基于单片机的智能避障寻路机器人系统设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
技术研 发
Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ ｏＬ ０ Ｇ Ｙ Ａ Ｎ Ｄ ＭＡ Ｒ ＫＥ Ｔ
基 于 单 片 机 的 智 能 避 障 寻 路 机 器 人 系统 设 计
张长舂 ， 兰 倩， 陈 冬， 刘 娜， 叶 知
（ 重庆科 技 学 院 电气与信 息 工程 学院 ， 重庆
摘
４ ０ １ ３ ３ １ ）
超 声 波 测 距 模 块 能更 好 地 检 测 水 平 空 问 环 境 ， Ｐ ＷＭ 控 制 要 求
也非常高 ， 设计采用 了 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单片机 自身设置的 Ｐ ＷＭ通 道 ，
圈１ 智 能 避 障 寻 路 机 器 人 系统 框 图
结合随机 函数方式产生 Ｐ ＷＭ 控制信号。小 车直 流电机驱动采
１ 系 统 总体 设 计 方 案
红外检测硬件设计 ， 在 车身前 ８ ｃ ｍ处分别设 置四对红外对 管 。系统根据 四对红外对管接受 到电压信号 ， 经过 比较器输 出 高低 电平信号的情况来判断地面环境 ， 如是低 电平则说 明地 面 环境 良好 ， 小车正常行驶； 反之 ， 则说 明地 面障碍 ， 小车转 向或停 止行驶。同时 ， 还可根据需要将红外对管设置为循迹模式 。
２ 系统硬件设计 与实现
２ ． １ 信 号检 测 模 块
用 Ｈ桥式驱动 电路 Ｌ ２ ９ ８ Ｎ驱 动模块 ， 通 过单 片机 给予 Ｌ ２ ９ ８ Ｎ 电路 电平信号来控制小车的起停 和转 向。
２ ． ３ 电 源 模 块
本设计 主要研究小 车的避障 寻路 功能。此处 的障碍分 为 两类——正 面阻挡物和地面障碍（ 如坑洼 、 高空 ） 。当超声波检 测 障碍物距离大于设定值且 路面正 常时 ， 小 车正常前 进 ； 当超 声波检测障碍物距离小于设定值或 路面情况 有异常时 ， 小车采 取 相应 的避 障措施 ， 如减速 、 转 向或停 止前进 。由于超声 波在 距 离检测方 面定位较准确 ， 且价 格便 宜 ， 所 以采用 超声波 传感
器 作 为水 平 四面 阻 挡 物 探 测 装 置 ； 路 面 检 测 主 要 考 虑机 器 人 防
系统供 电采用 Ｄ Ｃ—Ｄ Ｃ方 式 ， 考 虑直 流 电机对 电源 的要 求， 直 流 电机 直 接 由 ７ ． ４ Ｖ ／ Ｄ Ｃ电池供 电， 其 他 模 块 均 由 Ｌ Ｍ２ ５ ９ ６模块将 ７ ． ４ Ｖ电压转化 为 ５ Ｖ ／ Ｄ Ｃ的 电源提供 。
超 声 波 测距 技术 、 红外检测技术 、 Ｐ ＷＭ 控 制 技 术 及 创 新 机
进行读取发射超声波到超声 波探 测器收到 回波 的时问 Ｔ ， 结合 超声波声速 Ｃ计算得出离障碍物的距 离， 便于保证小车行驶在
设 定 的安 全 范 围内 。
械结构 ， 实现 了实时测距 、 智能避障防撞 、 防摔 、 寻路等功能 。
所 示
系 统设 计 中 主要 用 了两 种 电机 ： 舵 机 用 于 引 导 超 声 波 模 块 和 直 流 电 机控 制 小 车 。舵 机 起 重 要 的 作 用 ， 超 声 波 测 距 模 块 置
于其 上 ， 随其转动来实现水平空间检测 。由舵 机的硬件特性 可 知： 在 给定一定 电压时 ， 舵机运行 的角速度保 持恒定 。为 配合
上 直 接 产 生 。根 据 超 声 波 测 距 原 理 公 式 Ｓ：Ｃ Ｔ ／ ２ ， 由单 片机
以按照预先设定的模式在一个特定 的环境里 自动运作 ， 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 主要研究小车的避障寻路 的智 能模 式 ， 设 计 中的理论方 案 、 分 析方法 、 特色与创新 点等可 以为采矿勘探 机器 人 、 家 用 自动清 洁机器人 、 自动运输 机器 人等 自动半 自动机器人 的设计 与普及 提供一定 的参考价值 。本文设计 基于 Ｍ Ｓ Ｐ ４ ３ ０单 片机… 。 通过
