智能超声波避障小车-毕业设计论文.doc

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编号：

毕业设计（论文）说明书

题目：

智能超声波避障小车

系别：

电子工程系

专业：

电子信息工程

题目类型：

¨理论研究¨实验研究þ工程设计¨工程技术研究¨软件开发¨应用研究

摘要

随着当今社会智能化越来越高，智能性交通工具的改善是必不可确少的，由于交通工具的普及，由于驾驶员的长时间驾驶引起精神注意力不集中而发生许多严重的交通事故比比皆是，所以智能车的诞生是必然的，它致力于提高汽车的安全性、适应性、舒适性、和提升良好的人车交互界面。

自主智能寻迹避障小车是通过单片机、传感器、信号处理器、电机驱动以及自动控制等技术来实现环境感知和自动行驶相结合的高新技术综合体，随着不断提高企业生产技术以及不断加深对自动化技术的要求，智能车已广泛的应用于许多工业部门。

可以说它已日益深入到社会和工业的各个方面，例如：

智能车在物流运输方面的应用；智能车在军事领域的应用；智能车在社会生活中的应用；智能车在智能运输系统上的应用等等。

这些应用可以使社会上正在面临各种各样的问题得以有效解决，对于城市公共交通服务质量的提高，缓解各地交通拥堵，减轻交通管理，道路建设压力起到积极的推动作用。

在我国高科技水平的日益提高的同时，工业自动化进程也在不断地推进，智能小车能够通过自动采取一些躲避障碍物的措施，有效避免交通事故的发生，同时也被广泛应用于各种玩具和其他产品的设计中，极大地丰富了人们的生活。

本次设计主要是利用ATmega16单片机，超声波传感器、红外线传感器和L298N完成避障小车的制作。

以ATmega16为主控芯片，利用超声波传感器对距离的检测，将前方障碍探测出，并且通过超声波的传回数据以及红外线传感器对小车两侧的障碍物位置的确定，进行判断，1602液晶显示所测距离，然后由ATmega16单片机发出指令，控制电机转动，电机驱动采用常用的PWM方式进行电机的调速控制。

关键词：

智能小车；单片机；超声波；避障

Abstract

Asintelligentintoday'ssocietymoreandmorehigh,theimprovementoftheintelligenttransportationiswillnotdoless,duetothepopularityoftraffictools,becausethedriverfromdrivingforalongtimeofthespiritofinattentionandmanyserioustrafficaccidents,sothebirthofsmartcarsisinevitable,itaimstoimprovevehiclesafety,adaptability,comfort,andpromotegoodinteractiveinterface,autonomousintelligenttracingcarobstacleavoidanceisbysingle-chipcomputer,sensor,signalprocessors,motordriveandautomaticcontroltechnologytorealizeenvironmentalawarenessandthecombinationofautonomousdrivingtechnology,alongwiththecontinuouslyimproveenterpriseproductiontechnologyaswellasthegrowingdemandforautomationtechnology,intelligentvehiclehasbeenwidelyusedinmanyindustrialsectors.Ithasincreasinglydeepintothesocialandindustrialaspects,suchas:

intelligentcarapplicationsinlogistics;Smartcarinthefieldofmilitaryapplication;Smartcarintheapplicationofsociallife.

High-techlevelrisinginourcountryatthesametime,industrialprocessautomationisinconstantpropulsion,smartcarcanautomaticallytakesomemeasurestoavoidobstacles,effectivelyavoidthehappeningoftrafficaccident,butalsoarewidelyusedinthedesignofallkindsoftoysandotherproducts,greatlyenrichedpeople'slife.

ThisdesignmainlyuseATmega16singlechipmicrocomputer,ultrasonicsensors,infraredsensorsandL298Ncompleteobstacleavoidancecarproduction.ATmega16asmaincontrolchip,usingultrasonicsensorstothedetectionofthedistance,willbeinfrontoftheobstacledetection,andreturnedbyultrasonicandinfraredsensorsdatafordeterminingobstaclesoneithersideofthecarposition,judge,1602liquidcrystaldisplaymeasureddistance,andinstructionsissuedbytheATmega16singlechipmicrocomputertocontrolmotorrotation,themotordriverusesthecommonlyusedPWMmotorspeedcontrolintheformofcontrol.

