)§稳压电源电路设计 (24)§系统整体电路设计 (25)§本章小结 (26)第3章软件设计简介 (27)§主程序模块 (27)§程序控制设计 (27)§主程序流程图 (27)§初始化模块 (29)§延时模块 (29)§中断模块 (29)§报警模块 (29)§驱动模块 (29)§本章小结 (30)第4章系统的安装与调试 (31)§安装步骤 (31)§系统调试 (31)§硬件调试 (31)§软件调试 (32)§联合调试 (32)§本章小结 (32)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)附录 (36)前言1.设计的依据与意义机器人作为人类的新型生产工具，在减轻劳动强度，提高生产率，改变生产模式，把人从危险、恶劣、繁重的工作环境下解放出来等方面，显示出极大的优越性。
毕业论文：智能避障小车
摘要之阿布丰王创作避障是智能小车应具备的基本功能之一, 以P89C51RA芯片为核心,收集前方障碍信息并对智能小车进行控制,选用红外避障传感器检测智能小车前方的障碍物,设计了智能小车的自动避障系统,并论述其工作原理.该系统设计简单、本钱低、实时性好,在室内环境中取得了预期的实验结果,使智能小车无碰撞达到目的地.关键词：P89C51RA,智能,红外避障传感器AbstractThe obstacle avoidance is one of the main functions that an independently intelligent carriage should be provided. Use the P89C51RA as a key component, collecting the environmental information and controlling the intelligent carriage, a kind of obstacle avoidance system of intelligent carriage is designed. In this system, infrared obstacle avoidance sensors are used to detect the barries,which are front of distance between theintelligent carriage and the barriers. The system's design is simple, and has lower cost and better real time features. And at the same time, this system has obtained anticipated experimental results in the indoor environment.That is: the intelligent carriage can arrive at the destination without any collision.Keywords: P89C51RA; intelligent; infrared obstacle avoidance sensors目录第一章绪论1.1 小车避障系统设计的意义自第一台工业机器人出生以来,机器人的发展已经广泛机械、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竭提高,而且迅速地改变着人们的生活方式.人们在不竭探讨、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.视觉的典范应用领域为自主式智能导航系统,对视觉的各种技术而言图像处置技术已相当发达,而基于图像的理解技术还很落后,机器视觉需要通过年夜量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标.视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD,目前的CCD已能做到自动聚焦.但CCD传感器的价格、体积和使用方式上其实不占优势,因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法.机器人要实现自动扶引功能和避障功能就必需要感知扶引线和障碍物,感知扶引线相当给机器人一个视觉功能.避障控制系统是基于自动扶引小车（AVG—auto-guide vehicle）系统,基于它的智能小车实现自动识别路线,判断并自动避开障碍,选择正确的行进路线.使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行举措.1.2 小车避障系统该智能小车可以作为机器人的典范代表.它可以分为三年夜组成部份：传感器检测部份、执行部份、CPU.机器人要实现自动避障功能,还可以扩展循迹等功能,感知扶引线和障碍物.可以实现小车自动识别路线,选择正确的行进路线,并检测到障碍物自动遁藏.基于上述要求,传感检测部份考虑到小车一般不需要感知清晰的图像,只要求粗略感知即可,所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充任.智能小车的执行部份,是由直流机电来充任的,主要控制小车的行进方向和速度.单片机驱动直流机电一般有两种方案：第一,勿需占用单片机资源,直接选择有PWM功能的单片机,这样可以实现精确调速；第二,可以由软件模拟PWM输出调制,需要占用单片机资源,难以精确调速,但单片机型号的选择余地较年夜.考虑到实际情况,本文选择第二种方案.CPU使用P89C51RA单片机,配合软件编程实现.还有显示部份通过软件可以显示行使时间和路程.图1-2 以单片机为核心的原理框图1.2.1 主控系统根据设计要求,我认为此设计属于多输入量的复杂法式控制问题.据此,拟定了以下两种方案并进行了综合的比力论证,具体如下：方案一：仅采纳CPLD 作为核心部件的方案如图1-1所示：选用一片CPLD （如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件,实现控制与处置的功能.CPLD 具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点,可利用VHDL 语言进行编写开发.但CPLD 在控制上较单片机有较年夜的劣势.同时,CPLD 的处置速度非常快,而小车的行进速度不成能太高,那么对系统处置信息的要求也就不会太高,在这一点上,MCU 就已经可以胜任了.