利用超聲波實(shí)現(xiàn)躲避障礙物-小車(chē)完成品

1、.技術(shù)報(bào)告學(xué) 校： 五邑大學(xué)隊(duì)伍名稱(chēng)： Robot L課題名稱(chēng)： 躲避障礙物小車(chē) 參賽隊(duì)員： 劉權(quán)超 李才海 列永光目錄第一章 緒論1.1 課題設(shè)計(jì)的目的及意義設(shè)計(jì)的目的 課題設(shè)計(jì)的意義1.2 躲避障礙物小車(chē)的設(shè)計(jì)思路超聲波模塊的設(shè)計(jì)原理 躲避障礙物小車(chē)的原理框圖如下圖1.3 課題設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求1.31 設(shè)計(jì)躲避障礙物小車(chē)的任務(wù)設(shè)計(jì)躲避障礙物小車(chē)的要求第二章 小車(chē)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 車(chē)模的選擇2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選擇2.3 電源模塊的選擇2.4路況檢測(cè)模塊的選擇第三章 躲避障礙物小車(chē)機(jī)械設(shè)計(jì)第四章躲避障礙物小車(chē)硬件電路設(shè)計(jì)4.1 小車(chē)的控制模塊51單片機(jī)最小系統(tǒng)4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊4.

2、3 電源模塊的硬件設(shè)計(jì)4.4 路況檢測(cè)模塊的硬件設(shè)計(jì)第五章躲避障礙物小車(chē)軟件設(shè)計(jì)5.1 主程序流程圖5.2 兩塊超聲波模塊的發(fā)生、接收和計(jì)算的設(shè)計(jì)5.3 主從機(jī)串口通信程序設(shè)計(jì)5.4 直流電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)5.5 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試第六章 總結(jié) 6.1 創(chuàng)新點(diǎn)6.2 目前尚存在的不足與改進(jìn)方向致謝參考文獻(xiàn) 第一章 緒論1.1 課題設(shè)計(jì)的目的及意義設(shè)計(jì)的目的 隨著科技技術(shù)的快速發(fā)展,超聲波在各個(gè)科技領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣,比如說(shuō)超聲波探傷儀、超聲波測(cè)厚儀、超聲波測(cè)距儀等等,但在實(shí)際生活的應(yīng)用卻不多,人們可以具體利用的超聲波技術(shù)在實(shí)際生活中還十分有限。因此,這是一個(gè)值得開(kāi)發(fā)而又有無(wú)限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域

3、。展望未來(lái),超聲波作為一種新型的非常重要又有用的技術(shù)在生活的各個(gè)方面都將有很大的發(fā)展空間,它將朝著更加高定位、高精度的方向發(fā)展,以滿(mǎn)足日益發(fā)展的社會(huì)需求。比如超聲波清洗儀,超聲波作用于液體中時(shí),液體中每個(gè)氣泡的破裂瞬間會(huì)產(chǎn)生能量極大的沖擊波,相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個(gè)大氣壓,這種現(xiàn)象被稱(chēng)之為空化作用,超聲波清洗正是用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來(lái)達(dá)到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用隨著超聲波的技術(shù)發(fā)展,超聲波將從單純的科技應(yīng)用發(fā)展到實(shí)際生活的應(yīng)用,最終向全社會(huì)普及。在新的世紀(jì)里,超聲波在將來(lái)將發(fā)揮更大的作用。 課題設(shè)計(jì)的意義隨著科技的發(fā)展,人們的生活水平的提高,城市發(fā)展建設(shè)加快,城市與

