(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姓名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AbstractSmartcarscanbeprogrammedtoperformaspecifictaskmeanstheminiaturizationofrobotithastomakecostislowcircuitsimplestructureconvenientprogramtestBecauseofithasstronginterestintelligentrobotcarfavoredbythemajorityoftheuniversitystudentsenthusiastsandloveThispaperintroducestheisaautomaticobstacleavoidancefunctionofintelligentcardesignandproductionhereinafterreferredtoasthesmartcarthethesistotheintelligenceofthecarschemeselectiondesignideaandtheimplementationofhardwareandsoftwarefunctionandworkingprincipleofadetailedanalysisanddiscussesAfterpracticeacceptancetestthisintelligentcarcircuitstructureissimpleconvenientdebugfastflexiblesystemreflectcorrectandfeasibledesignschemeeachindexissteadyandreliable目录摘要IAbstractII目录III第一章绪论111项目研究背景及意义112项目主要研究内容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项目主要研究内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范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SVT2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内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范围限制方案二用LED显示优点亮度高成本低缺点不能显示汉字显示内容较少对于本课题的要求我们选择LCD实现功能显示内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行等的模块下面以长沙太阳人电子有限公司的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20mA50V模块最佳工作电压50V字符尺寸295×435W×Hmm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1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据命令选择12D5数据5RW读写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK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液晶模块内部的控制器共有11条控制指令如表-2-2所示序号指令RSRWD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回0000000013置输入模式00000001IDS4显示开关控制0000001DCB5光标或字符移位000001SCRL6置功能00001DLNF7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容表-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RSLRWHEH输出D0D7状态字写指令输入RSLRWLD0D7指令码E高脉冲输出无读数据输入RSHRWHEH输出D0D7数据写数据输入RSHRWLD0D7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