若采纳该方案,势必在控制上遇到许许多多不需要增加的难题.为此,我们不采纳该种方案,进而提出了第二种设想.如图,制,一来,A/D 控装置,51多达8K,一片单片机P89C51RA 单片机的资源.1.2.2 机械系统 本题目要求小车的机械系统稳定、简单,而四轮运动系统具备以上特点. 驱动部份：由于玩具汽车的直流机电功率较小,而小车上装有电池、机电、电子器件等,使得机电负担较重.为使小车能够顺利启动,且运动平稳,在直流机电和轮车轴之间加装了三级减速齿轮.显示部份：将显示模块放置小车前部上方,利于观察.电池的装置：将电池放置在车体的正下方,降低车体重心,提高稳定性,同时可增加驱动轮的抓地力,减小轮子空转所引起的误差.1.2.3 机电驱动模块方案一：采纳继电器对电念头的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高.方案二：采纳电阻网络或数字电位器调节电念头的分压,从而达到分压的目的.但电阻网络只能实现有级调速,而数字电阻的元器件价格比力昂贵.更主要的问题在于一般的电念头电阻很小,但电流很年夜,分压不单回降低效率,而且实现很困难.方案三：使用功率三极管作为功率放年夜器的输出控制直流机电.线性型驱动的电路结构和原理简单,本钱低,加速能力强,采纳由达林顿管组成的 H型PWM 电路.用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下,精确调整电念头转速.这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下,效率非常高；H型保证了简单的实现转速和方向的控制；电子管的开关速度很快,稳定性也极强,是一种广泛采纳的 PWM调速技术.这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力年夜,能接受频繁的负载冲击,还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点.因此决定采纳使用功率三极管作为功率放年夜器的输出控制直流机电.1.2.4 传感器系统方案一：反射式红外发射—接收装置,只有物体反射红外光时才有信号输入,其信号强度与小车距障碍物的距离成正比.因此可利用信号强度作为避障依据.红外探测器的选型与工作方式:1、红外探测器的选型红外探测器以其发射功率年夜、抗干扰能力强而在工业生产中有着广泛的应用,红外探测器按其工作模式可年夜致分为主动式与主动式,主动式红外探测器自带红外光源,通过对光源的遮挡、反射、折射等光学手段可以完成对被探测物体位置的判别.主动式红外探测器自己没有光源,通过接受被探测物体的特征光谱辐射来丈量被探测物的位置、温度或进行红外成像.直流直接驱动方式装置简单但检测距离和抗干扰能力都比力差；交流调制方式由于可以采纳交流耦合方式解决了放年夜器的直流漂移问题从而可以年夜年夜提高检测的距离,同时由于环境光发生的干扰大都情况是信号的直流或低频分量可以由滤波器加以隔绝,因此交流调试方式抗干扰能力也比力强,缺点是系统相对复杂.在本体中我们要利用红外探测器检测障碍物的距离,显然选用主动式红外传感器比力合适,系统的造价可以降低可靠性可以提高.主动式红外传感器又可分为分立元件型、透射遮挡型和反射型（如图1-3示）,分立元件型发光管与接收管相互自力,用户在使用时可以根据需要灵活的设定发光管与接受管的位置,并可利用棱镜、透镜等完成特殊的目的,缺点是装置麻烦.透射遮挡型和反射型通过塑料模具将发光管与接收管封装在一起,非常方便用户使用,在本题中对障碍物的检测我使用反射型.2、主动式红外探测器的工作方式选取主动式红外探测器经常使用的驱动方式可分为直流直接驱动方式和交流调制方式,直流直接驱动方式装置简单但检测距离和抗干扰能力都比力差；交流调制方式由于可以采纳交流耦合方式解决了放年夜器的直流漂移问题从而可以年夜年夜提高检测的距离,同时由于环境光发生的干扰大都情况是信号的直流或低频分量可以由滤波器加以隔绝,因此交流调试方式抗干扰能力也比力强,缺点是系统相对复杂.方案二：采纳反射式超声波换能器,只有物体反射超声波时才有信号输入,丈量发射接收信号间的时间差T2-T1,利用其可以获得障碍物的距离,将该信息送给单片机,单片机发出控制信号改变小车的转向,使小车不与障碍物发生接触.该方法适合较远距离障碍物检测.反射式超声波换能器本钱高,电路设计复杂,因为不要求检测的很远,于是选自了反射式光电传感器,在本题中对前方障碍物的检测因为要求检测距离较远,受到环境光的干扰比力年夜,因此我们选用抗干扰能力较强的交流调制工作方式；而对小车正面障碍物的检测由于要求检测距离较近,外界干扰相对较弱,为简化设计我们选用直流直接驱动方式.红外发光管 红外接收管分立元件型透射遮挡型反射型图1-3 红外探测器的形式有译码器可直接接受BCD码或16进制码并同时具有2种译码方式另外还具有多种控制指令如消隐﹑闪烁﹑左移﹑右移﹑段寻址等.ZLG7289A采纳串行方式与微处置器通讯串行数据从DATA引脚送入芯片并由CLK端同步.有把持方便占用I/O口少等优点.因此选用方案二.总结一下,这次设计智能小车,可以按指定路线运行,自动区分直线轨道和弯路轨道,在指定弯路处拐弯,实现灵活前进、转弯、发展等功能,在轨道上划出设定的舆图,而且车速自动可调.主要是以P89C51RA单片机为核心,采纳霍尔传感器进行里程统计,红外传感器进行目标识别与避障,使自动寻迹小车准确跟踪轨迹路线；采纳直流机电对车的转向进行控制,由软件实现了小车自动行驶、自动避障,里程统计,行驶时间显示,并发出指示信息等功能.第二章主控制单位2.1 整体构思经过方案论证的过程之后,我们选定了仅采纳单片机作为核心部件的方案,其系统总方框图如图2-1所示.具体的功能设置已通过该图做了直观的说明.通过主控芯片控制各传感器输入的信号,控制方式由软件来实现,其中包括六个红外传感器用来检测障碍物,四个传感器用来检测正面障碍,2个检测前方障碍.还有一个霍尔传感器用来检测路程相关的信号；除处置这些信号单片机还通过I/O口控制直流机电和LED的显示.在功能和作用上,我分成了四年夜部份：主控、驱动、避障和显示部份.总原理图见论文后附录2.图CPU（编程UART用户法式通过使用片内ROM中的标准法式对Flash存储器进行擦除和重新编程.引脚如图2-2,它的管脚描述如表2-1.该器件可通过并行编程或在系统编程对一个Flash位进行编程,从而选择6时钟或12时钟模式.