智能超声波避障小车毕业论文

智能超声波避障小车毕业论文

目录

引言 (1)

1 系统设计 (1)

1.1 任务要求 (1)

1.2 总体设计 (1)

2 方案论证 (2)

2.1 系统控制模块设计方案论证 (2)

2.2 电机的选择方案论证 (3)

2.3 避障模块设计方案论证 (4)

2.4 显示模块设计方案论证 (5)

2.5 直流调速方案设计 (5)

2.6 电源模块设计方案论证 (5)

3 元器件介绍 (6)

3.1 AVR单片机主控芯片介绍 (6)

3.2 L298N驱动芯片 (6)

3.2.1L298N驱动芯片介绍 (6)

3.2.2L298N驱动芯片特点 (6)

3.3 直流电机 (6)

3.4 超声波传感器 (7)

3.4.1超声波传感器概述 (7)

3.4.2接口说明 (8)

3.4.3超声波测距原理 (8)

3.5 光电传感器 (8)

3.6 LCD1602液晶显示 (9)

3.6.1液晶显示LCD实物图 (9)

3.6.2液晶显示原理 (9)

3.6.3管脚功能 (9)

4 系统单元电路的设计 (10)

4.1 超声波收发电路 (10)

4.2 红外线收发电路 (10)

4.3 单片机主控电路 (10)

4.4 电源电路 (11)

4.5 LCD1602显示电路 (12)

4.6 电机驱动电路 (13)

4.6.1直流电机 H 桥驱动方案的选择 (14)

4.6.2PWM调速原理 (14)

4.7 光警示电路 (16)

4.8 单片机复位电路 (16)

4.9 单片机时钟震荡电路 (17)

5 软件设计 (18)

5.1 主程序 (19)

5.2 避障子程序 (19)

5.3 电机驱动子程序 (20)

5.4 显示子程序 (21)

5.5 测量距离子程序 (23)

5.6 光警示子程序 (24)

6 调试与仿真 (24)

6.1 调试仿真工具Proteus介绍 (24)

6.2 硬件的制作与调试 (26)

6.3 电路与程序调试过程 (28)

6.3.1电路的仿真调试 (28)

6.3.2电路的调试 (28)

7 结论 (30)

谢辞 (31)

参考文献 (32)

附录 (33)

引言

智能，是指在非结构环境下运作并能够自动预先设定模式，不需要人为的操作就能达到预期或是更高的目标，为人类提供必要服务的集成智能化装备。作为当今社会的新产物，智能对我们的实际工作生活具有很大的实用性。超声波避障的研究对于我国智能车的普及有一定的指导作用并且有着深远的意义，同时小车也成为现代智能玩具的一种良好的发展对象，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。

本题目设计的是具有自动避障功能的智能小车。主要开发一个能根据红外线和超声波检测结果，自动避开障碍物的智能小车控制系统。设计选择通用、价廉的ATmega16单片机作为主控芯片，选择通用的电机模型车为机械平台，系统通过采集超声波传感器和光电传感器的数据，通过相应的比较计算来对PWM波的输出进行控制操作，对电机的转速实现实时调节；通过超声波传感器接收回的数据来计算小车与障碍物之间的距离，从而实现小车的避障功能。通过细化要求，本系统以ATmega16为核心控制器，主要由电源模块、电机驱动模块、显示模块、避障模块构成。通过电机控制技术和传感器技术相关知识的结合，设计完成以由超声波前方测距、避障与红外线左右自动避障组成的硬件模块，结合软件程序设计组成智能避障小车，共同实现了小车的前进、后退、左转、右转，通过超声波自动根据前方距离围障碍物测距，检测障碍物停止再绕行，达到设计目标。

智能小车系统的设计思路采用了模块化的方法，电路结构简单，系统成本低，调试方便，系统反应快速、灵活，小车调速平滑，功耗低，设计方案正确、实施性强，各项指标可靠、稳定，基本满足设计要求。稍加改动便可应用于简单的实际生产生活中，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系统设计

1.1任务要求

（1）检测障碍物并且避障：由超声波和红外探头共同实现；

（2）小车电机由L298N驱动；

（3）速度由单片机输出的PWM波控制；

（4）超声波能实现对障碍物的测距，LCD屏显示了超声波检测到前方的距离。1.2总体设计

硬件电路系统的设计通过采用模块化的设计方法，由单片机最小系统模块，超声波避障、红外线避障模块，电机驱动，电源模块，显示模块以及光报警模块七部分组成。其中小车使用AVR单片机为主控芯片，它通过小车前端超声波返回的数据来获取小车距离障碍物的距离，并且用LCD1602显示出来，当小车与障碍物的距离大于某设定的距离时，小车会沿直线前进，当小车与障碍物的距离小于某设定的距离时，小车左转或者右转以避开障碍物；车头两侧由红外线对管自动避障组成的硬件模块组成，实现小车左转

和右转功能；并且此时LED闪烁。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。

系统硬件构成框图如图1-1所示。

图1-1 系统硬件构成框图

2方案论证

2.1系统控制模块设计方案论证

AT89S52单片机与ATmega16单片机的选择。

方案一：AT89S52单片机具有十分完备的功能，不仅能够对片某些特殊功能寄存器的某位进行传送、置位、清零、测试等处理，还能进行位的逻辑运算，使用起来得心应手。特点是控制简单、价格便宜，具有完整的输出输入、端口控制、以及部程序的存储空间，程序烧写方便，支持USB口或者是串口两种下载程序方式，并且是我们平时上课学习与使用的。能够使用外接A/D，D/A转换电路与运放芯片来实现采集传感器传送信息的功能，且能够通过以点阵或LCD液晶以及外接按键实现人机交互[1]，能通过部众多I/O端口与步进电机连接来对外围设备进行精确操控。

方案二：ATmega16单片机，特点是取指周期短，有可预取指令，实现于流水作业，故可高速执行指令。采用精简指令集，克服了瓶颈现象，指令执行速度(1Mips/MHz)得以提高，功能增强；由于硬件结构得到了简化了，降低了对外设管理的开销和成本。ATmega16单片机的I/O口功能强大，因为它具有能够单独设定为输入或输出的功能，设置上拉电阻，并且有高阻输入、驱动能力强等特性，这使的得I/O口得到充分的利用。片集成多种频率的RC振荡器，能够自动上电复位、并且有看门狗和启动延时等功能，所以ATmega16单片机外围电路相对AT89S52简单，系统更加稳定可靠。

经过比较，因为AT89S52单片机，具有位运算，能较方便的应用I/O口。但PWM利用定时器中断函数，模拟产生PWM脉冲，由于PWM频率较高，势必导致定时器中断被频繁触发。此时，如果有其他对时序要求较高的模块被同一单片机控制的话，有可能导致时序紊乱，无法控制。对于超声波模块，频繁的中断触发，会导致计时不准，使得换算出来的距离具有一定的误差。而AVR单片机，由于采用的是精简指令集，其不支持位操作，但具有较高的效率，抗干扰性和可靠性。它的4通道PWM，具有硬PWM时序功能，