智能避障小车设计方案Word格式文档下载.docx
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最后，讨论了本系统的可延展性。
关键词：
STM32，无线传输，超声波测距
Abstract
Intelligentvehicleasappearedinthesci-fimoviescene,atpresenthasbeengraduallycameintoourlife.Fromreversingradar,themostsimpletotheautomaticdrivingnow,conceptcarintelligenthasdeepsocialreception,andtheintelligentcardemandismoreandmoreobvious.Howtomakethecarcanautomaticallyunmannedisthemaindirectionofscientificresearchtoday.
Theintelligentcarasanepitomeofintelligentvehicle,whetherindomesticorinternationalcompetitions,itsshadowisalwaysaslapinthefaceofthemostbrisk,manyoftheprogramsarealsoemergeinanendlessstream.
Thepurposeofthisstudyistodesignakindofautomaticobstacleavoidancecar,automaticobstacleavoidanceasthenameimplies,isabletoautomaticallyavoidobstaclesalongtheway.
Thisarticlefirsthascarriedonthedetailedelaborationtothesystemscheme.Thenthehardwaredesignandsoftwaredesignschemearedescribed.Inthedesignofthehardwaresystem,mainlyinultrasonicrangingICandMCUcontroltoexplain.Thedesignofsoftwaresystem,mainlyforsystemrequirementsarediscussed.Finally,thesystemscalabilityisdiscussed.
Keywords:
STM32,wirelesstransmission,ultrasonicranging
第一章绪论
1.1课题背景
机器人曾经是科幻电影中的形象，可目前已经渐渐走入我们的生活。
机器人技术以包含机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域为代表，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此，它的发展与众多学科发展密切相关，代表了高科技发展的前沿。
随着电子技术的不断发展，人们发明了各式各样的具有感知，决策，行动和交互能力的机器人，从机器人的构想到今天机器人的相对普及，机器人的应用已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等多个领域。
并且随着机器人的智能化水平不断提高，并且迅速的改变着人们的生活方式，随着它在人类生活领域中的应用不断扩大，将会给人们的生产生活带来了巨大的影响。
在国外机器人的发展有如下趋势。
一方面机器人在制造业应用的范围越来越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度越来越高，功能也越来越强，并向着技术和装备成套化的方向发展；
另一方面，机器人向着非制造业应用以及微小型方向发展。
在我国机器人主要应用在及其领域，我国工业机器人现在的总装机量约为120000台，其中国产机器人为1/3，即40000多台。
与世界机器人总装机台数7500万台相比，中国总装机量仅占万分之十六。
智能小车可以理解为机器人的一种特例，它是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人。
与普遍意义上的机器人相比，智能小车制作成本低廉，电路结构简单，程序调试方便，具有很强的趣味性。
1.2课题主要研究内容
目前智能小车的避障方法有很多，有应用在高级轿车上的多普勒雷达测距，它可以间接的实现汽车的自动驾驶。
红外避障可以在阳光不影响的情况下实现。
而超声波避障作为倒车雷达的引申已经在许多方面得到了应用个，目前个别车型也已经应用。
超声波避障的技术基础是超声波测距，超声波测距发展至今技术已经相当成熟，技术方案多种多样。
本论文以智能避障小车作为研究对象,采用超声波测距集成芯片作为超声波测距处理单元作为设计方案。
本论文的主要研究内容包括:
1）多传感信号系统下主控器的处理。
2）电机的PWM控制
3）无线模块的应用
第二章系统设计
2.1系统方案设计
2.1.1方案选择
本设计的智能小车可以在指定的跑道上行驶，其中跑道的宽度足够宽，跑道的两侧有硬纸壁作为阻挡。
在跑道的任意位置会放置障碍物，智能小车在感知到障碍物后，可以绕过障碍物继续前行。
同时，小车具有无线通信功能，可以将障碍物的信息实时发送至上位机中。
因此，根据系统需求，所设计系统需要具有无线通信功能，自动壁障功能，电机驱动功能以及控制核心单元。
以下将根据这四个主要功能进行模块的选型。
2.1.1.1无线通信功能。
目前无线通信技术较流行的有2.4G无线技术和IrDA.
