超声波智能小车Word格式.docx

超声波智能小车Word格式.docx

《超声波智能小车Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超声波智能小车Word格式.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

指导教师：

****年**月**日

一、课题背景……………………………………………………………………………1

二、课题任务的主要内容………………………………………………………………2

三、方案论证与比较……………………………………………………………………2

1、系统控制模块的选择………………………………………………………………2

2、电源模块选择………………………………………………………………………2

3、单片机模块的选择…………………………………………………………………2

4、显示模块设计………………………………………………………………………3

四、硬件电路……………………………………………………………………………3

1、单片机最小系统的设计……………………………………………………………4

2、电机驱动电路的设计………………………………………………………………6

3、数码显示管电路设计………………………………………………………………7

4、超声波传感器模块…………………………………………………………………8

5、报警模块电路设计…………………………………………………………………13

五、软件系统设计……………………………………………………………………14

1、系统程序设计流程图………………………………………………………………14

2、程序的编写…………………………………………………………………………15

六、小车的制作与调试………………………………………………………………20

七、总结………………………………………………………………………………20

附录

一、课题背景

高速度，高效率是现代工业的标志，超声波检测技术是我国重点发展和推广的新技术，其具有高精度，无损，非接触等优点。

目前，已经广泛地应用在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域。

此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占据重要地位。

国外在提高超声波测距方面做了大量研究，国内一些学者也做了相关研究。

对超声波测距精度主要取决于所测的超声波传播时间和超声波在介质中的传播速度，二者中以传播时间的精度影响较大，所以大部分文献采用降低传播时间的不确定度来提高测距精度。

目前，相位探测法和声谱轮廓分析法或二者结合起来的方法是主要的降低探测传输不确定度的方法。

随着检测技术研究的不断深入，对超声检测仪器的功能要求越来越高，单数码显示的超声检测仪测读会带来较大的测试误差。

进一步要求以后生产的超声仪能够具有双显及内带有单片机的微处理功能。

随后具有检测，记录，存储，数据处理与分析等多项功能的智能化检测分析仪相继研制成功。

超声仪研制呈现一派繁荣景象。

利用超声波制作汽车防撞雷达可以帮助驾驶员及时了解车周围阻碍情况,防止汽车在转弯、倒车等情况下撞伤、划伤。

硬件电路部分，单片机对外围电路的适时控制,并提供给外围电路各种所需的信号,包括频率振荡信号、数据处理信号和译码显示信号等,大大简化了外围电路的设计难度。

同时更重要的是该设计方案大大节省了设计成本,并且由于是采用软件编程技术,所以其移植性能好,在设计电路时可以将其它更多的功能设计进去。

本设计采用STC89C52单片机作为主控器，以超声波测距为原理，该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化等特点，STC89C52单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。

超声波距离测量系统用的频率为40KHz的脉冲压力波，发射和接收的传感器有时共用一个，或者两个是分开使用的。

发射电路一般由振荡和功放两部分组成，负责向传感器输出一个有一定宽度的高压脉冲串，并由传感器转换成声能发射出去；

接收放大器用于放大回声信号以便记录，同时为了使它能接收具有一定频带宽度的短脉冲信号，接收放大器要有足够的频带宽度；

收、发隔离则使接收装置避开强大的发射信号；

记录、控制部分启动或关闭发射电路并记录发射的瞬时及接收的瞬时，并将时差换算成距离读数并加以显示或记。

二、课题任务的主要内容

此次设计采用超声波测距原理，当小车与障碍物的距离小于所设定的安全距离时，系统能发出声报警，并随着距离的不断缩近，报警频率不断提高。

超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理器三部分组成。

工作时，超声波发射器发出超声波脉冲，超声波接收器接收遇到障碍物反射回来的反射波，准确测量超声波从发射到遇到障碍物反射返回的时间，根据超声波的传播速度，可以计算出障碍物距离，当小车离障碍物到一定距离时，小车停止行走，这样可以起到保护小车的作用。

三、方案论证与比较

本次的设计任务主要是利用超声波传感器来实现小车倒退时测障并报警的一个功能。

1、系统控制模块的选择

方案一：

用一片STC89C52单片机作为核心，控制整个小车，电机驱动等模块。

方案二：

用两片STC89C52单片机作为主控芯片，其中一片控制红外循迹，红外寻光模块检测，另一片检测红外测距模块。

在符合开关灯时间、明暗程度和交通状况时，灯打开，并且第一片单片机能单独控制每盏灯。

以上两种都能完成题目要求，虽然方案二能使两片单片机分别工作，避免了一片单片机工作程序太大而容量不足的缺点，且能达到节能的效果，但是我们这次的要求是循线，所以我们放弃了方案二。