另外,也可通过时钟控制寄存器CKCON中的X2位选择6时钟或12时钟模式.另外,当处于6时钟模式时,片内外设可以选择一个机器周期6时钟或是12时钟.可通过CKCON寄存器对每个外设的时钟源进行选择.该系列微控制器是80C51微控制器的派生器件,是采纳先进CMOS工艺制造的8位微控制器,指令系统与80C51完全相同.该器件有4组8位I/O口、3个16位按时/计数器、多中断源-4中断优先级-嵌套的中断结构、1个增强型UART、片内振荡器及时序电路.图2-2 引脚图新增的特性使得P89C51RA2成为功能更强年夜的微控制器,从而更好地支持需要用到脉宽调制,高速I/O,递增/递加计数功能（如机电控制）等应用场所.表2-1 管脚描述名称管脚号类型名称和功能Vss 20 I 地：0V参考点Vcc 40 I 电源：提供失落电、空闲、正常工作电压39-32 I/O P0口：P0口是开漏双向口,可向其写入1使其状态为悬浮,用作高阻输入.P0也可以在访问外部法式存储器时作地址的低字节,在访问外部数据存储器时作数据总线,此时通过内部强上拉传送1.1-8 1 2 3 4 5 6 7 8 I/OI/OIII/OI/OI/OI/OI/OP1口：P1口是带内部上拉的双向I/O口,向P1口写入1时,P1口被内部上拉为高电平,可用作输入口.看成为输入脚时,被外部拉低的P1口会因为内部上拉而输出电流（见DC电气特性）.P1口第2功能：T2(P1.0)：按时/计数器2的外部计数输入/时钟输出T2EX(P1.1)：按时/计数器2重装载/捕捉/方向控制ECI(P1.2)：PCA 的外部时钟输入CEX0(P1.3)：PCA模块0捕捉/比力模式的外部I/O管脚CEX1(P1.4)：PCA模块1捕捉/比力模式的外部I/O管脚CEX2(P1.5)：PCA模块2 捕捉/比力模式的外部I/O管脚注：为了防止上电时的“latch-up”效应,任意管脚（Vpp除外）上的电压最年夜不能高于Vcc+0.5,最低不能低于Vss-0.5.CPU功能在设计中,将MCU资源分配如下:P0.0-P0.3作为直流机电的4个驱动控制口,设计中采纳直接控制.P1.4-P1.7连接ZLG7289控制数据的传输和显示,P2.0-P2.5作为传感器信号的接入口,P2.6-P2.7发生脉冲控制三极管从而使红外传感器发生红外线脉冲,P3.1和P3.2即RXD、TXD为ISP相关所用,P3.5即计数器输入端作为霍尔传感器发生脉冲的接入端.四个反射式光电传感器和红外线传感器用于障碍物检测,检测到的红外避障信号由P2口输入,再通过软件分析,通过P1口输出相应的机电驱动信号控制小车,实现相应的举措来达到避开障碍1MHz-24MHz内选择.电容取30PF左右.图2-4 CPU复位电路在振荡器运行时,有两个及其周期（24个振荡周期）以上的高电平呈现在此引脚时,将使单片机复位,只要这个引脚坚持高电平,51芯片便循环复位.复位后P0-P3口均置1引脚暗示为高电平,法式计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零.当复位脚由高电平酿成低电平时,芯片为ROM 的00H处开始运行法式.经常使用的复位电路图如图2-4所示.2.3 主法式设计2.3.1 关于按时与计数器在P89C51RA2中,按时和计数功能由特殊功能寄存器TMOD的控制位C/T进行选择这两个按时/计数器有4种把持模式通过TMOD的M1和M0选择.两个按时/计数器的模式0、1 和2都相同,模式3分歧如下所述,而按时器2未用到就不赘述.1. 模式0将按时器设置成模式0时类似8048按时器,即8位计数器带32分频的预分频器.此模式下按时器寄存器配置为13位寄存器.当计数从全为“1”翻转为全为“0”时按时器中断标识表记标帜位TFn置位.当TRn=1同时GATE=0或INTn=1时按时器计数.置位GATE时允许由外部输入INTn控制按时器,这样可实现脉宽丈量.TRn为TCON寄存器内的控制位,如表2-2.表2-2 按时器/计数器特殊功能寄存器TMODGATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 该13位寄存器包括THn全部8个位及TLn的低5位.TLn的高3位不定,可将其忽略.置位运行标识表记标帜（TRn）不能清零此寄存器.模式0的把持对按时器0及按时器1都是相同的两个分歧的GATE位（TMOD.7 和）分别分配给按时器0及按时器1.2. 模式1模式1除使用了THn及TLn全部16位外,其它与模式0相同.3. 模式2此模式下按时器寄存器作为可自动重装的8位计数器（TLn）.TLn的溢出不单置位TFn,而且将THn内容重新装入TLn,THn内容由软件预置.重装时THn内容不变.模式2的把持对按时器0及按时器1是相同的.4. 模式3在模式3中,按时器1停止计数,效果与将TR1设置为0相同.此模式下按时器0的TL0及TH0作为两个自力的8位计数器.TL0占用按时器0 的控制位：C/T,GATE,TR0,INT0及TF0.TH0限定为按时器功能（计数器周期）,占用按时器1的TR1及TF1.此时TH0控制“按时器1”中断.模式3可用于需要一个额外的8位按时器的场所.按时器0工作于模式3时,80C51看似有3个按时器/计数器,当按时器0工作于模式3时,按时器1可通过开关进入/退出模式3,它仍可用作串行端口的波特率发生器,或者应用于任何不要求中断的场所.设计中,仅用了按时器0和计数器 1.霍尔传感器检测的低电平信号直接由计数器1计数,计数器设初值后形成5ms的中断,时间和红外线脉冲的形成都利用了其中断,详见法式.总法式详见附录1.2.3.2 法式中断法式框图如图2-5,软件设计主流程图如图 2-6,总法式清单见附录1.图2-5 中断流程图图2-6 主法式框图第三章驱动单位3.1 直流机电的驱动原理直流机电是由直流电源供电,输入电能,输出的是机械能.图3-1所示为一个典范的直流机电控制电路.电路得名于“H 桥式驱动电路”是因为它的形状酷似字母H.4个三极管组成H 的4条垂直腿,而机电就是H 中的横杠（注意：图1及随后的两个图都只是示意图,而不是完整的电路图,其中三极管的驱动电路没有画出来）. 如图所示,H 桥式机电驱动电路包括4个三极管和一个机电.要使机电运转,必需导通对角线上的一对三极管.根据分歧三极管对的导通情况,电流可能会从左至右或从右至左流过机电,从而控制机电的转向.图3-1 H 桥式机电驱动电路要使机电运转,必需使对角线上的一对三极管导通.例如,当Q1管和Q4管导通时,电流就从电源正极经Q1从左至右穿过机电,然后再经Q4回到电源负极.