精确测距 、 避障 、 寻路 功 能 。 关键词 ： ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ ； 超声波测距 ； Ｐ ＷＭ 控 制 ； 红 外 检 测
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６—８ ５ ５ ４ ． ２ ０ １ ３ ． １ ２ ． ０ ０ ４
０ 引 言
摔， 选 择 用 红 外 检 测来 实现 。
智 能 作 为 现 代 科学 发 展 的 产 物 ， 是 科 技 的发 展 方 向 ， 其 可
采用 Ｈ Ｃ— Ｓ Ｒ ０ ４超声波 测距模 块 。超声 波测 距技术 已十 分成熟 ， 其原理主要分为 ： 渡越时间检测法 、 相位 检测法和声 波 幅值 检测 法。本设计采用渡越时间检测法 ， 其兼 具检测原理 简 单， 且反射波不会对其造成干扰 而使其精度 和灵敏度下 降。超 声波探测头选频频率为 ４ ０ ｋ Ｈ ｚ 方波 ， 由单片机指定 Ｐ ＷＭ端 口
２ ． ２ 电机 控 制模 块
智能避障寻路机 器人 系统 主要 以 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单 片机 为 中央
控制器 、 结合超声波测距模块 、 红外 检测模块 １ ８ ０ 。 摆 臂舵机及
电源模块组成 。设计中探 测装 置必不可少 ， 而超声波在距 离检 测方面具有较准确的定位 能力 ， 所 以采用超 声波传感器作 为水 平 面阻挡物探测装置 ， 结合 １ ８ ０ 。 摆臂舵机 ， 实现 ３ ６ ０ 。 检测水 平 障碍物 ， 路 面Fra Baidu bibliotek检 测 则 由红 外 检 测 来 实 现 。系 统框 图 如 图 ｌ
要： 设 计 了一 种 基 于 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单 片机 的智 能 避 障 寻 路 机 器 人 系统 ， 系统 主 要 由超 声 波 测 距模 块 、 红 外 检 测 电路 及 ｌ ８ Ｏ 。
摆臂舵机模块 的直流电机 小车组成。通过 超声波测距 、 红外检测、 直流 电机控制和 Ｐ ＷＭ 控制等技术 ， 实现 小车 系统 实时
Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ ｏＬ ０ Ｇ Ｙ Ａ Ｎ Ｄ ＭＡ Ｒ ＫＥ Ｔ
基 于 单 片 机 的 智 能 避 障 寻 路 机 器 人 系统 设 计
张长舂 ， 兰 倩， 陈 冬， 刘 娜， 叶 知
（ 重庆科 技 学 院 电气与信 息 工程 学院 ， 重庆
摘
４ ０ １ ３ ３ １ ）
超 声 波 测 距 模 块 能更 好 地 检 测 水 平 空 问 环 境 ， Ｐ ＷＭ 控 制 要 求
也非常高 ， 设计采用 了 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单片机 自身设置的 Ｐ ＷＭ通 道 ，
圈１ 智 能 避 障 寻 路 机 器 人 系统 框 图
结合随机 函数方式产生 Ｐ ＷＭ 控制信号。小 车直 流电机驱动采
１ 系 统 总体 设 计 方 案
红外检测硬件设计 ， 在 车身前 ８ ｃ ｍ处分别设 置四对红外对 管 。系统根据 四对红外对管接受 到电压信号 ， 经过 比较器输 出 高低 电平信号的情况来判断地面环境 ， 如是低 电平则说 明地 面 环境 良好 ， 小车正常行驶； 反之 ， 则说 明地 面障碍 ， 小车转 向或停 止行驶。同时 ， 还可根据需要将红外对管设置为循迹模式 。
２ 系统硬件设计 与实现
２ ． １ 信 号检 测 模 块
用 Ｈ桥式驱动 电路 Ｌ ２ ９ ８ Ｎ驱 动模块 ， 通 过单 片机 给予 Ｌ ２ ９ ８ Ｎ 电路 电平信号来控制小车的起停 和转 向。
２ ． ３ 电 源 模 块
本设计 主要研究小 车的避障 寻路 功能。此处 的障碍分 为 两类——正 面阻挡物和地面障碍（ 如坑洼 、 高空 ） 。当超声波检 测 障碍物距离大于设定值且 路面正 常时 ， 小 车正常前 进 ； 当超 声波检测障碍物距离小于设定值或 路面情况 有异常时 ， 小车采 取 相应 的避 障措施 ， 如减速 、 转 向或停 止前进 。由于超声 波在 距 离检测方 面定位较准确 ， 且价 格便 宜 ， 所 以采用 超声波 传感
