基于STC89C52單片機(jī)的智能超聲波跟隨與避障小車

1、基于STC89C52單片機(jī)的智能超聲波跟隨與避障小車廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院電氣工程系電氣123班小組：吳梓潤賴智彬羅林昕摘要：智能超聲波跟隨與避障小車是以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)動模塊、語音提示模塊，四位數(shù)碼管顯示模塊等組成的控制系統(tǒng).小車通過軟件程序與硬件的相互控制，啟動后開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，語音模塊提示，小車自動避開，重新尋找跟隨物.若前方無跟隨物，小車就向前左轉(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量元件，對跟隨物的探索與跟隨，自動避障，跟隨與避障過程中，數(shù)碼管顯示距離與及語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)動模塊圖1:智能小車跟隨與避障系統(tǒng)基于單片機(jī)STC89C52勺智能小車跟隨與避障系統(tǒng)是一種利用超聲波測距然后自動跟隨或避障的系統(tǒng)，其啟動后自動尋找跟隨物以及小于某一距離后自動避開障礙物，廣泛應(yīng)用于探測跟隨、避障等場合，通過超聲波傳感器，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

3、量的距離，再判斷小車是否跟隨或轉(zhuǎn)彎避開。如果距離小于避障距離，語音模塊進(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功能，測距精度可達(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，小車安裝了1個超聲波傳感器，裝于小車前，用超聲波檢測障礙物，測出距離，程序根據(jù)測得的距離，實現(xiàn)小車是否跟隨還是避障。2系統(tǒng)硬件各模塊的設(shè)計超聲波測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)于小車的眼睛，小車啟動后，超聲波就開始尋找跟隨物以確定小車前進(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，如小車應(yīng)該左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎還是向前進(jìn)，小車行駛過程距離障礙物（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，超聲波模塊的時序圖如圖3所示以上的時序圖表明只需提供一個10uS以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)生8個40KHz的周期電平并檢測回波。一但檢測到有回波信號則輸出回響信號。回響信號的脈沖寬度與所測得距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時問間隔可以計算得到距離。公式：uS/58二厘米或者uS/148=英寸；或是距離=高10uS的TTL觸發(fā)信號循環(huán)發(fā)出8個4DKHZ脈沖n|i模塊內(nèi)部發(fā)出信號輸出回響信號回響電平輸出與檢測距離成比例圖3:超聲波模塊時序圖電平時間*聲速（340M/S）/2;建議測量周期為60MSW上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。語音

7、提示模塊設(shè)計此模塊是用來提供語音提示的，當(dāng)小車距離障礙物距離（這個距離可以自行設(shè)定）很近時，小車的控制系統(tǒng)會發(fā)出“在距您車前方x米的地方有一障礙物,請您注意避讓”的語音提示。此功能是用ISD1760語音芯片來實現(xiàn)，預(yù)先給語音芯片錄入“在距您車前方”，“米的地方有一障礙物，請您注意避讓”，“0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6”，“7”，“8”，“9”，“10”等語音信息，在通過單片機(jī)程序來控制語音芯片的定點放音，來實現(xiàn)語音提示。GND圖4語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I/O口來控制ISD1760語音芯片的定點放音ISD1760工作原理：如圖所

8、示，通過REC1來進(jìn)行錄音，錄音時要一直按住REC,錄完一段語音后松開REGS,按動PLAY1可以對剛才的錄音播放出來；VOL鍵可以加減音量，每按動一次VOL鍵，聲音就增大一級，由于只有8級音量調(diào)節(jié)，所以在第9次按動VOL鍵時，聲音又回到了最小音量；ERASE®可以對已經(jīng)錄入的語音進(jìn)行擦除，短按此鍵可以擦除上一段錄音，長按此鍵可以擦除所有錄音；通過SSSCLKMISOMOSI腳與單片機(jī)進(jìn)行SPI通信，單片機(jī)就是通過這幾個腳實現(xiàn)對ISD1760的定點放音。最小系統(tǒng)STC89C5WL片機(jī)此模塊是小車的最重要部分，它控制著超聲波測距模塊、數(shù)碼管顯示模塊、L298N直流電機(jī)驅(qū)動模塊、語音提示

9、模塊和信號提示模塊的工作。單片機(jī)通過計時器記錄超聲波發(fā)射和接受的時間差，來計算出小車距離障礙物的距離，控制P1口的高低電平來控制數(shù)碼管顯示，通過輸出不同頻率的脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)的工作，通過SPI協(xié)議與ISD1760語音芯片進(jìn)行通信，來控制語音芯片的定點放音，實現(xiàn)語音提示功能。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3.1系統(tǒng)主程序設(shè)計該系統(tǒng)的主程

11、序框架主要由避開障礙、測量距離、跟隨物體、電機(jī)驅(qū)動、數(shù)碼管顯示距離和語音提示等子程序構(gòu)成，如圖6所示。根據(jù)各硬件電路功能來設(shè)計子程序模塊，最后再將各模塊嵌入主程序中。主程序測量距離子程序避開障礙子程序隨物體子程序電機(jī)驅(qū)動子程序數(shù)碼管顯示子程序語音提示子程序圖6:4系統(tǒng)調(diào)試與實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試在測試過程中，先把小車放在空曠的地板上且放一物體，啟動小車后測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，就可以測試小車的避障能力。若物體與其距離大于30厘米處，此時移動物體，可測試小車的跟隨能力。系統(tǒng)實現(xiàn)與結(jié)果分析1.首先把小車放于空曠的地板上，啟動小車后自動開始尋找跟隨物體.找到跟隨物體后，小車調(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，小車避開障礙物再前進(jìn)。此時小車重新開始尋找新的跟隨物體。小車就是如此循環(huán)的既跟隨障礙物又避開障礙物。.在測試小車避障與跟隨過程中，數(shù)碼管會顯示物體的距離，若在避障距離內(nèi)，語音模塊進(jìn)行提醒。.通過測試，小車在測試中能夠按預(yù)想的設(shè)計要求，達(dá)到智能小