该流向的电流将驱念头电顺时针转动.另一对三极管Q2和Q3导通时,电流将从右至左流过机电,电流将从右至左流过机电,从而驱念头电沿另一方向转动.开 始初始化MCU初始化7289启动小车前行是否有障？左侧左前或前右前右侧右避子法式 左避子法式避左前障碍法式 避右前障碍法式距离显示返回NY3.2 直流机电的驱动电路设计中,驱动电路的四个输入端分别接P89C51RA2的P0.0-P0.3口.P0.0和P0.1控制车的右轮,P0.2和P0.3控制车的左轮.一驱动电路如图3-2.由I/O的脉冲来控制H桥中三极管的通断,从而来控制直流机电的前进、后退、左转和右转的举措,具体如下表3-1.采纳普通直流机电,通过控制脉冲占空比算法,实现对小车速度的控制.这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、带载能力年夜,能接受频繁的负载冲击,还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点.由三极管Q9、Q10、Q11、Q12构成H桥驱动电路,控制着几个管子的通断就可以控制直流机电的正转、反转.当P0.0高电平、P0.1低电平时,Q9和Q11导通,机电正转,具有良好的抗干扰性能,反之,机电反转；当左轮前进,右轮后退时,车子便右拐弯,反之左拐弯.4L S04四个输出端具有较年夜的电流驱动能力,当小车负载电池,启动时,每通道峰值电流能力可达 2.2A(经过测试) .在此设计中为了获得稳定的控制信号,在单片机与直流机电之间添加一个反相器74LS04,以提高控制端输出电流和反应速度,因此提高控制灵敏性.化设计我选用直流直接驱动方式.如图4-1所示,此电路主要通过LM393比力器,可变电阻（电位器）来调节被单片机口读入[]5.位置图图4-5 LM358引脚图LM358内部包括有两个自力的、高增益、内部频率赔偿的双运算放年夜器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关.引脚如图4-5.它的使用范围包括传感放年夜器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放年夜器的场所.工作原理：由中央处置单位管脚输出100-500Hz方波,每当处于高电平时,三极管导通,使红外发射二极管发光.当有障碍时,红外线被物体反射回来由接受器接收,并将其还原为电信号,经运放反向放年夜后,再由同向放年夜器放年夜输出,当输出为高电平时,驱动三极管使其导通,此时指示二极管发亮,暗示接受到反射信号.工作使用方法：通过单片机法式发生一个年夜约100Hz 的方波（通过按时器中断来发生）,再把信号连接到传感器的P27口上,即可以发射出100Hz 的红外线脉冲,用脉冲工作方式目的是在接收上通过隔直电容把环境光隔离,减少环境对传感器的干扰.以后面有阻挡时就会接收到反射回来的脉冲信号,通过放年夜后在传感器的P24口上就有100Hz 的接收信号,那么单片机就可以检测到前面有障碍物而完成响应举措. 特色设计：1. 发光二级管端加入可变电阻,用于调节发光二级管的发光强度,通过可调节可对白,灰,棕,砖红,2. 在此设计中,采纳同向放年夜,分子R 为100K,分母R 为,10K,27K.通过三位拨盘来调节LM358的防年夜倍数.因此可调节丈量的远近.3. 在LM358的输出端增加一个发光二级管,通过LM358的输出信号控制NPN 三级管的通断,来控制二级管是否发光,从而我们可直观的观察到是否遇到障碍物.4.2 避障方法4.2.1 前方有障碍物小车前行,检测P2口,如果前方或左前方有障碍物,其避障效果如图4-6,重复步伐可遁藏正前方和左前方障碍物.右前方有障碍物时,上述图中步伐将左拐酿成右转,右转相应改为左转即可遁藏右前方有障碍物.拐右拐图4-6 避障效果图4.2.2 正面有障碍物小车前行,检测P2口,如果左方有障碍物,其避障效果如图4-7,右方有障碍物时,将图中步伐拐的方向改为反方向.前行,越过障碍4-7 侧避障效果4.3 避障法式避左前障碍物法式流程如图4-8.图4-8 避左前障碍法式框图第五章显示单位5.1 里程和时间显示里程设计涉及到霍尔传感器,它用来检测小车车圈上的磁铁,在小车车圈上装置10片磁铁,磁铁于磁铁间距为17mm.通过单片机T1口计数器,记录磁片个数.一秒送ZLG7289A 显示一次.霍尔传感器的分析如下：按图5-1所示的各种方法设置磁体,将它们和霍尔开关电路组合起来可以构成各种旋转传感器[]9.霍尔电路通电后,磁体每经过霍尔电路一次,便输出一个电压脉冲.由此,可对转植物体实施转数、转速、角度、角速度等物理量的检测.时间显示采纳按时器0中断的方法,按时器0工作方式1,为16位.付初值后能发生5ms 的中断,累计20次便为1秒,送LED 显示.循环,到60的时候秒存储单位就清零,分单位由0加1.5.2 显示模块硬件此设计采纳的是广州周立功有限公司研发的串行接口8 位LED 数码管及64 键的键盘智能控制芯片(ZLG7289A).此显示要求位与位之间扫描时间不能超越10ms,同时要满足八位一次行扫描时间不能超越30ms.连接如图5-2.5-2 LED 显示RTCC 1VCC 2NC 3GND 4NC 5CS 6CLK 7DIO 8KEY 9SG 10SF 11SE 12SD 13SC 14SB15SA 16DP 17DIO018DIO119DIO220DIO321DIO422DIO523DIO624DIO725CLK026RC 27RST 28A1ZLG7289VCCR3910KC9CAPC1115P C1015P12.000123456161514131211a bf cg d e DPY1234567a b c d e fg 8dpdp GND DS2a bf cg d e DPY1234567a b c d e fg 8dpdp GND DS1a bf cg d e DPY1234567a b c d e fg 8dpdp GND DS3a bf cg d e DPY1234567a b c d e fg 8dpdp GND DS4a bf cg d e DPY1234567a b c d e fg 8dpdp GND DS5a bf cg d e DPY1234567a b c d e fg 8dpdp GNDDS8a bf cg d e DPY1234567a b c d e fg 8dpdp GND DS7a bf cg d e DPY1234567a b c d e fg 8dpdp GND DS6A B C D E F A BCD E F G DP 1234561819202122232425CS CLK DIO KY图5-1 (a)径向磁极(b)轴向磁极(c)遮断式。
