基于STC89C52單片機(jī)的智能超聲波跟隨與避障小車(chē)

1、基于STC89C52單片機(jī)的智能超聲波跟隨與避障小車(chē)廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院電氣工程系電氣123班小組：吳梓潤(rùn)賴智彬羅林昕摘要：智能超聲波跟隨與避障小車(chē)是以STC89C5印片機(jī)為控制核心，采用超聲波傳感器技術(shù)，主要由電源模塊、避障與跟隨模塊（即超聲波模塊）、L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、語(yǔ)音提示模塊，四位數(shù)碼管顯示模塊等組成的控制系統(tǒng).小車(chē)通過(guò)軟件程序與硬件的相互控制，啟動(dòng)后開(kāi)始探索前方是否有障礙物（即跟隨物）,若有跟隨物，距離大于30厘米，就向跟隨物方向前進(jìn)，且數(shù)碼管顯示距離，距離小于30厘米，跟隨物變?yōu)檎系K物，語(yǔ)音模塊提示，小車(chē)自動(dòng)避開(kāi)，重新尋找跟隨物.若前方無(wú)跟隨物，小車(chē)就向前左轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎

2、后再尋找跟隨物。關(guān)鍵字:STC89C52單片機(jī)，超聲波,L298N1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)該系統(tǒng)是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，以超聲波傳感器為距離測(cè)量元件，對(duì)跟隨物的探索與跟隨，自動(dòng)避障，跟隨與避障過(guò)程中，數(shù)碼管顯示距離與及語(yǔ)音提示避障的控制系統(tǒng)。如圖1所示：超聲波模塊（跟隨與避障）電源模塊L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊圖1:智能小車(chē)跟隨與避障系統(tǒng)基于單片機(jī)STC89C52勺智能小車(chē)跟隨與避障系統(tǒng)是一種利用超聲波測(cè)距然后自動(dòng)跟隨或避障的系統(tǒng)，其啟動(dòng)后自動(dòng)尋找跟隨物以及小于某一距離后自動(dòng)避開(kāi)障礙物，廣泛應(yīng)用于探測(cè)跟隨、避障等場(chǎng)合，通過(guò)超聲波傳感器，由單片機(jī)向超聲波傳感器發(fā)送命令，讀取超聲波傳感器測(cè)

3、量的距離，再判斷小車(chē)是否跟隨或轉(zhuǎn)彎避開(kāi)。如果距離小于避障距離，語(yǔ)音模塊進(jìn)行提醒。它采用超聲波傳感器，超聲波模塊采用現(xiàn)成的HC-SR04超聲波模塊，該模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)到3mm模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為核心控制單元用于系統(tǒng)的控制，小車(chē)安裝了1個(gè)超聲波傳感器，裝于小車(chē)前，用超聲波檢測(cè)障礙物，測(cè)出距離，程序根據(jù)測(cè)得的距離，實(shí)現(xiàn)小車(chē)是否跟隨還是避障。2系統(tǒng)硬件各模塊的設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距模塊超聲波傳感器是本控制系統(tǒng)的核心模塊之一，其相當(dāng)于小車(chē)的眼睛，小車(chē)啟動(dòng)后，超聲波就開(kāi)始尋找跟隨物以確定小車(chē)前進(jìn)方向,進(jìn)行判斷后

4、再進(jìn)行控制，控制模塊是決定系統(tǒng)將要進(jìn)行什么工作的，如小車(chē)應(yīng)該左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎還是向前進(jìn)，小車(chē)行駛過(guò)程距離障礙物（跟隨物）有多少。超聲波傳感器原理圖如圖2所示U11234GNDC2422pFC3433pFX1CRYSTALGXTAL219,XTAL1P0.0/AD03918P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD33837y369P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD735餐34U33呈32729P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSEN-P2.3/A112122V23y24旦30ALEP2.4/A122531EAP2.5/A1326y1P2

5、.6/A14P2.7/A15P10/T2P30/RXD27P282_10n2P1.1/T2EXP3.1/TXD_21X3P12P32/INT012日4P13P33/INTT135P14P34/T014X6P1.5P3.5/T1_15_X7p-lApqAAA/P168P17P37/RD17P10P11P12力XTAL1P13P14P15P16P17AT89C52P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27P30P31P33P34P35P36P37圖2:超聲波模塊原理圖超聲波模塊與單片機(jī)的P3RP31連接，其1腳接電源，2腳連接接收端Echo,3

6、腳連接控制端Tr1g,4腳連接VCC另外，超聲波模塊的時(shí)序圖如圖3所示以上的時(shí)序圖表明只需提供一個(gè)10uS以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)生8個(gè)40KHz的周期電平并檢測(cè)回波。一但檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)。回響信號(hào)的脈沖寬度與所測(cè)得距離成正比。由此通過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)問(wèn)間隔可以計(jì)算得到距離。公式：uS/58二厘米或者uS/148=英寸；或是距離=高10uS的TTL觸發(fā)信號(hào)循環(huán)發(fā)出8個(gè)4DKHZ脈沖n|i模塊內(nèi)部發(fā)出信號(hào)輸出回響信號(hào)回響電平輸出與檢測(cè)距離成比例圖3:超聲波模塊時(shí)序圖電平時(shí)間*聲速（340M/S）/2;建議測(cè)量周期為60MSW上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。語(yǔ)音

