超声波避障小车.

“智能机器人”创新实践班班级项目研究报告I超声波避障小车项目研究报告“智能机器人”创新实践班2011年5月20日项目组成员：计科专业0901余恒洋计科专业0901吴林生医专业0902史思总“智能机器人”创新实践班班级项目研究报告II摘要Mega16是AVR系列单片机里应用比较广泛的一款，在自动控制领域里享有很高的价值，以其易用性和多功能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arduino板、超声波传感器和L298N完成避障小车的制作，以ATmega16为主控芯片，利用超声波对距离的检测将前方的障碍探测出来并且通过超声波传回的数据进行判断，然后ATmega16发出指令控制电机的转动。关键词：超声波传感器避障小车ATmega16“智能机器人”创新实践班班级项目研究报告III目录摘要....................................................................................................................II1绪论....................................................................................................................-1-1.1项目研究背景及意义.................................................................................-1-1.2项目主要研究内容.....................................................................................-1-2总体设计方案及论证........................................................................................-2-2.1总体方案设计.............................................................................................-2-2.2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.................................................................................-4-2.2.4主控系统设计.....................................................................................-5-2.3软件设计.....................................................................................................-5-2.3.1直流电机控制模块.............................................................................-5-2.3.2超声波探测模块.................................................................................-7-2.4软件与硬件的整合...................................................................................-10-2.4.1调试超声波模块...............................................................................-10-2.4.2电机调试...........................................................................................-10-3测试..................................................................................................................-11-4结果分析..........................................................................................................-12-5总结..................................................................................................................-13-6参考文献..........................................................................................................-14-7附录................................................................................................................-15-“智能机器人”创新实践班班级项目研究报告-1-1绪论1.1项目研究背景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较准确定位。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。“智能机器人”创新实践班班级项目研究报告-2-2总体设计方案及论证2.1总体方案设计系统采用ATMEL的8位微控制器ATmega8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转,在900ms里面连续转动三次说明前方的障碍不能通过,就控制小车后退,并且向相反的方向转动。系统总体的设计方框图如图2-1所示。图1.2系统总体方框图2.2硬件设计2.2.1电源设计电源部分的设计主要采用7805芯片，使用7805芯片搭建的电路的优点是简单、实用，并且完全能够满足壁障小车单片机控制系统和L298N芯片的逻辑供电的供电需要。7805芯片有3个引脚，分别为输入IN端、输出OUT端和接地GND端，通常情况下可以提供1.5A的电流，在散热足够的情况下可以提供Atmega8主控模块直流电机驱动模块路径检测模块避障模块电源模块图2-2-1系统总体方案图“智能机器人”创新实践班班级项目研究报告-3-大于1.5A的电流。7805芯片的输入电压可以为9V、12V、15V不等，输出电压稳定在5V，正负误差不超过0.2V。7805芯片如图2-2。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7805的输入电源，搭建的电源部分电路如图2-3图2-17805芯片2.2.2电机驱动设计电机驱动部分主要采用一片L298N和主控芯片ATmega16单片机直接相连够成驱动电路。L298N芯片直插式的15个引脚，其中有两个使能端ENA和ENB，两个反馈端SA和SB，四个输入端IN1、IN2、IN3和IN4，四个输出端OUT1、OUT2、OUT3和OUT4，一个接地端GND，一个VSS(5V时性能最好)逻辑电源电压输入端和一个VS(最大承载电压46V，鉴于7805和电机电压，选取12Ｖ电源供电)功率电源电压输入端。L298N可同时驱动两个电机，最大输出电流为2A，鉴于它的良好性能和价格，选取L298N作为电机驱动芯片，L298N芯片如图2-3。ATmega16的PB4、PB5两个端口直接分别与L298N的两个使能端ENA、ENB相连，控制电机转停的目的。PD0~PD3端口分别与L298N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。L298N的四个输出端直接与两个电机相连驱动电机。搭建的电机驱动部分电路如图2-4。图2-3L298N芯片“智能机器人”创新实践班班级项目研究报告-4-图2-4电机驱动电路图2.2.3超声波测试模块超声波模块采用现成的ＨＣ－ＳＲ０４超声波模块，该模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号;模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。实物如下图2-5。其中VCC供5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出等四支线。图2-5超声波模块实物图“智能机器人”创新实践班班级项目研究报告-5-2.2.4主控系统设计主控系统主要采用ATmega16单片机作为中央处理器，系统主要包含ISP下载端口用于现在单片机程序、超声波连接端口用于和超声波模块的连接输入检测信号和输出指令信号、L298N连接端口用于和驱动电路的连接，输出电机转动信号和各类指示灯用于指示测试信号等。控制系统部分电路如图2-6图2-6主控系统原理图2.3软件设计2.3.1直流电机控制模块在单片机的应用领域里面，电机控制的方法比较多，主流的控制方案有以下几种：方案一：串电阻调速系统。方案二：静止可控整流器。简称V-M系统。方案三：脉宽调速系统。旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流，由发电机给需要调速的直流电动机供电，调节发电机的励磁电流即可改变其输出电压，从而调节“智能机器人”创新实践班班级项目研究报告-6-电动机的转速。改变励磁电流的方向则输出电压的极性和电动机的转向都随着改变，所以G-M系统的可逆运行是很容易实现的。该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一