基于单片机的避障小车的设计说明书——机电一体化专业课程设计

20届机电一体化专业课程设计

基于单片机的避障小车的设计说明书姓名

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日期

2019年11月

前言

STC89C51/52是STC89系列单片机里应用非常广泛的一款，在自动控制或者电控领域里享有很高的应用价值，以其易用性和兼容性以及不错的稳定性受到了广大电子设计及爱好者的好评。本次设计主要是利用电路开发板、单片机最小系统、超声波、红外传感器模块以及电机L293D等相关元器件完成避障小车的制作，以STC89为主控芯片，利用超声波对距离的准确检测来将前方的障碍探测出来并且通过超声波的接收模块回传到小车，实现前进过程中的避障功能。

目录

1 绪论 (1)

1.1 研究目的及意义 (1)

1.2 项目主要研究内容 (1)

2 总体设计方案及论证 (1)

2.1总体方案设计 (1)

2.2 硬件设计 (2)

2.2.1电源设计 (2)

2.2.2电机驱动设计 (3)

2.2.3超声波测试模块 (3)

2.2.4红外避障模块 (4)

2.2.5 52单片机主控系统设计 (5)

2.3 软件分析 (6)

2.3.1 直流电机控制模块 (6)

2.3.2舵机云台控制模块 (7)

2.4软件与硬件的整合 (8)

2.4.1调试超声波模块 (8)

2.4.2 电机调试 (8)

3 总结 (8)

致谢 (9)

参考文献 (9)

6 附录 (10)

6.1 开发板原理总图 (10)

6.2 程序 (10)

1绪论

1.1研究目的及意义

随着汽车工业的快速发展，关于汽车的研究也越来越受到人们的关注。智能汽车概念的提出给汽车产业带来机遇也带了挑战。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、红外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。

1.2项目主要研究内容

超声波在距离检测方面的定位还是较准确的。超声波传感器主要发射高频超声波，在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接受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。所以考虑到这个问题，在进行此次课设实验时要求外部环境的影响必须降到最低，再通过软件内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。

2总体设计方案及论证

2.1总体方案设计

系统采用STC89系列的8位微控制器STC89C52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,在转动的方案上将首先尝试左/右转,若转不过去就根据程序控制小车后退,并且向相反的方向转动。系统总体的设计方框图如图2-1-1所示：

图2-1-1 系统总体方案图

2.2 硬件设计

2.2.1 电源设计

电源部分的设计主要采用L293D 双H 桥驱动芯片，使用此芯片搭建的电路的优点是简单、实用并且可同时驱动两路直流电机。并且完全能够满足避障小车单片机控制系统和L293D 芯片的逻辑供电的供电需要。此芯片有3个引脚，分别为使能端EN1、输入IN1端和输入IN2端，通常情况下可以提供峰值1.2A 的电流，在散热足够的情况下可以提供大于1.2A 的电流。电机的驱动电压范围为4.5V-36V ，模块工作电压稳定在5V ，正负误差不超过0.2V 。芯片如图2-2-1所示。基于这样的情况再结合电机的工作电压，选取了12Ｖ电源作为芯片的输入电源，搭建的电源部分电路如图2-2-2。

图2-2-1 双H 桥驱动芯片

STC89C52 主控模块 电源模块

路经检测模块

直流电机驱动

模块 避障模块

2.2.2 电机驱动设计

电机驱动部分主要采用一片L293D和主控芯片STC89C52单片机直接相连构成驱动电路。L293D芯片直插式的15个引脚，其中有两个使能端EN1和EN2，四个输入端IN1、IN2、IN3和IN4，四个输出端OUT1、OUT2、OUT3和OUT4，一个VSS(5V时性能最好)逻辑电源电压输入端、功率电源电压输入端。L293D可同时驱动两个电机，最大输出电流为1.2A，鉴于它的良好性能和价格，选取L293D作为电机驱动芯片，L293D芯片如图2-2-2。STC89C52的两个端口直接分别与L293D的两个使能端EN1、EN2相连，控制电机转停的目的。PD0-PD3端口分别与L293D的引脚IN1、IN2、IN3、IN4相连通过电平变化控制电机在持续高速状态下的转向。L293D的四个输出端直接与两个电机相连驱动电机。

图2-2-2 L2983D芯片

2.2.3 超声波测试模块

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。

为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。介绍了三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。

使用固定在车头的超声波与红外避障模块完成避障实验， LCD1602液晶显示超声波测距信息。

左边红外避障传感器检测到障碍物，右转躲避；