器 作 为水 平 四面 阻 挡 物 探 测 装 置 ； 路 面 检 测 主 要 考 虑机 器 人 防
系统供 电采用 Ｄ Ｃ—Ｄ Ｃ方 式 ， 考 虑直 流 电机对 电源 的要 求， 直 流 电机 直 接 由 ７ ． ４ Ｖ ／ Ｄ Ｃ电池供 电， 其 他 模 块 均 由 Ｌ Ｍ２ ５ ９ ６模块将 ７ ． ４ Ｖ电压转化 为 ５ Ｖ ／ Ｄ Ｃ的 电源提供 。
超 声 波 测距 技术 、 红外检测技术 、 Ｐ ＷＭ 控 制 技 术 及 创 新 机
进行读取发射超声波到超声 波探 测器收到 回波 的时问 Ｔ ， 结合 超声波声速 Ｃ计算得出离障碍物的距 离， 便于保证小车行驶在
设 定 的安 全 范 围内 。
械结构 ， 实现 了实时测距 、 智能避障防撞 、 防摔 、 寻路等功能 。
所 示
系 统设 计 中 主要 用 了两 种 电机 ： 舵 机 用 于 引 导 超 声 波 模 块 和 直 流 电 机控 制 小 车 。舵 机 起 重 要 的 作 用 ， 超 声 波 测 距 模 块 置
于其 上 ， 随其转动来实现水平空间检测 。由舵 机的硬件特性 可 知： 在 给定一定 电压时 ， 舵机运行 的角速度保 持恒定 。为 配合
上 直 接 产 生 。根 据 超 声 波 测 距 原 理 公 式 Ｓ：Ｃ Ｔ ／ ２ ， 由单 片机
以按照预先设定的模式在一个特定 的环境里 自动运作 ， 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 主要研究小车的避障寻路 的智 能模 式 ， 设 计 中的理论方 案 、 分 析方法 、 特色与创新 点等可 以为采矿勘探 机器 人 、 家 用 自动清 洁机器人 、 自动运输 机器 人等 自动半 自动机器人 的设计 与普及 提供一定 的参考价值 。本文设计 基于 Ｍ Ｓ Ｐ ４ ３ ０单 片机… 。 通过
精确测距 、 避障 、 寻路 功 能 。 关键词 ： ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ ； 超声波测距 ； Ｐ ＷＭ 控 制 ； 红 外 检 测
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６—８ ５ ５ ４ ． ２ ０ １ ３ ． １ ２ ． ０ ０ ４
０ 引 言
摔， 选 择 用 红 外 检 测来 实现 。
智 能 作 为 现 代 科学 发 展 的 产 物 ， 是 科 技 的发 展 方 向 ， 其 可
采用 Ｈ Ｃ— Ｓ Ｒ ０ ４超声波 测距模 块 。超声 波测 距技术 已十 分成熟 ， 其原理主要分为 ： 渡越时间检测法 、 相位 检测法和声 波 幅值 检测 法。本设计采用渡越时间检测法 ， 其兼 具检测原理 简 单， 且反射波不会对其造成干扰 而使其精度 和灵敏度下 降。超 声波探测头选频频率为 ４ ０ ｋ Ｈ ｚ 方波 ， 由单片机指定 Ｐ ＷＭ端 口
２ ． ２ 电机 控 制模 块
智能避障寻路机 器人 系统 主要 以 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单 片机 为 中央
控制器 、 结合超声波测距模块 、 红外 检测模块 １ ８ ０ 。 摆 臂舵机及
电源模块组成 。设计中探 测装 置必不可少 ， 而超声波在距 离检 测方面具有较准确的定位 能力 ， 所 以采用超 声波传感器作 为水 平 面阻挡物探测装置 ， 结合 １ ８ ０ 。 摆臂舵机 ， 实现 ３ ６ ０ 。 检测水 平 障碍物 ， 路 面Fra Baidu bibliotek检 测 则 由红 外 检 测 来 实 现 。系 统框 图 如 图 ｌ
要： 设 计 了一 种 基 于 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单 片机 的智 能 避 障 寻 路 机 器 人 系统 ， 系统 主 要 由超 声 波 测 距模 块 、 红 外 检 测 电路 及 ｌ ８ Ｏ 。
摆臂舵机模块 的直流电机 小车组成。通过 超声波测距 、 红外检测、 直流 电机控制和 Ｐ ＷＭ 控制等技术 ， 实现 小车 系统 实时