4、城市、城市與農(nóng)村、農(nóng)村與農(nóng)村的道路的迅速建設(shè),汽車(chē)等交通工具的需求量也在不斷增大。但是,由于各種不可避免的因素,交通安全建設(shè)卻落后于城市建設(shè)。因此,經(jīng)常出現(xiàn)交通事故等現(xiàn)象,使得交通安全問(wèn)題一直像夢(mèng)囈一樣糾纏著人們的生活。而設(shè)計(jì)躲避障礙物小車(chē)進(jìn)行躲避障礙物的自動(dòng)控制系統(tǒng),保證小車(chē)在地面上能自由躲避障礙物行走,是躲避障礙物小車(chē)的設(shè)計(jì)研制的核心部分。這個(gè)應(yīng)用,如果應(yīng)用在生活中的汽車(chē)上,用超聲波來(lái)測(cè)量?jī)绍?chē)的距離,達(dá)到一定的距離的時(shí)候,就會(huì)自動(dòng)提示或者報(bào)警或者控制汽車(chē)正確剎車(chē)停車(chē)這樣,就可以減少人為的交通事故的發(fā)生。而控制系統(tǒng)核心部分就是超聲波測(cè)距的研制。因此,設(shè)計(jì)好的超聲波測(cè)距就顯得非常重要了。這也就

5、是我們?cè)O(shè)計(jì)躲避障礙物小車(chē)的意義所在。1.2 躲避障礙物小車(chē)的設(shè)計(jì)思路超聲波模塊的設(shè)計(jì)原理發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度在空氣中傳播,在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被反射返回,由接收器接收,其往返時(shí)間為t,由s=vt/2 即可算出被測(cè)物體的距離。由于超聲波也是一種聲波,其聲速v 與溫度有關(guān),下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí),如果溫度變化不大,則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高,則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ１?-1 超聲波波速與溫度的關(guān)系表 躲避障礙物小車(chē)的原理框圖如下圖單片機(jī)發(fā)出40kHZ 的信號(hào),經(jīng)放大后通過(guò)超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大,用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢

6、波處理后,啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序,測(cè)得時(shí)間為t,再由程序進(jìn)行判別、計(jì)算,得出距離數(shù),然后經(jīng)過(guò)單片機(jī)程序處理,得到的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)小車(chē)的電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制。圖1-1 超聲波測(cè)距儀原理框圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)1.3 課題設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求1.31 設(shè)計(jì)躲避障礙物小車(chē)的任務(wù)：1了解超聲波測(cè)距的原理。2學(xué)習(xí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的原理。3根據(jù)其原理設(shè)計(jì)好硬件結(jié)構(gòu)電路。 設(shè)計(jì)躲避障礙物小車(chē)的要求： 設(shè)計(jì)出超聲波測(cè)距模塊的硬件結(jié)構(gòu)電路。 對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析能夠產(chǎn)生超聲波,實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收,從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。 根據(jù)測(cè)出來(lái)的距離進(jìn)行判斷,從而能使小車(chē)躲避障礙物。第二章 小車(chē)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)基于課題要求,系

7、統(tǒng)可化為幾個(gè)基本模塊,如下圖所示,下面對(duì)各個(gè)模塊的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)： 電源供電路況檢測(cè) 電源供電路況檢測(cè)單片機(jī)單片機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)2.1 車(chē)模的選擇 方案一：選擇遙控玩具小車(chē),對(duì)小車(chē)進(jìn)行改裝,這種車(chē)速度較快,反應(yīng)靈敏。然而,這種小車(chē),轉(zhuǎn)彎扭力較小,且速度較快,不容易控制。方案二：選擇直流減速電機(jī)的小車(chē),這種車(chē)扭力較大,可以轉(zhuǎn)過(guò)曲率很大的彎道。然而,車(chē)速較慢。處于彎道曲率并非很大,我們選擇了方案二。2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選擇方案1:采用繼電器的方法,使用繼電器作為開(kāi)關(guān)作用,通過(guò)單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)某個(gè)繼電器的打開(kāi)和關(guān)閉,打開(kāi)和關(guān)斷其中一個(gè)或兩個(gè)電機(jī),從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)的轉(zhuǎn)彎和停止。但實(shí)際證明當(dāng)有繼電器的方案

