避障小车课程设计

避障小车课程设计

目录

1．绪论 (4)

1.1课题背景

4

1.2课题的目的和意义

6

1.3设计要求

6

1.4主要技术指标

6

2．设计方案 (7)

2.1 总体方案概述 (7)

2.2 系统硬件电路设计方案 (8)

2.3 电机模块 (9)

2.4 超声波模块 (11)

2.5 整体效果图 (13)

3．设计思路 (13)

3.1 学习熟悉基本模块驱动 (13)

3.2 总体方案 (17)

3.3 电机驱动与测距的结合方法 (18)

3.4 系统软件流程图 (19)

3.5存在的问题及解决办法 (20)

4．设计结果及质量评价 (21)

5．原件清单 (23)

6．应用前景 (23)

7．心得体会 (24)

附录一参考文献 (25)

附录二程序代码及注释 (26)

1．绪论

1.1课题背景

机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关，代表了高科技发展的前沿。

随着电子技术的不断发展人们发明了各式各样的具有感知，决策，行动和交互能力的机器人，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、国防等多个领域。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，随着它在人类生活领域中的应用不断扩大，将会给人们的生产生活带来了巨大的影响。

在国外机器人的发展有如下趋势。一方面机器人在制造业应用的范围越来越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度越来越高，功能

也越来越强，并向着技术和装备成套化的方向发展；另一方面，机器人向着非制造业应用以及微小型方向发展，如表演型机器人，服务机型器人，机器人玩具等。国外研究机构正试图将机器人应用于人类活动的各个领域。

在我国机器人主要应用于工业制造领域，我国工业机器人现在的总装机量约为120000台，其中国产机器人占有量约为 1/3，即40000多台。与世界机器人总装机台数7500万台相比，中国总装机量仅占万分之十六[1]。对中国这样一个拥有13亿人口的大国来说，仅在机器人数量上就和发达国家有着很明显的差距。因此大力发展我国的机器人事业刻不容缓。

智能小车可以理解为机器人的一种特例，它是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人。与普遍意义上的机器人相比智能小车制作成本低廉，电路结构简单，程序调试方便，具有很强的趣味性，为此其深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱。全国大学生电子设计竞赛每年都设有智能小车类的题目，由此可见国家对高校机器人研究工作的重视程度。

1.2课题的目的和意义

本题目设计的是具有自动避障功能的智能小车，其设计思想与一些日常生活迫切需要的机器人（如测距机器人，搜索机器人，管道探伤机器人）类似。由于采用了超声波传感器，它不受光照强弱和能见度的影响，能耗低，灵敏度高，即使在较复杂的环境内也可以工作。

智能小车系统的设计采用了模块化的设计方法，电路结构简单，调试方便，有很大的扩展空间，稍加改动便可应用于实际生产生活中，也可作为高校学生以及广大机器人爱好者学习研究使用。

1.3设计要求

1．小车可以检测到前方障碍物

2．小车可以自动躲避障碍物

3. 小车能够显示距障碍物的距离

1.4主要技术指标

工作电压：5V

工作电流：30mA典型，50mA最大

工作频率：38.5KHz

最大探测距离：1.8 m

最小探测距离：3 cm

输入触发器：上升沿触发

回波脉冲：正TTL高电平脉冲宽度

下一次测量的延时：20 ms

2．设计方案

2.1 总体方案概述

本小车使用一台AT89S51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，并且用数码管实时的显示出来，在小车与障碍物的距离小于安全距离（用软件设定）时，小车会发出“在距您车前方x（数码显示的实时距离）米的地方有一障碍物，请您注意避让”的语音提示，并且拐弯，以避开障碍物，同时会点亮相应侧边的发光二极管作为提示信号。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。

本系统设计的简易智能小车分为几个模块：单片机控制系统、超声波路面检测系统、前进、转弯控制电机以及方向指示灯系统。它们之间的相互关系如下图1所示。

2.2 系统硬件电路设计方案

系统硬件电路的设计采用了模块化的设计方法，系统硬件电路由超声波避障模块，单片机最小系统模块，显示模块，电源模块，电机驱动以及声光报警模块，电源模块七部分组成，各模块即可组合联调也可单独使用。如图2所示为智能小车硬件设计方框图。

图2智能小车硬件设计方框图

2.3 电机模块

P1_0控制右边的伺服电机，P1_1控制左边的伺服电机,如下图3。

图3 电机引脚连接图

控制电机运动转速的是高电平持续的时间。

高电平持续时间为1.5ms（零速度点）时，电机静止（标定以后），如图4。

图4 电机转速为零的控制信号时序图

注：标定方法：通过发送一个校准信号到伺服电机，连续旋转伺服电机的零位信号为1.5ms。如果电机还没有进行零点标定，如图3所示，用螺丝刀轻轻调节马达上的电位器，直到马达停止

转动。

图5 伺服电机的标定

高电平持续时间为1.3ms时，电机顺时针全速旋转，如图6。

图6 1.3ms的控制脉冲序列使电机逆时针

全速旋转

高电平持续时间1.7ms时，电机逆时针速旋转，如图7。

图7 1.7ms的控制脉冲序列使电机顺时针

全速旋转