Keywords:

intelligentcar;Singlechipmicrocomputer;Ultrasound;Obstacleavoidance

目录

引言 1

1系统设计 1

1.1任务要求 1

1.2总体设计 1

2方案论证 2

2.1系统控制模块设计方案论证 2

2.2电机的选择方案论证 3

2.3避障模块设计方案论证 4

2.4显示模块设计方案论证 5

2.5直流调速方案设计 5

2.6电源模块设计方案论证 5

3元器件介绍 6

3.1AVR单片机主控芯片介绍 6

3.2L298N驱动芯片 6

3.2.1L298N驱动芯片介绍 6

3.2.2L298N驱动芯片特点 6

3.3直流电机 6

3.4超声波传感器 7

3.4.1超声波传感器概述 7

3.4.2接口说明 8

3.4.3超声波测距原理 8

3.5光电传感器 8

3.6LCD1602液晶显示 9

3.6.1液晶显示LCD实物图 9

3.6.2液晶显示原理 9

3.6.3管脚功能 9

4系统单元电路的设计 10

4.1超声波收发电路 10

4.2红外线收发电路 10

4.3单片机主控电路 10

4.4电源电路 11

4.5LCD1602显示电路 12

4.6电机驱动电路 13

4.6.1直流电机H桥驱动方案的选择 14

4.6.2PWM调速原理 14

4.7光警示电路 16

4.8单片机复位电路 16

4.9单片机时钟震荡电路 17

5软件设计 18

5.1主程序 19

5.2避障子程序 19

5.3电机驱动子程序 20

5.4显示子程序 21

5.5测量距离子程序 23

5.6光警示子程序 24

6调试与仿真 24

6.1调试仿真工具Proteus介绍 24

6.2硬件的制作与调试 26

6.3电路与程序调试过程 28

6.3.1电路的仿真调试 28

6.3.2电路的调试 28

7结论 30

谢辞 31

参考文献 32

附录 33

第46页共47页

引言

智能，是指在非结构环境下运作并能够自动预先设定模式，不需要人为的操作就能达到预期或是更高的目标，为人类提供必要服务的集成智能化装备。

作为当今社会的新产物，智能对我们的实际工作生活具有很大的实用性。

超声波避障的研究对于我国智能车的普及有一定的指导作用并且有着深远的意义，同时小车也成为现代智能玩具的一种良好的发展对象，为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的弥补，实现经济收益，形成商业价值。

本题目设计的是具有自动避障功能的智能小车。

主要开发一个能根据红外线和超声波检测结果，自动避开障碍物的智能小车控制系统。

设计选择通用、价廉的ATmega16单片机作为主控芯片，选择通用的电机模型车为机械平台，系统通过采集超声波传感器和光电传感器的数据，通过相应的比较计算来对PWM波的输出进行控制操作，对电机的转速实现实时调节；通过超声波传感器接收回的数据来计算小车与障碍物之间的距离，从而实现小车的避障功能。

通过细化要求，本系统以ATmega16为核心控制器，主要由电源模块、电机驱动模块、显示模块、避障模块构成。

通过电机控制技术和传感器技术相关知识的结合，设计完成以由超声波前方测距、避障与红外线左右自动避障组成的硬件模块，结合软件程序设计组成智能避障小车，共同实现了小车的前进、后退、左转、右转，通过超声波自动根据前方距离范围内障碍物测距，检测障碍物停止再绕行，达到设计目标。

智能小车系统的设计思路采用了模块化的方法，电路结构简单，系统成本低，调试方便，系统反应快速、灵活，小车调速平滑，功耗低，设计方案正确、实施性强，各项指标可靠、稳定，基本满足设计要求。

稍加改动便可应用于简单的实际生产生活中，也可作为高校学生以及广大机器人爱好者学习研究使用。

1系统设计

1.1任务要求

（1）检测障碍物并且避障：

由超声波和红外探头共同实现；

（2）小车电机由L298N驱动；

（3）速度由单片机输出的PWM波控制；

（4）超声波能实现对障碍物的测距，LCD屏显示了超声波检测到前方的距离。

1.2总体设计

硬件电路系统的设计通过采用模块化的设计方法，由单片机最小系统模块，超声波避障、红外线避障模块，电机驱动，电源模块，显示模块以及光报警模块七部分组成。

其中小车使用AVR单片机为主控芯片，它通过小车前端超声波返回的数据来获取小车距离障碍物的距