8、時(shí),小車(chē)在減速時(shí)不能碰到任何障礙物,否則車(chē)子很容易停下來(lái),說(shuō)明穩(wěn)定性不高.方案2:采用達(dá)林頓管搭成的H橋型電路,通進(jìn)H橋型電路可方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正,反轉(zhuǎn)和突然剎車(chē),但由于自己搭制的橋型電路體積龐大且調(diào)試穩(wěn)定性不高所以我們沒(méi)有采用.方案3:采用L298驅(qū)動(dòng)芯片,L298驅(qū)動(dòng)芯片是大功率的內(nèi)集成有兩個(gè)H型電路的驅(qū)動(dòng)芯片,由于是集成芯片體積小,且穩(wěn)定性高,驅(qū)動(dòng)力強(qiáng),所以我們采用了這種方法.2.3 電源模塊的選擇常用的電源有串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源LM2940、7805等和開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源LM2596、LM2575等兩大類(lèi)。前者具有紋波小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),但是效率較低,功耗大；后者功耗小,效率高,但電路卻

9、比較復(fù)雜,電路的紋波大。對(duì)于單片機(jī),需要提供穩(wěn)定的5V電源,由于7805的穩(wěn)壓的線性度非常好,所以選用7805單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行供電；而其它模塊則需要通過(guò)較大的電流,而LM2596-5,轉(zhuǎn)換效率高,帶載能力大,缺點(diǎn)是其紋波電壓大,不適合做單片機(jī)電源,不過(guò)對(duì)其它模塊供電還是能保證充電的電源。所以就利用7805和LM2596-5對(duì)控制系統(tǒng)和執(zhí)行部分開(kāi)供電,可以有效地防止各器件之間發(fā)生干擾,以及電流不足的問(wèn)題,使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地工作。 另外,選用7.2伏可充放電的鎳氫電池作為電源供電。2.4路況檢測(cè)模塊的選擇方案1：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管避障傳感器。紅外發(fā)射管能發(fā)出在光譜中波長(zhǎng)自0.76至4

10、00微米的一段稱(chēng)為紅外線的光,而紅外線接收頭經(jīng)過(guò)技術(shù)的處理,它能接收到紅外信號(hào)給出的高電平接近工作電壓,無(wú)紅外信號(hào)低電平約0.4。但是工作不夠穩(wěn)定,容易受外界光線的影響,并且能檢測(cè)的距離也有限,達(dá)不到小車(chē)避障所需要的效果,因此我們放棄了這個(gè)方案。方案2：用超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭,自己制作超聲波測(cè)距模塊。用單片機(jī)控制發(fā)射探頭發(fā)出約40KHz的超聲波,超聲波遇到障礙物就會(huì)發(fā)生反射,在一定的范圍內(nèi),接受探頭能夠接收其反射回來(lái)的超聲波,并通過(guò)技術(shù)處理,傳化為信號(hào)高低電平。而且其工作比較穩(wěn)定,不容易受到外界的影響,雖然能檢測(cè)的距離也有一定的限制,但已達(dá)到小車(chē)所需的效果,因此,我們選測(cè)了這個(gè)方案。

11、第三章 躲避障礙物小車(chē)機(jī)械設(shè)計(jì)根據(jù)一開(kāi)始的設(shè)想,小車(chē)驅(qū)動(dòng)用的是直流電機(jī)跑動(dòng),通過(guò)對(duì)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制,再加上一個(gè)萬(wàn)向輪,就可以控制小車(chē)的直走和轉(zhuǎn)向?；谝陨蠗l件,我們就在商店里購(gòu)買(mǎi)了一輛車(chē)模,實(shí)物圖如下：在機(jī)械設(shè)計(jì)方面上,遇到最大問(wèn)題是,一個(gè)小小的超聲波模塊,它所能檢測(cè)的范圍是有限的。所以說(shuō),我們一開(kāi)始實(shí)驗(yàn)做了一塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn),只設(shè)計(jì)超聲波放在小車(chē)的前面,進(jìn)行避障時(shí),就會(huì)產(chǎn)生兩邊的盲區(qū)。最后達(dá)不到避障的理想效果。設(shè)計(jì)圖如下：接收發(fā)射接收發(fā)射后來(lái),經(jīng)過(guò)三個(gè)人的努力,把小車(chē)設(shè)計(jì)成用三塊超聲波模塊和兩塊單片機(jī)來(lái)控制。設(shè)計(jì)圖如下：預(yù)期的機(jī)械設(shè)計(jì)還會(huì)存在不足的地方,最后還需要結(jié)合后面的調(diào)試階段進(jìn)行改進(jìn)。第四章