避障智能小车
2.5.2
本次智能车使用两块无线模块，分别是发送和接受数据作用。以MC9S12XS128连接无线模块，作为数据的发送，实时发送超声波检测的距离，以MC89C52单片机连接无线模块作为数据的接收，在接收模块中加入 LCD1602液晶显示模块，能够很好的显示出小车离障碍物之间的距离。下图为MC89C52单片机无线接收模块电路，其中以AMS1117-3.3为无线模块提供3.3V的电压，以MC89C52单片机的P1口作为无线接收端口，P0口作为LCD1602液晶显示数据传送端口，外加复位电路，晶振电路。
图2-15L298引脚
2.6.2
图2-16 电机驱动电路
对于以上电路图有以下几点说明：
1.电路图中有两个电源，一路为L298工作需要的5V电源VS，一路为驱动电机用的电池电源VSS。
2. 1脚和15脚有的电路在中间串接大功率电阻，可以不加。
3.图中连接了两路电机，2脚和3脚驱动一路电机，13脚和14脚驱动另一路电机。
图3 电源分配
2.3.2
LM2940系列是输出电压固定的低压差三端端稳压器；输出电压有5V、8V、10V多种；最大输出电流1A；输出电流1A时，最小输入输出电压差小于0.8V；最大输入电压26V；工作温度-40～+125℃；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。
图2-4LM2940封装和实物图
它通过超声波作为传感器凭借超声波模块的发射接收功能能很好的判断计算出前方障碍物离智能车的距离从而让智能车进行偏转寻找出正确的道路它的测距功能在一些危险地带探测场地的距离大小有很好的辅助作用避免了人工探测的危险
毕业论文（设计）
论文（设计）题目：避障智能小车
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毕业论文：智能避障小车摘要避障是智能小车应具备的基本功能之一以P89C51RA芯片为核心采集前方障碍信息并对智能小车进行控制选用红外避障传感器检测智能小车前方的障碍物设计了智能小车的自动避障系统并阐述其工作原理该系统设计简单成本低实时性好在室环境中取得了预期的实验结果使智能小车无碰撞到达目的地关键词P89C51RA智能红外避障传感器AbstractThe obstacle avoidance is one of the main functions that an independently intelligent carriage should be provided Use the P89C51RA as a key component collecting the environmental information and controlling the intelligent carriage a kind of obstacle avoidance system of intelligent carriage is designed In this system infrared obstacle avoidance sensors are used to detect the barrieswhich are front of distance between the intelligent carriage and the barriers The systems design is simple and has lower cost and better real time features And at the same time this system has obtained anticipated experimental results in the indoor environment That is the intelligent carriage can arrive at the destination without any collisionKeywords P89C51RA intelligent infrared obstacle avoidance sensors目录摘要IAbstract II目录I第一章绪论 111 小车避障系统设计的意义 112 小车避障系统 1121 主控系统 2122 机械系统 3123 电机驱动模块 3124 传感器系统 4125 电源电路的选型 5里程检测模块6127 显示模块 6第二章主控制单元721 整体构思722 主控制部分8221 CPU介绍8222 CPU功能11223 CPU相关电路1123 主程序设计12231 关于定时与计数器12232 程序13第三章驱动单元1531 直流电机的驱动原理1532 直流电机的驱动电路15 第四章躲避障碍物单元17 41 避障传感器电路17 411 近距离避障传感器17 412 远距离避障传感器1842 避障方法19421 前方有障碍物 19422 侧面有障碍物 2143 避障程序22第五章显示单元2351 里程和时间显示2352 显示模块硬件23521 ZLG7289A介绍25522 ZLG7289A串行接口27 523 ZLG7289A控制指令28 第六章在系统编程3361在系统编程 ISP 介绍3362 FLASH EPROM 存储器3363 ISP设计3464 单片机与PC机的连接35 641 连接介绍35参考文献37附录38结论49致谢50第一章绪论11 小车避障系统设计的意义自第一台工业机器人诞生以来机器人的发展人们不断探讨改造认识自然过程中科技发展要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物导引线相给一个视觉功能CPU机器人要实现自动避障功能还可以扩展循迹等功能感知导引线和障碍物可以实现小车自动识别路线选择正确的行进路线并检测到障碍物自动躲避基于上述要求传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像只要求粗略感知即可所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当智能小车的执行部分是由直流电机来充当的主要控制小车的行进方向和速度单片机驱动直流电机一般有两种方案第一勿需占用单片机资源直接选择有PWM功能的单片机这样可以实现精确调速第二可以由软件模拟PWM输出调制需要占用单片机资源难以精确调速但单片机型号的选择余地较大考虑到实际情况本文选择第二种方案CPU使用P89C51RA单片机配合软件编程实现还有显示部分通过软件可以显示行使时间和路程121 