1.2.4G无线技术
根据国际标准，2.4GHz是工作在ISM频段的一个频段。
ISM的频段是工业，科学和医用频段。
按照常规来说世界各国均保留了一些无线频段，用来发展本国的工业，科学研究和微波医疗方面的应用。
普通民众应用这些频段时并不需许可证，只需要保证应用时遵守一定的发射功率（一般低于1W），并且不要对其他频段造成干扰即可。
ISM频段在各国的规定并不统一。
而2.4GHz为各国共同的ISM频段。
因此，无线局域网（IEEE802.11b/IEEE802.11g），蓝牙，ZigBee等无线网络，均可工作在2.4GHz频段上。
1）ZigBee
ZigBee是一种基于IEEE802.15.14标准的低功耗个域网协议。
这个协议里面规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
ZigBe协议从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。
其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。
ZigBe网络的主要特点是功耗低、成本相对低廉、速度较快，支持多借点操作，支持网络拓扑结构。
2）其他
这里主要介绍挪威著名芯片厂商的N
RF24L01无线收发芯片。
nRF24L01是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHzISM频段。
工作电压为1.9～3.6V，有多达125个频道可供选择。
可通过SPI写入数据，最高可达10Mb/s，数据传输率最快可达2Mb/s，并且有自动应答和自动再发射功能。
和上一代nRF2401相比，nRF24L01数据传输率更快，数据写入速度更高，内嵌的功能更完备。
芯片能耗非常低，以-6dBm的功率发射时，工作电流只有9mA，接收时工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。
这就不难发现为什么绝大部分甚至微软、罗技这样的知名键鼠企业都普遍采用NRF24L01芯片作为收发芯片的原因。
2IrDA
红外线数据协会IrDA（InfraredDataAssociation）成立于1993年。
起初，采用IrDA标准的无线通讯设备仅能在1m范围内在可视范围内的速率仅为115.2Kb/S，但很快就发展到了4Mb/S的速率，后来，速率又达到了16Mb/S。
红外是一种利用红外线进行点对点通信的技术，实现过程中两个设备必须保持在可视范围内是直对的、IrDA也是第一个成功实现无线个人局域网（PersonalAreaNetwork,PAN）的技术。
目前红外的应用已经发展了20多年，无论是软件还是硬件技术都很成熟，在许多小型移动设备，如PDA\手机上被广泛使用。
IrDA在应用中的主要优点是无需申请频率的使用权这样对于很多小型设备和低成本设备来说就会更多的倾向于此。
此外，红外还据哟体积小，结构简单，简单易用等优点。
而且由于数据传输率高，因此在对于较大型数据的传输方面具有很大的优势。
而且，由于红外传输的点对点性，在一定程度上来讲，红外的传输安全性能也最高。
但是红外的缺点在于它的可视传输，也就是两台设备在进行数据传输时必须保证两台设备的红外端子距离较近且可视。
这个是阻挡红外应用的最大障碍。
因此，本设计在综合考虑了成本和实现性能方面。
选择了2.4GHz的nRF24L01无线通讯模块。
2.1.1.2自动壁障模块
根据系统设计的要求,小车在行驶过程中要能准确的避开途中遇到的障碍物,因此智能小车的探测距离需要有一定的长度，以留给智能小车足够的时间进行转向，又考虑到在测障过程中小车车速及避障反应堆小车速度的限制,小车应在距障碍物较远的范围内做出反应,这样才能在顺利绕过障碍物的同时还为下一步转向做准备。
否则，如果范围太大,则可能产生障碍物的判断失误;
范围过小又很容易造成车身撞上障碍物或虽绕过障碍物却无法实现理想定向方案。
障碍物检测可以有多种方法:
红外光检测、超声波检测、甚至机械接触。
这些方法都有各自的优缺点。
常用的有红外检测和超声波检测,两种方案的区别见表2-1。
红外检测
超声波
检测距离
4~10m
0.3~3m
精确度
1m
20cm
受外界干扰程度
易受外界干扰
不易受外界干扰
硬件电路
所需原件少
稍复杂
成本
8元左右
图2-1
从上表可以看出,相对红外检测,超声波检测距离远,不易受外界环境干扰,由于小车需要在行驶过程中检测障碍物,颠疲,光照方面可能会对检测产生影响。
所以需要选择稳定性较好的,故本设计选择超声波检测。
而目前在超声波测距方面应用较多的方案有三种。
1）使用控制器发出40KHz的方波信号，在接收端使用中周将信号放大，然后经过至少两级放大后输入到控制器
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