12、躲避障礙物小車(chē)硬件電路設(shè)計(jì)4.1 小車(chē)的控制模塊51單片機(jī)最小系統(tǒng)5l系列單片機(jī)中典型芯片采用40引腳雙列直插封裝形式,內(nèi)部由CPU,4kB的ROM,256 B的RAM,2個(gè)16b的定時(shí)計(jì)數(shù)器TO和T1,4個(gè)8 b的工O端I：IP0,P1,P2,P3,一個(gè)全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器,使其在實(shí)際中有著十分廣泛的用途,在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。該系列單片機(jī)引腳與封裝如圖5l系列單片機(jī)提供以下功能：4 kB存儲(chǔ)器；256 BRAM；32條工O線；2個(gè)16b定時(shí)計(jì)數(shù)器；5個(gè)2級(jí)中斷源；1個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路?？臻e

13、方式：CPU停止工作,而讓RAM、定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式：保存RAM的內(nèi)容,振蕩器停振,禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復(fù)位。5l系列單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內(nèi)資源,即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。 根據(jù)小車(chē)的設(shè)計(jì)要求,做的電路圖和其封裝圖如下：做成的實(shí)物圖如下：4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 一個(gè)電動(dòng)小車(chē)整體的運(yùn)行性能,首先取決于它的電源模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的主要功能：驅(qū)動(dòng)小車(chē)輪子轉(zhuǎn)動(dòng),使得小車(chē)前進(jìn)。而電動(dòng)小車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由控制器、功率轉(zhuǎn)換器機(jī)電動(dòng)機(jī)三個(gè)主要部分組成。電動(dòng)小車(chē)的驅(qū)動(dòng)不但要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)

14、系統(tǒng)具有高轉(zhuǎn)矩重量比、款調(diào)速范圍、高可靠性,而且電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性手電源功率的影響,這就要求驅(qū)動(dòng)具有盡可能寬的高效率區(qū)。我們所使用的電機(jī)一般為直流電機(jī),主要用到永磁直流電機(jī)、伺服電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)三種。直流電機(jī)的控制很簡(jiǎn)單,性能出從,直流電源也容易實(shí)現(xiàn)。并且這種直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片有L297/298,MC33886,ML4428等。而我們的躲避障礙物小車(chē)用的的是L298進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。L298N是SGS公司的產(chǎn)品,內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器,即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器,接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào),可驅(qū)動(dòng)46V、

15、2A以下的電機(jī)。其實(shí)物及引腳圖如下所示：引腳圖如下：L298內(nèi)部的原理圖如下：L298的邏輯功IN1IN1IN2ENA電機(jī)狀態(tài)XXX0停止1101順時(shí)針0011逆時(shí)針1110停止0000停止根據(jù)需求所設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接圖如下：L298有兩路電源分別為邏輯電源和動(dòng)力電源,上圖中6V為邏輯電源,12V為動(dòng)力電源。P6接入邏輯電源,P5接入動(dòng)力電源,P2與P3分別為單片機(jī)控制兩個(gè)電機(jī)的輸入端,P1與P4分別與兩個(gè)電極的正負(fù)極相連。ENA與ENB直接接入6V邏輯電源也就是說(shuō)兩個(gè)電機(jī)時(shí)刻都工作在使能狀態(tài),控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)只有通過(guò)P2與P3兩個(gè)接口。由于我們使用的電機(jī)是線圈式的,在從運(yùn)行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換