主控系统根据设计要求我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题据此拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证具体如下方案一仅采用CPLD作为核心部件的方案如图1-1所示选用一片CPLD如EPM7128LC84-15作为系统的核心部件实现控制与处理的功能CPLD具有速度快编程容易资源丰富开发周期短等优点可利用VHDL语言进行编写开发但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势同时CPLD的处理速度非常快而小车的行进速度不可能太高那么对系统处理信息的要求也就不会太高在这一点上MCU就已经可以胜任了若采用该方案必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题为此我们不采用该种方案进而提出了第二种设想方案二仅采用单片机作为核心部件的方案如图1-2所示采用单片机作为整个系统的核心用其控制行进中的小车以实现其既定的性能指标充分分析我们的系统其关键在于实现小车的自动控制而在这一点上单片机就显现出来它的优势控制简单方便快捷这样一来单片机就可以充分发挥其资源丰富有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能价格低廉等优点因此这种方案是一种较为理想的方案针对本设计特点多开关量输入的复杂程序控制系统需要擅长处理多开关量的标准单片机而不能用精简IO口和程序存储器的小体积单片机DAAD功能也不必选用根据这些分析我选定了P89C51RA单片机作为本设计的主控装置51单片机具有功能强大的位操作指令IO口均可按位寻址程序空间多达8K对于本设计也绰绰有余更可贵的是51单片机价格非常低廉在综合考虑了传感器两部电机的驱动显示等诸多因素后我们决定采用一片单片机充分利用P89C51RA单片机的资源122 机械系统本题目要求小车的机械系统稳定简单而四轮运动系统具备以上特点驱动部分由于玩具汽车的直流电机功率较小而小车上装有电池电机电子器件等使得电机负担较重为使小车能够顺利启动且运动平稳在直流电机和轮车轴之间加装了三级减速齿轮显示部分将显示模块放置小车前部上方利于观察电池的安装将电池放置在车体的正下方降低车体重心提高稳定性同时可增加驱动轮的抓地力减小轮子空转所引起的误差123 电机驱动模块方案一采用继电器对电动机的开或关进行控制通过开关的切换对小车的速度进行调整此方案的优点是电路较为简单缺点是继电器的响应时间慢易损坏寿命较短可靠性不高方案二采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压从而达到分压的目的但电阻网络只能实现有级调速而数字电阻的元器件价格比较昂贵更主要的问题在于一般的电动机电阻很小但电流很大分压不仅回降低效率而且实现很困难方案三使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机线性型驱动的电路结构和原理简单成本低加速能力强采用由达林顿管组成的 H型PWM电路用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下精确调整电动机转速这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下效率非常高H型保证了简单的实现转速和方向的控制电子管的开关速度很快稳定性也极强是一种广泛采用的 PWM 调速技术这种调速方式有调速特性优良调整平滑调速围广过载能力大能承受频繁的负载冲击还可以实现频繁的无级快速启动制动和反转等优点因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机124 传感器系统方案一反射式红外发射接收装置只有物体反射红外光时才有信号输入其信号强度与小车距障碍物的距离成正比因此可利用信号强度作为避障依据红外探测器的选型与工作方式1红外探测器的选型红外探测器以其发射功率大抗干扰能力强而在工业生产中有着广泛的应用红外探测器按其工作模式可大致分为主动式与被动式主动式红外探测器自带红外光源通过对光源的遮挡反射折射等光学手段可以完成对被探测物体位置的判别被动式红外探测器本身没有光源通过接受被探测物体的特征光谱辐射来测量被探测物的位置温度或进行红外成像直流直接驱动方式装置简单但检测距离和抗干扰能力都比较差交流调制方式由于可以采用交流耦合方式解决了放大器的直流漂移问题从而可以大大提高检测的距离同时由于环境光产生的干扰多数情况是信号的直流或低频分量可以由滤波器加以隔绝因此交流调试方式抗干扰能力也比较强缺点是系统相对复杂在本体中我们要利用红外探测器检测障碍物的距离显然选用主动式红外传感器比较合适系统的造价可以降低可靠性可以提高主动式红外传感器又可分为分立元件型透射遮挡型和反射型如图1-3示分立元件型发光管与接收管相互独立用户在使用时可以根据需要灵活的设定发光管与接受管的位置并可利用棱镜透镜等完成特殊的目的缺点是装置麻烦透射遮挡型和反射型通过塑料模具将发光管与接收管封装在一起非常方便用户使用在本题中对障碍物的检测我使用反射型2主动式红外探测器的工作方式选取主动式红外探测器常用的驱动方式可分为直流直接驱动方式和交流调制方式直流直接驱动方式装置简单但检测距离和抗干扰能力都比较差交流调制方式由于可以采用交流耦合方式解决了放大器的直流漂移问题从而可以大大提高检测的距离同时由于环境光产生的干扰多数情况是信号的直流或低频分量可以由滤波器加以隔绝因此交流调试方式抗干扰能力也比较强缺点是系统相对复杂方案二采用反射式超声波换能器只有物体反射超声波时才有信号输入测量发射接收信号间的时间差T2-T1利用其可以得到障碍物的距离将该信息送给单片机单片机发出控制信号改变小车的转向使小车不与障碍物发生接触该方法适合较远距离障碍物检测反射式超声波换能器成本高电路设计复杂因为不要求检测的很远于是选自了反射式光电传感器在本题中对前方障碍物的检测因为要求检测距离较远受到环境光的干扰比较大因此我们选用抗干扰能力较强的交流调制工作方式而对小车侧面障碍物的检测由于要求检测距离较近外界干扰相对较弱为简化设计我们选用直流直接驱动方式125 