2、电源模块选择

采用电池作为电源直接输入直流后，用多个稳压器稳压得到理想的不同幅值直流电源。

这种方法获取电源方便，且电源输出电流能力大，且可以让小车自由的行使。

采用变压器将220V电压变压后，经整流桥整流滤波，再经三端稳压器稳压后得到直流电源，但是这样小车不能够自由的行使，且要走远的时候要很长的电源线，这样十分的不方便。

所以鉴于上面的分析，我们选择方案一。

3、单片机模块的选择

选择STC89C52单片机进行系统的控制。

该单片机具有IAP功能，支持在线下载，且内部集成了EEPROM，STC89C52是我们比较熟悉的一种常用的单片机，指令系统和AT89C52兼容，价格便宜，较容易购买。

4、显示模块设计

显示器是最常用的输出设备，其种类繁多，但在单片机系统中最常用的是发光二极管显示器（LED）和液晶显示器（LCD）两种。

由于这两种显示器结构简单，价格便宜，接口容易实现，因而得到广泛的应用。

发光二极管LED，组成显示屏，每个点都是一个或多个发光二极管，通过控制电路控制二极管的亮与灭来控制点的发光，从而使整个大屏幕显示图案。

液晶显示器LCD最常见的就是TFT类型，它是由光源，液晶光栅，和控制芯片组成，它的光源是常亮的白色强光，当光线通过液晶光栅（液晶屏）的时候，通过电压改变液晶颗粒滤光方向，从而改变每个点的颜色和强度来显示图案。

液晶显示器分很多种类，按显示方式可分为段式，行点阵式和全点阵式。

段式与数码管类似，行点阵式一般是英文字符，全点阵式可显示任何信息，如汉字、图形、图表等。

两者之间的区别：

（1）二极管本身发光，液晶本身不发光，只是透射光。

（2）二级管体积大，图像质量一般，适合作室外大屏幕，价格较低。

液晶成本太高，面积无法做的很大，但图像质量很好，适合做显示器。

（3）二极管耗电大，液晶耗电小。

（3）二极管图像刷新率低，液晶的高。

二者的档次相差比较大，一般来讲在一些图像简单，对成本控制较严格的场合，用二极管，比如商场、银行等服务部门的电子提示窗，街道、百货公司外面的广告宣传窗；

而液晶一般都是作计算机显示器、电视、手持设备等对图像质量要求高的场合。

八段数码管每一段为一发光二极管，共有a～g以及小数点dp八个发光二极管。

将八段数码管中的每个二极管的阴极并联在一起，组成公共阴极端。

这样把共阴极管脚接地，此时哪个管脚输入高电平，对应发光二极管就被点亮。

因为我们做的智能小车需要的是数码管显示器，所以我们采用了四位八段的数码管显示器。

四、硬件电路

1、单片机最小系统的设计

单片机的最小系统电路，主要包括：

时钟电路、通信电路、复位电路。

各部分的功能分别如下：

STC89C52单片机是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器的低电压，高性能COMOS8的微处理器。

芯片内集成了8K字节程序存储空间，512字节数据存储空间，内带2K字节EEPROM存储空间，可以通过串口下载，其外部晶振为12MHz，一个指令周期为1μS，价格便宜。

此单片机上手容易，操作方便，但其功效较高，实现复杂功能时的资源有限，下图是小车单片机的最小系统电路。

图1

（1）复位电路：

单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。

确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。

单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机起始工作状态。

手动按键产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机的初始状态。

通常在单片机工作出现混乱或“死机”时，使用手动复位可以实现单片机的“重启”。

单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。

图2复位电路

（2）时钟电路：

单片机工作的时间基准，决定单片机工作速度。

时钟电路就是振荡电路，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。

单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。

在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。

高级的精度更高。

有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。

晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。

单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。

通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。

有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。

AT89S52单片机时钟频率范围：

0—33MHz。

在此使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。

图3时钟电路

（3）RS232串口电路：

RS232串口电路使用MAX232CPE作为电平转换芯片，并通过套件提供的串口电缆连接到计算机背后的COM口（九针D型口），用于和其他串口设备的数据交互。

图4串口电路

2、电机驱动电路的设计

电机驱动电路的设计采用两个电机后轮采用的是直流电机带动。

采用直流电机是因为直流电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。

由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力，能够满足系统要求。

考虑到小车必须能够前进、倒退、停止，并能灵活转向，在左右两轮各装一个电机分别进行驱动。

当左轮电机转速高于右轮电机转速时小车向右转，反之则向左转。

为了能控制车轮的转速，可以采取PWM调速法，即由单片机的IOB8、IOB9输出一系列频率固定的方波，再通过功率放大来驱动电机，在单片机中编程改变输出方波的占空比就可以改变加到电机上的平均电压，从而可以改变电机的转速。

左右轮两个电机转速的配合就可以实现小车的前进、倒退、转弯等功能。

图5电机驱动电路

3、数码显示管电