16、到停止?fàn)顟B(tài)和從順時(shí)針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時(shí)針狀態(tài)時(shí)會(huì)形成很大的反向電流,在電路中加入二極管的作用就是在產(chǎn)生反向電流的時(shí)候進(jìn)行泄流,保護(hù)芯片的安全。最后,根據(jù)小車(chē)的實(shí)際模型,設(shè)計(jì)出PCB電路板如下圖所示：做成的事物圖如下：4.3 電源模塊的硬件設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源芯片7805屬于線性穩(wěn)壓電源芯片,7805的經(jīng)典電路圖如下：用7805主要穩(wěn)壓給AT89C51單片機(jī),而不太適合大功率的消耗。所以另外用LM1596-5開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓芯片來(lái)給其他模塊提供電源,如超聲波模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。LM2596-5的經(jīng)典電路圖如下：7805和LM2596-5對(duì)控制系統(tǒng)和執(zhí)行部分開(kāi)供電,可以有效地防止各器件之間發(fā)生干擾,以及電流不足

17、的問(wèn)題,使得系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定地工作。所以綜合各個(gè)模塊所需的電源,設(shè)計(jì)了以下電源模塊的電路圖：電源模塊的PCB封裝圖如下：而電源模塊的成品圖：4.4 路況檢測(cè)模塊的硬件設(shè)計(jì)路況檢測(cè)模塊用的是超聲波檢測(cè)。超聲波是一種振動(dòng)頻率超過(guò)20 kHz的機(jī)械波,它可以沿直線方向傳播,而且傳播的方向性好,傳播的距離也較遠(yuǎn),在介質(zhì)中傳播時(shí)遇到障礙物在入射到它的反射面上就會(huì)產(chǎn)生反射波。由于超聲波的以上幾個(gè)特點(diǎn),所以超聲波被廣泛地應(yīng)用于物體距離的測(cè)量、厚度等方面。而且,超聲波的測(cè)量是一種比較理想的的非接觸式的測(cè)距方法。當(dāng)進(jìn)行距離的測(cè)量時(shí),由安裝在同一水平線上的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收,并且同時(shí)啟動(dòng)定

18、時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。首先由超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波并同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí),超聲波在空氣中傳播的途中一旦遇到障礙物后就會(huì)被反射回來(lái),當(dāng)接收探頭收到反射波后就會(huì)給負(fù)脈沖到單片機(jī)使其立刻停止計(jì)時(shí)。這樣,定時(shí)器就能夠準(zhǔn)確的記錄下了超聲波發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播所用的時(shí)間ts。由于在常溫下超聲波在空氣中的傳播速度大約為340 m/s7,所以障礙物到發(fā)射探頭之間的距離為：S=340t/2=170t 因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)時(shí)實(shí)際上就是對(duì)機(jī)器周期T的計(jì)數(shù),而本設(shè)計(jì)中時(shí)鐘頻率fosc取12 MHz,設(shè)計(jì)數(shù)值N,則： T12/fosc=1s t=NTN0.000001s S170NT170N/1000000m 在程序

19、中按式S170NT170N/1000000計(jì)算距離。而超聲波發(fā)射電路經(jīng)過(guò)一番設(shè)計(jì)如下,超聲波發(fā)射電路是由超聲波探頭和超聲波放大器組成。超聲波探頭將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械波發(fā)射出去,而單片機(jī)所產(chǎn)生的40 kHz的方波脈沖需要進(jìn)行放大才能將超聲波探頭驅(qū)動(dòng)將超聲波發(fā)射出去,所以發(fā)射驅(qū)動(dòng)實(shí)際上就是一個(gè)信號(hào)的放大電路,本設(shè)計(jì)選用74LS04芯片進(jìn)行信號(hào)放大,超聲波發(fā)射電路如下圖所示：工作時(shí),由單片機(jī)產(chǎn)生40 kHz的脈沖從P0.1口向超聲波的發(fā)射電路部分發(fā)出信號(hào),再經(jīng)74LS04放大電路放大后,驅(qū)動(dòng)超聲波探頭將超聲波 發(fā)射出去。同樣,對(duì)于超聲波接收電路,由于超聲波在空氣中的傳播過(guò)程中是有衰減的,如果距離較遠(yuǎn),