电源电路的选型方案一所有器件采用单一电源6节AA电池这样供电比较简单但是由于电动机启动瞬间电流很大而且PWM驱动的电动机电流波动较大会造成电压不稳有毛刺等干扰严重时可能造成单片机系统掉电缺点十分明显图1-4 稳压电路方案二双电源供电将电动机驱动电源与单片机及其周边电路电源完全隔离利用光电耦合器传输信号这样做法虽然不如单电源方便灵活但可将电动机驱动所造成的干扰完全消除进一步提高系统稳定性里程检测模块方案一由发光二极管和光敏二极管组成发射接收装置将一带四个孔的遮光塑料板贴于车轮将此装置固定车轮一侧车轮每转动一圈发射接收正对四次通过对接受脉冲计数从而得到车的里程安装困难方案二采用霍尔集成片将磁铁安装于车轮上霍尔集成片安装在固定位置当磁铁与霍尔集成片正对时由于霍尔效应对产生脉冲计数从而得到车轮转数通过程序求出里程通过ZLG7289A显示经分析拟选用方案二127 显示模块方案一通过单片机直接驱动LED通过8个IO口驱动八个LED8个IO口驱动LED的八段发光二级管此方法占用大量的IO口方案二使用ZLG7289A显示驱动芯片ZLG7289A是一片具有串行接口的可同时驱动8位共阴式数码管或64只独立LED的智能显示驱动芯片ZLG7289A部含有译码器可直接接受BCD码或16进制码并同时具有2种译码方式此外还具有多种控制指令如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等ZLG7289A采用串行方式与微处理器通讯串行数据从DATA引脚送入芯片并由CLK端同步有操作方便占用IO口少等优点因此选用方案二总结一下这次设计智能小车可以按指定路线运行自动区分直线轨道和弯路轨道在指定弯路处拐弯实现灵活前进转弯倒退等功能在轨道上划出设定的地图并且车速自动可调主要是以P89C51RA单片机为核心采用霍尔传感器进行里程统计红外传感器进行目标识别与避障使自动寻迹小车准确跟踪轨迹路线采用直流电机对车的转向进行控制由软件实现了小车自动行驶自动避障里程统计行驶时间显示并发出指示信息等功能第二章主控制单元21 整体构思经过方案论证的过程之后我们选定了仅采用单片机作为核心部件的方案其系统总方框图如图2-1所示具体的功能设置已通过该图做了直观的说明通过主控芯片控制各传感器输入的信号控制方式由软件来实现其中包括六个红外传感器用来检测障碍物四个传感器用来检测侧面障碍2个检测前方障碍还有一个霍尔传感器用来检测路程相关的信号除了处理这些信号单片机还通过IO口控制直流电机和LED的显示在功能和作用上我分成了四大部分主控驱动避障和显示部分总原理图见论文后附录2图2-1 系统总原理框图22 主控制部分221 CPU介绍P89C51RA2xx包含8K可并行可编程的非易失性FLASH程序存储器并可实现对器件串行在系统编程ISP和在应用中编程IAP在系统编程ISPIn-System Programming当MCU安装在用户板上时允许用户下载新的代码在应用中编程IAPIn-Application ProgrammingMCU可以在系统中获取新代码并对自己重新编程这种方法允许通过调制解调器连接进行远程编程片ROM中固化的默认的串行加载程序Boot Loader允许ISP通过UART将程序代码装入Flash存储器而Flash 代码中则不需要加载程序对于IAP用户程序通过使用片ROM中的标准程序对Flash存储器进行擦除和重新编程引脚如图2-2它的管脚描述如表2-1 该器件可通过并行编程或在系统编程对一个Flash位进行编程从而选择6时钟或12时钟模式此外也可通过时钟控制寄存器CKCON中的X2位选择6时钟或12时钟模式另外当处于6时钟模式时片外设可以选择一个机器周期6时钟或是12时钟可通过CKCON寄存器对每个外设的时钟源进行选择该系列微控制器是80C51微控制器的派生器件是采用先进CMOS工艺制造的8位微控制器指令系统与80C51完全相同该器件有4组8位IO口3个16位定时计数器多中断源-4中断优先级-嵌套的中断结构1个增强型UART片振荡器及时序电路图2-2 引脚图新增的特性使得P89C51RA2成为功能更强大的微控制器从而更好地支持需要用到脉宽调制高速IO递增递减计数功能如电机控制等应用场合表2-1 管脚描述名称管脚号类型名称和功能Vss 20 I 地0V参考点Vcc 40 I 电源提供掉电空闲正常工作电压P00-07 39-32 IO P0口P0口是开漏双向口可向其写入1使其状态为悬浮用作高阻输入P0也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节在访问外部数据存储器时作数据总线此时通过部强上拉传送1 P10-17 1-812345678 IOIOIIIOIOIOIO P1口P1口是带部上拉的双向 IO口向P1口写入1时P1口被部上拉为高电平可用作输入口当作为输入脚时被外部拉低的P1口会因为部上拉而输出电流见DC电气特性P1口第2功能T2 P10 定时计数器2的外部计数输入时钟输出T2EX P11 定时计数器2重装载捕捉方向控制ECI P12 PCA 的外部时钟输入CEX0 P13 PCA模块0捕获比较模式的外部IO管脚CEX1 P14 PCA模块1捕获比较模式的外部IO管脚CEX2 P15 PCA模块2 捕获比较模式的外部IO管脚CEX3 P16 PCA模块3捕获比较模式的外部IO管脚CEX4 P17 PCA模块4捕获比较模式的外部 IO管脚P20-27 21-28 IO P2口P2口是带部上拉的双向IO口向P2口写入1时P2口被部上拉为高电平可用作输入口当作为输入脚时被外部拉低的P2口会因为部上拉而输出电流见DC 电气特性在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和16位地址 OVX DPTR 此时通过部强上拉传送1当使用8位寻址方式 MOV Ri 访问外部数据存储器时P2口发送P2特殊功能寄存器的容P27在编程擦除时必须为1续表2-1 管脚描述名称管脚号类型名称和功能P30-P37 10-1711 IOIO P3口P3口是带部上拉的双向 IO口向P3口写入1时P3口被部上拉为高电平可用作输入口当作为输入脚时被外部拉低的P3口会因为部上拉而输出电流见DC电气特性P89C51RX2的P3口脚具有以下特殊功能RxD p30 串行输入口TxD P31 串行输出口12 I P32 外部中断0 13 I P33 外部中断1 1415 II T0 P34 定时器0外部输入T1 P35 定时器1外部输入16 I P36 