7、提示模塊設(shè)計(jì)此模塊是用來(lái)提供語(yǔ)音提示的，當(dāng)小車(chē)距離障礙物距離（這個(gè)距離可以自行設(shè)定）很近時(shí)，小車(chē)的控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出“在距您車(chē)前方x米的地方有一障礙物,請(qǐng)您注意避讓”的語(yǔ)音提示。此功能是用ISD1760語(yǔ)音芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，預(yù)先給語(yǔ)音芯片錄入“在距您車(chē)前方”，“米的地方有一障礙物，請(qǐng)您注意避讓”，“0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6”，“7”，“8”，“9”，“10”等語(yǔ)音信息，在通過(guò)單片機(jī)程序來(lái)控制語(yǔ)音芯片的定點(diǎn)放音，來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示。GND圖4語(yǔ)音提示模塊原理圖由總體電路圖，用單片機(jī)的P2.2至ijP2.5四個(gè)I/O口來(lái)控制ISD1760語(yǔ)音芯片的定點(diǎn)放音ISD1760工作原理：如圖所

8、示，通過(guò)REC1來(lái)進(jìn)行錄音，錄音時(shí)要一直按住REC,錄完一段語(yǔ)音后松開(kāi)REGS,按動(dòng)PLAY1可以對(duì)剛才的錄音播放出來(lái)；VOL鍵可以加減音量，每按動(dòng)一次VOL鍵，聲音就增大一級(jí)，由于只有8級(jí)音量調(diào)節(jié)，所以在第9次按動(dòng)VOL鍵時(shí)，聲音又回到了最小音量；ERASE®可以對(duì)已經(jīng)錄入的語(yǔ)音進(jìn)行擦除，短按此鍵可以擦除上一段錄音，長(zhǎng)按此鍵可以擦除所有錄音；通過(guò)SSSCLKMISOMOSI腳與單片機(jī)進(jìn)行SPI通信，單片機(jī)就是通過(guò)這幾個(gè)腳實(shí)現(xiàn)對(duì)ISD1760的定點(diǎn)放音。最小系統(tǒng)STC89C5WL片機(jī)此模塊是小車(chē)的最重要部分，它控制著超聲波測(cè)距模塊、數(shù)碼管顯示模塊、L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、語(yǔ)音提示

9、模塊和信號(hào)提示模塊的工作。單片機(jī)通過(guò)計(jì)時(shí)器記錄超聲波發(fā)射和接受的時(shí)間差，來(lái)計(jì)算出小車(chē)距離障礙物的距離，控制P1口的高低電平來(lái)控制數(shù)碼管顯示，通過(guò)輸出不同頻率的脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的工作，通過(guò)SPI協(xié)議與ISD1760語(yǔ)音芯片進(jìn)行通信，來(lái)控制語(yǔ)音芯片的定點(diǎn)放音，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示功能。原理圖如圖5所示：U1EAXTAL1XTAL2RSTRSTPSENALEEAoO。000OO8OQ8XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11A

10、LEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0/T2P3.0/RXDP1.1/T2EXP3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INT1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RD39383700一3613534I33I3221222324252627281011|12一131415I1617P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27P30P31P33P34P35P36P37圖5:最小系統(tǒng)單片機(jī)原理圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的主程

11、序框架主要由避開(kāi)障礙、測(cè)量距離、跟隨物體、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、數(shù)碼管顯示距離和語(yǔ)音提示等子程序構(gòu)成，如圖6所示。根據(jù)各硬件電路功能來(lái)設(shè)計(jì)子程序模塊，最后再將各模塊嵌入主程序中。主程序測(cè)量距離子程序避開(kāi)障礙子程序隨物體子程序電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序數(shù)碼管顯示子程序語(yǔ)音提示子程序圖6:4系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試在測(cè)試過(guò)程中，先把小車(chē)放在空曠的地板上且放一物體，啟動(dòng)小車(chē)后測(cè)試其的探索跟隨物的能力，搜索到后，若物體在其前方小于30厘米處，就可以測(cè)試小車(chē)的避障能力。若物體與其距離大于30厘米處，此時(shí)移動(dòng)物體，可測(cè)試小車(chē)的跟隨能力。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與結(jié)果分析1.首先把小車(chē)放于空曠的地板上，啟動(dòng)小車(chē)后自動(dòng)開(kāi)始尋找跟隨物體.找到跟隨物體后，小車(chē)調(diào)整方向，向跟隨物體方向前進(jìn)。當(dāng)距離小于30厘米后，跟隨物變?yōu)檎系K物，小車(chē)避開(kāi)障礙物再前進(jìn)。此時(shí)小車(chē)重新開(kāi)始尋找新的跟隨物體。小車(chē)就是如此循環(huán)的既跟隨障礙物又避開(kāi)障礙物。.在測(cè)試小車(chē)避障與跟隨過(guò)程中，數(shù)碼管會(huì)顯示物體的距離，若在避障距離內(nèi)，語(yǔ)音模塊進(jìn)行提醒。.通過(guò)測(cè)試，小車(chē)在測(cè)試中能夠按預(yù)想的設(shè)計(jì)要求，達(dá)到智能小