20、那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號(hào)就會(huì)比較微弱,因此需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。超聲波接收電路主要是由集成電路CX20106A芯片電路構(gòu)成的,CX20106A芯片電路可以對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波、整形、比較等功能,比較完之后超聲波接收電路會(huì)輸出一個(gè)低電平到單片機(jī)去請(qǐng)求中斷,當(dāng)即單片機(jī)停止計(jì)時(shí),并開(kāi)始去進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。CX20106A芯片的前置放大器具有自動(dòng)增益控制的功能,當(dāng)測(cè)量的距離比較近時(shí),放大器不會(huì)過(guò)載；而當(dāng)測(cè)量距離比較遠(yuǎn)時(shí),超聲波信號(hào)微弱,前置放大器就有較大的放大增益效果。CX20106A芯片的5腳在外接電阻對(duì)它的帶通濾波器的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)

21、,而且不用再外接其他的電感,能夠很好地避免外加磁場(chǎng)對(duì)芯片電路的干擾,而且它的可靠性也是比較高的。CX20106A芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力,而且靈敏度也比較高,所以,能滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求。超聲波接收電路如下圖所示。綜合兩個(gè)電路,將超聲波發(fā)射部分和超聲波接收部分的電路做成一個(gè)較小的模塊,并且為了讓超聲波接收更加靈敏,設(shè)計(jì)PCB的時(shí)候,要注意時(shí)將兩個(gè)超聲波探頭設(shè)計(jì)保持中心軸線平行并相距48cm?？傠娐穲D如下圖：而超聲波模塊的PCB圖如下圖：而經(jīng)過(guò)焊接、安裝元器件后的超聲波模塊成品圖如下： 第五章 躲避障礙物小車(chē)軟件設(shè)計(jì)躲避障礙物小車(chē)的軟件控制用的是AT89S52單片機(jī)。我們開(kāi)始的設(shè)想是用單

22、片機(jī)的多通道串口來(lái)控制三個(gè)超聲波檢測(cè)模塊的,因?yàn)閱纹瑱C(jī)多通道這方面比較少人用。當(dāng)我們完成了一塊的時(shí)候,老師建議說(shuō)用分時(shí)掃描的方法也能實(shí)現(xiàn)超聲波多模塊的檢測(cè),而且效果也不會(huì)差。通過(guò)討論,我們決定用兩塊單片機(jī)來(lái)控制三個(gè)超聲波模塊,一塊單片機(jī)作為系統(tǒng)主機(jī),另一塊作從機(jī)。主機(jī)用分時(shí)掃描的方法控制兩塊超聲波和接受從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù),并且控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向,從而使小車(chē)避開(kāi)障礙物。從機(jī)控制一塊超聲波模塊并與主機(jī)進(jìn)行串口通信,發(fā)送數(shù)據(jù)。主機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序、串口接收中斷程序和直流電機(jī)控制程序組成。從機(jī)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序、串口發(fā)送子程序組成

23、。從機(jī)的超聲波模塊程序和主機(jī)的一樣,在這就不重復(fù)了。5.1 主程序流程圖定時(shí)器初始化定時(shí)器中斷入口單片機(jī)初始化 開(kāi)始定時(shí)器初始化定時(shí)器中斷入口單片機(jī)初始化 開(kāi)始發(fā)射超聲波發(fā)射超聲波定時(shí)中斷子程序定時(shí)中斷子程序兩方向發(fā)射完？ N兩方向發(fā)射完？串口接收？回波？N串口接收？回波？ Y 停止發(fā)射 Y Y 停止發(fā)射 返回 串口中斷 外部中斷 返回 串口中斷 外部中斷 計(jì)算距離 定時(shí)器子程序 計(jì)算距離 開(kāi)始 開(kāi)始單片機(jī)初始化單片機(jī)初始化定時(shí)中斷子程序 主程序定時(shí)中斷子程序 定時(shí)器發(fā)射超聲波 外部中斷入口 定時(shí)器發(fā)射超聲波 外部中斷入口關(guān)閉外部中斷關(guān)閉外部中斷回波？ 讀取時(shí)間 N回波？ 讀取時(shí)間 外部中斷

