利用超声波实现躲避障碍物——小车(完成品).doc

1、五 邑 大 学 第 十 二 届 科 技 学 术 节 电 子 设 计 大 赛技术报告学 校： 五邑大学 队伍名称： Robot L课题名称： 躲避障碍物小车参赛队员： 刘权超李才海列永光目录第一章 绪论1.1 课题设计的目的及意义1.1.1 设计的目的1.1.2 课题设计的意义1.2 躲避障碍物小车的设计思路1.2.1 超声波模块的设计原理1.2.2 躲避障碍物小车的原理框图如下图1.3 课题设计的任务及要求1.31 设计躲避障碍物小车的任务1.3.2 设计躲避障碍物小车的要求第二章 小车系统总体方案设计2.1 车模的选择2.2 电机驱动模块的选择2.3 电源模块的选择2.4 路况检测模块的选择

2、第三章 躲避障碍物小车机械设计第四章 躲避障碍物小车硬件电路设计4.1 小车的控制模块51单片机最小系统4.2 电机驱动模块4.3 电源模块的硬件设计4.4 路况检测模块的硬件设计第五章 躲避障碍物小车软件设计5.1 主程序流程图5.2 两块超声波模块的发生、接收和计算的设计5.3 主从机串口通信程序设计5.4 直流电机控制程序设计5.5 系统的软硬件的调试第六章 总结 6.1 创新点6.2 目前尚存在的不足与改进方向致谢参考文献 第一章 绪论1.1 课题设计的目的及意义1.1.1 设计的目的随着科技技术的快速发展，超声波在各个科技领域的应用越来越广，比如说超声波探伤仪、超声波测厚仪、超声波测

3、距仪等等，但在实际生活的应用却不多，人们可以具体利用的超声波技术在实际生活中还十分有限。因此，这是一个值得开发而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波作为一种新型的非常重要又有用的技术在生活的各个方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位、高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。比如超声波清洗仪，超声波作用于液体中时，液体中每个气泡的破裂瞬间会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和高达上千个大气压，这种现象被称之为“空化作用” ，超声波清洗正是用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲刷工件内外表面的作用随着超声波的技术发展，超声波将从单纯的科技应用发展到实际生活的

4、应用，最终向全社会普及。在新的世纪里，超声波在将来将发挥更大的作用。1.1.2 课题设计的意义随着科技的发展，人们的生活水平的提高，城市发展建设加快，城市与城市、城市与农村、农村与农村的道路的迅速建设，汽车等交通工具的需求量也在不断增大。但是，由于各种不可避免的因素，交通安全建设却落后于城市建设。因此，经常出现交通事故等现象，使得交通安全问题一直像梦呓一样纠缠着人们的生活。而设计躲避障碍物小车进行躲避障碍物的自动控制系统，保证小车在地面上能自由躲避障碍物行走，是躲避障碍物小车的设计研制的核心部分。这个应用，如果应用在生活中的汽车上，用超声波来测量两车的距离，达到一定的距离的时候，就会自动提示或

5、者报警或者控制汽车正确刹车停车这样，就可以减少人为的交通事故的发生。而控制系统核心部分就是超声波测距的研制。因此，设计好的超声波测距就显得非常重要了。这也就是我们设计躲避障碍物小车的意义所在。1.2 躲避障碍物小车的设计思路1.2.1 超声波模块的设计原理发射器发出的超声波以速度 在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为 t，由s=vt/2 即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速 v 与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。表 1-1 超声

6、波波速与温度的关系表1.2.2 躲避障碍物小车的原理框图如下图单片机发出 40kHZ 的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由程序进行判别、计算，得出距离数，然后经过单片机程序处理，得到的数据来对小车的电机进行相应的控制。图 1-1 超声波测距仪原理框图电机驱动1.3 课题设计的任务及要求1.31 设计躲避障碍物小车的任务：（1）了解超声波测距的原理。（2）学习电机驱动电路的原理。（3）根据其原理设计好硬件结构电路。 1.3.2 设计躲避障碍物小车的要求：(1) 设计出超声波测距模块的

7、硬件结构电路。(2) 对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。(3) 根据测出来的距离进行判断，从而能使小车躲避障碍物。第二章 小车系统总体方案设计基于课题要求，系统可化为几个基本模块，如下图所示，下面对各个模块的方案进行设计：2.1 车模的选择方案一：选择遥控玩具小车，对小车进行改装，这种车速度较快，反应灵敏。然而，这种小车，转弯扭力较小，且速度较快，不路况检测 电源供电单片机电机驱动容易控制。方案二：选择直流减速电机的小车，这种车扭力较大，可以转过曲率很大的弯道。然而，车速较慢。处于弯道曲率并非很大，我们选择了方案二。2.2 电机

8、驱动模块的选择方案 1:采用继电器的方法,使用继电器作为开关作用,通过单片机的控制实现某个继电器的打开和关闭，打开和关断其中一个或两个电机，从而实现小车的转弯和停止。但实际证明当有继电器的方案时,小车在减速时不能碰到任何障碍物,否则车子很容易停下来,说明稳定性不高.方案 2:采用达林顿管搭成的 H 桥型电路,通进 H 桥型电路可方便地实现电机的正,反转和突然刹车,但由于自己搭制的桥型电路体积庞大且调试稳定性不高所以我们没有采用.方案 3:采用 L298 驱动芯片,L298 驱动芯片是大功率的内集成有两个 H 型电路的驱动芯片,由于是集成芯片体积小,且稳定性高,驱动力强,所以我们采用了这种方法.

9、2.3 电源模块的选择常用的电源有串联型线性稳压电源（LM2940、7805 等）和开关型稳压电源（LM2596、LM2575 等）两大类。前者具有纹波小、电路结构简单的优点，但是效率较低，功耗大；后者功耗小，效率高，但电路却比较复杂，电路的纹波大。对于单片机，需要提供稳定的 5V 电源，由于 7805 的稳压的线性度非常好，所以选用 7805单独对其进行供电；而其它模块则需要通过较大的电流，而LM2596-5，转换效率高，带载能力大，缺点是其纹波电压大，不适合做单片机电源，不过对其它模块供电还是能保证充电的电源。所以就利用 7805和 LM2596-5 对控制系统和执行部分开供电，可以有效地防止各器件之间发生干扰，以及电流不足的问题，使得系统能够稳定地工作。另外，选用 7.2 伏可充放电的镍氢电池作为电源供电。2.4 路况检测模块的选择方案 1：用红外发射管和接收管自己制作光电对管避障传感器。红外发射管能发出在光谱中波长自 0.76 至 400 微米的一段称为红外线的光，而红外线接收头经过技术的处理，它能接收到红外信号给出的高电平（接近工作电压） ，无红外信号低电平（约 0.4） 。但是工作不够稳定，容易受外界光线的影响，并且能检测的距离也有限，达不到小车避障所需要的效果，因此我们放弃了这个方