外部数据存储器写信号17 I P37 外部数据存储器读信号RST 9 I 复位当晶振在运行中只要复位管脚出现2个机器周期高电平即可复位部有扩散电阻连接到Vss仅需要外接一个电容到Vcc即可实现上电复位ALE 30 O 地址锁存使能在访问外部存储器时输出脉冲锁存地址的低字节在正常情况下ALE输出信号恒定为16振荡频率并可用作外部时钟或定时注意每次访问外部数据时一个ALE 脉冲将被忽略ALE 可以通过置位SFR auxililary0禁止置位后ALE只能在执行MOVX指令时被激活29 O 程序存储使能读外部程序存储当从外部读取程序时每个机器周期被激活两次在访问外部数据存储器无效访问部程序存储器时无效Vpp 31 I 外部寻址使能编程电压在访问整个外部程序存储器时必须外部置低如果为高时将执行部程序当RST释放后EA脚的值被锁存任何时序的改变都将无效该引脚在对 FLASH 编程时用于输入编程电压 Vpp XTAL1 19 I 晶体1振荡反向放大器输入端和部时钟发生电路输入端XTAL2 18 O 晶体2振荡反向放大器输出端注为了避免上电时的latch-up效应任意管脚Vpp除外上的电压最大不能高于Vcc05最低不能低于Vss-05222 CPU功能在设计中将MCU资源分配如下P00-P03作为直流电机的4个驱动控制口设计中采用直接控制P14-P17连接ZLG7289控制数据的传输和显示P20-P25作为传感器信号的接入口P26-P27产生脉冲控制三极管从而使红外传感器产生红外线脉冲P31和P32即RXDTXD为ISP相关所用P35即计数器输入端作为霍尔传感器产生脉冲的接入端四个反射式光电传感器和红外线传感器用于障碍物检测检测到的红外避障信号由P2口输入再通过软件分析通过P1口输出相应的电机驱动信号控制小车实现相应的动作来达到避开障碍物的目的还有一个传感器便是霍尔传感器它检测到的脉冲送入P3口并进行记数通过程序计算出小车的里程并由LED显示出来单片机的P3口为复用口还可以根据实际情况扩展所需要的功能比如用于偱轨迹红外线传感器检测到的信号输入到P3口再通过软件完成相应的控制动作223 CPU相关电路图图2-3 时钟信号输入方式P89C51的时钟信号的应用有两种方式部方式和外部方式原理图如图2-3所示在设计中采用的是部方式XTAL1是片振荡器的反相放大器输入端XTAL2则是输出端使用外部振荡器时外部振荡信号应直接加到XTAL1而XTAL2悬空部方式时时钟发生器对振荡脉冲二分频如晶振为12MHZ时钟频率就为6MH晶振的频率可以在1MH24MHz选择电容取30PF左右图2-4 CPU复位电路在振荡器运行时有两个及其周期24个振荡周期以51芯片便循环复位复位后P0P3口均置1引脚表现为高电平程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零当复位脚由高电平变为低电平时芯片为ROM的00H处开始运行程序常用的复位电路图如图2所示TMOD的控制位CT进行选择这两个定时计数器有4种操作模式通过TMOD的M1和M0选择两个定时计数器的模式01 和2都相同模式3不同如下所述而定时器2未用到就不赘述1 模式0将定时器设置成模式0时类似8048定时器即8位计数器带32分频的预分频器此模式下定时器寄存器配置为13位寄存器当计数从全为1翻转为全为0 时定时器中断标志位TFn置位当TRn 1同时GATE 0或 1时定时器计数置位GATE 时允许由外部输入控制定时器这样可实现脉宽测量TRn为TCON寄存器的控制位如表2-2表2-2 定时器计数器特殊功能寄存器TMOD GATE C M1 M0 GATE C M1 M0该13位寄存器包含THn全部8个位及TLn的低5位TLn的高3位不定可将其忽略置位运行标志TRn不能清零此寄存器模式0的操作对于定时器0及定时器1都是相同的两个不同的GATE位TMOD7 和TMOD3分别分配给定时器0及定时器12 模式1模式1除了使用了THn及TLn全部16位外其它与模式0相同3 模式2此模式下定时器寄存器作为可自动重装的8位计数器TLnTLn的溢出不仅置位TFn而且将THn容重新装入TLnTHn容由软件预置重装时THn容不变模式2的操作对于定时器0及定时器1是相同的4 模式3在模式3中定时器1停止计数效果与将TR1设置为0相同此模式下定时器0的TL0及TH0作为两个独立的8位计数器TL0占用定时器0 的控制位CTGATETR0INT0及TF0TH0限定为定时器功能计数器周期占用定时器1的TR1及TF1此时TH0控制定时器1中断模式3可用于需要一个额外的8位定时器的场合定时器0工作于模式3时80C51看似有3个定时器计数器当定时器0工作于模式3时定时器1可通过开关进入退出模式3它仍可用作串行端口的波特率发生器或者应用于任何不要求中断的场合设计中仅用了定时器0和计数器1霍尔传感器检测的低电平信号直接由计数器1计数计数器设初值后形成5ms的中断时间和红外线脉冲的形利用了此中断详见程序总程序详见附录1232 程序中断程序框图如图2-5软件设计主流程图如图 2-6总程序清单见附录1图2-5 中断流程图图2-6 主程序框图第三章驱动单元31 直流电机的驱动原理直流电机是由直流电源供电输入电能输出的是机械能所示为一个典型的直流电机控制电路电路得名于H桥式驱动电路是因为它的形状酷似字母H4个三极管组成H的4条垂直腿而电机就是H中的横杠注意图1及随后的两个图都只是示意图而不是完整的电路图其中三极管的驱动电路没有画出来如图所示H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机要使电机运转必须导通对角线上的一对三极管根据不同三极管对的导通情况电流可能会从左至右或从右至左流过电机从而控制电机的转向要使电机运转必须使对角线上的一对三极管导通例如当Q1管和Q4管导通时电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机然后再经Q4回到电源负极该流向的电流将驱动电机顺时针转动另一对三极管Q2和Q3导通电流将从右至左流过电机电流将从右至左流过电机从而驱动电机沿另一方向转动Q9Q10Q11Q12构成H桥驱动电路控制着几个管子的通断就可以控制直流电机的正转反转当P00高电平P01低电平时Q9和Q11导表3-1 IO的脉冲控制直流电机动作P03 P02 P01 P00 状态 1 0 0 1 前行0 1 1 0后退 1 0 1 0 左转0 1 0 1 右转通电机正转具有良好的抗干扰性能反之电机反转当左轮前进右轮后退时车子便右拐弯反之左拐弯图3-2 小车驱动。