24、輸出結(jié)果 Y 外部中斷 輸出結(jié)果 計(jì)算距離關(guān)閉外部中斷 計(jì)算距離關(guān)閉外部中斷 返回 返回 計(jì)算距離 外部中斷子程序 計(jì)算距離 結(jié)束 結(jié)束b15|b=0？a=10&a0？ N 從機(jī)流程圖b15|b=0？a=10&a0？b=15&b0？ N Yb=15&b0？c=35&c0？c=35&c0？c=35&c0？c35|c=0？ Y c=35&c0？c35|c=0？ Y 右轉(zhuǎn) 后退并左轉(zhuǎn)c=35&c0？ 右轉(zhuǎn) 后退并左轉(zhuǎn)c=35&c0？ 后退并左轉(zhuǎn) 后退并左轉(zhuǎn) 直走 左轉(zhuǎn) Y Y 后退并左轉(zhuǎn) 后退并左轉(zhuǎn) 直走 左轉(zhuǎn) 后退并右轉(zhuǎn) 后退并左轉(zhuǎn) 后退并右轉(zhuǎn) 后退并左轉(zhuǎn) 直流電機(jī)控制5.2 兩塊超聲波模塊的發(fā)生

25、、接收和計(jì)算的設(shè)計(jì)AT89S52單片機(jī)的I/0口都可以用來(lái)做超聲波的發(fā)生,只要給一個(gè)高低電平就能產(chǎn)生脈沖方波。我們定義了TX1P14和TX2P15作為超聲波發(fā)射端口,RX1P32和RX2P33既是外部中斷INT0和INT1作為判斷回波的端口,并且讀取定時(shí)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。 TX1和TX2端口不停的發(fā)射超聲波,當(dāng)超聲波遇到障礙物被反彈回來(lái)時(shí),就被RX1和RX2接收端接收到,觸發(fā)外部中斷,讀取超聲波發(fā)射到接收的時(shí)間間隔,并且使succeed_flag,succeed_flag2 為1標(biāo)志回波接收成功。距離的計(jì)算公式為：d=s/2=/2其中,d 為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離,s 為聲波的來(lái)回的路程,c 為

26、聲速,t 為聲波來(lái)回所用的時(shí)間。C聲速我們采用的是常溫下340m/s距離d化為厘米的公式為：d=/1000其中部分程序如下：sbit Tx1 = P14; /產(chǎn)生脈沖引腳sbit Rx1 = P32; /回波引腳sbit Tx2 = P15; /產(chǎn)生脈沖引腳sbit Rx2 = P33; /回波引腳uchar outcomeH,outcomeL,outcomeH1,outcomeL1; /自定義寄器sbit succeed_flag,succeed_flag2; /測(cè)量成功標(biāo)志void delay_20us /20us延時(shí)函數(shù) uchar bt ; forbt=0;bt; void fas1

27、/產(chǎn)生一個(gè)20us的脈沖,在Tx1引腳 EA=0; Tx1=1; delay_20us; Tx1=0; void fas2 /產(chǎn)生一個(gè)20us的脈沖,在Tx2引腳 EA=0; Tx2=1; delay_20us; Tx2=0; void ding1 /產(chǎn)生超聲波,定時(shí)器T0的初始化 fas1; EX0=1; /打開(kāi)外部中斷 while; /等待Rx回波引腳變高電平 succeed_flag=0; /清測(cè)量成功標(biāo)志 TH0=0; /定時(shí)器0清零 TL0=0; /定時(shí)器0清零 TF0=0; / TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器1 EA=1; whileTH0 ;/等待測(cè)量的結(jié)果,周期65.535毫秒可用

28、中斷實(shí)現(xiàn) TR0=0; /關(guān)閉定時(shí)器1 EX0=0; /關(guān)閉外部中斷void ding2 /產(chǎn)生超聲波,定時(shí)器T0的初始化 fas2; EX1=1; /打開(kāi)外部中斷 while; /等待Rx回波引腳變高電平 succeed_flag2=0; /清測(cè)量成功標(biāo)志 TH0=0; /定時(shí)器0清零 TL0=0; /定時(shí)器0清零 TF0=0; / TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器1 EA=1; whileTH0 ;/等待測(cè)量的結(jié)果,周期65.535毫秒可用中斷實(shí)現(xiàn) TR0=0; /關(guān)閉定時(shí)器0 EX1=0; /關(guān)閉外部中斷 if /接收到回波時(shí)計(jì)算距離 time=outcomeH*256+outcomeL; a

29、=/1000; if a=0; if time1=outcomeH1*256+outcomeL1; b=/1000; if b=0; /外部中斷0,用做判斷回波電平INTO_ interrupt 0 / 外部中斷是0號(hào) outcomeH =TH0; /取出定時(shí)器的值 outcomeL =TL0; /取出定時(shí)器的值 succeed_flag=1; /至成功測(cè)量的標(biāo)志 EX0=0; /關(guān)閉外部中斷 /*/外部中斷1,用做判斷回波電平INT1_ interrupt 2 / 外部中斷是2號(hào) outcomeH1 =TH0; /取出定時(shí)器的值 outcomeL1 =TL0; /取出定時(shí)器的值 succee

30、d_flag2=1; /至成功測(cè)量的標(biāo)志 EX1=0; /關(guān)閉外部中斷15.3 主從機(jī)串口通信程序設(shè)計(jì)單片機(jī)串口通信用TIP31發(fā)送數(shù)據(jù)、RIP30接收,把要發(fā)送到數(shù)據(jù)給SBUF就能發(fā)送了,接收時(shí)從SBUF讀取數(shù)據(jù)。程序如下：void chuank /從機(jī)串口初始化 SCON=0 x40; PCON=0 x00;TMOD=0 x20;PS=1;TH1=0 xfd; /波特率9600,由定時(shí)器T1產(chǎn)生 TL1=0 xfd;TR1=1;void send /發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù) SBUF=sj; while; TI=0;void chuank /主機(jī)串口初始化 SCON=0 x50; /允許接收 PCON

31、=0 x00;PS=1; TMOD=0 x20；TH1=0 xfd;TL1=0 xfd;TR1=1;ES=1;EA=1;void zhong interrupt 4 /串口中斷函數(shù) if RI=0; c=SBUF;5.4 直流電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)直流電機(jī)的控制我們用的是L298芯片,對(duì)直流電機(jī)的控制就只是對(duì)L298芯片上的四個(gè)端口IN1、IN2、IN3、IN4的控制。只要根據(jù)超聲波的距離分別給各個(gè)端口高低電平就能改變小車(chē)的方向,并且我們很巧妙地在各個(gè)轉(zhuǎn)向函數(shù)里加進(jìn)了延時(shí)函數(shù),使我們的小車(chē)輕松地避開(kāi)障礙物。程序如下：void delay1ms /1ms延時(shí)函數(shù)uchar j;whileforj=0;

32、j;sbit IN1=P10; /定義各個(gè)引腳sbit IN2=P11;sbit IN3=P12;sbit IN4=P13;void left2 /延時(shí)0.8秒左轉(zhuǎn)函數(shù)IN1=0;IN2=0;IN3=1;IN4=0;delay1ms; void left3 /延時(shí)0.4秒左轉(zhuǎn)函數(shù)IN1=0;IN2=1;IN3=1;IN4=0;delay1ms;void right1 /延時(shí)0.4秒右轉(zhuǎn)函數(shù)IN1=1;IN2=0;IN3=0;IN4=1;delay1ms; void right2 /延時(shí)0.8秒右轉(zhuǎn)函數(shù)IN1=1;IN2=0;IN3=0;IN4=0;delay1ms; void go /直走IN1=1;IN2=0;IN3=1;IN4=0;void back /延時(shí)0.8秒后退,并左轉(zhuǎn)函數(shù)IN1=0;IN2=1;IN3=0;IN4=1;delay1ms;left2;void back2 /延時(shí)0.8秒后退,并右轉(zhuǎn)函數(shù)IN1=0;IN2=1;IN3=0;IN4=1;delay1ms;right2;/當(dāng)有障礙物時(shí),改變方向 ifa0 ifb0ifc0back;else back2;else ifc0 back; else back; else if15|b=0 if35|c=0go;else left3; else ifc0