智能小车碰撞.docx

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智能小车碰撞

智能小车碰撞

摘要

智能作为现代的新发明，他可以按照预先设定好的模式在一个环境中，不用人为的管理，自主的运作，是今后的发展方向。

而随着汽车工业的迅猛发展，有关汽车的研究越发引人注目。

智能小车的研究也越发受人关注。

本文是利用超声波探测仪检测前方障碍物，并以STC12C5A60S2单片机为控制芯片控制小车的速度以及转向，从而实现小车的避障功能，其中小车驱动由L293D驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。

关键词：

智能小车，STC12C5A60S2单片机，L293D，超声波

ABSTRACT

Asamoderninvention,smartcouldfollowthepredefinedpatternsinanenvironment,withouthumanmanagement,independentoperation,isthefuturedirectionofdevelopment.Howeverwiththerapiddevelopmentofautomobileindustry,morecompellingresearchonthecar.Researchisalsoincreasinglyaconcernofthesmartcar.

BasedUltrasonicwavedetectionoftheroadobstacles,anduseaSTC12C5A06S2MCUasthecontrollingcoreforthespeedanddirection,Aelectronicdrived,whichcanautomatictrackandavoidtheobstacle,wasdesignedandfabricated.Inwhich,thecarisdrivedbytheL293Dcircuit,itsspeediscontrolledbytheoutputPWMsignalfromtheSTC12C5A06S2.

Keywords:

SmartCar,STC12C5A06S2MCU,L293D,Ultrasonicwave

一、研究背景和意义

现如今，随着科技的发展，企业生产技术不断提高，对自动化技术要求也在不断的加深，世界各国对作为自动化物流运输、柔性生产组织等系统关键设备智能车辆都在积极的进行研究和开发设计。

自20世界60年代，斯坦福研究院的NilsNilssen和CharlesRosen等人研究出了名为shakey的自主式移动机器人，从此移动机器人从无到有，数量不断增多，作为其重要分支的智能车辆也越发受人们关注。

我国从上世纪80年代开始着手无人驾驶汽车的研制开发，虽与国外相比还有一些距离，但目前也取得了阶段性成果。

智能汽车概念的提出给汽车产业带来机遇也带了挑战。

汽车的智能化必将是未来汽车产业发展的趋势，在这样的背景下，我们开展了基于单片机的智能小车的避障研究。

我国作为一个世界大国，在高科技领域也必须占据一席之地，未来汽车的智能化是汽车产业发展必然的结果，在这种情况下研究智能避障小车的应用具有深远意义，这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科技领域占据领先地位具有重要作用。

智能车辆又叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一题的综合系统，它集合了计算机、传感、信息、通信、导航以及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

由于它具有道路障碍自动识别、制动、控制车距、车速、巡航等功能，可以应用在考古、太空探查、医疗器械等许多领域，具有很强的现实意义。

二、智能小车定义

智能小车其实就是智能机器人的一种。

智能机器人之所以叫智能机器人，这是因为它有相当发达的“大脑”。

在脑中起作用的是中央处理器，这种计算机跟操作它的人有直接的联系。

最主要的是，这样的计算机可以进行按目的安排的动作。

正因为这样，我们才说这种机器人才是真正的机器人，尽管它们的外表可能有所不同。

智能小车作为智能机器人的典型代表，可分为三大组成部分：

传感器检测部分、执行部分、CPU。

通过传感器检测部分接收周围环境情况，将信息传递给CPU，CPU通过处理这些信息判断下步需要的执行的动作，在传递给执行部分去执行，最终达成智能行驶。

三、方案设计和论证

本次设计主要目的是完成智能小车的智能避撞。

在设计过程中采用多种方案综合比较论证最后完成了利用超声波探测仪检测前方障碍物，并以STC12C5A60S2单片机为控制芯片控制小车的速度以及转向，从而实现小车的避障功能的智能小车。

具体的比较如下：

主控系统：

方案一、选用一片CPLD作为系统的核心部件。

CPLD具有编程容易、资源丰富、速度快、开发周期短等优点、同时可利用VHDL语言进行编写开发。

然而CPLD在控制方面却明显的劣与单片机，若采用此方案，势必在控制方面遇到许多不要的难题。

因此不采取该方案。

方案二、采用单片机作为系统的核心。

尽管单片机在处理速度上不如CPLD，然而小车的行进速度并不需要太快，系统处理信息的要求也就不是很高，单片机已经足够胜任。

而且通过分析系统，智能小车的关键在于实现小车的自动控制，这一点上单片的优势非常明显：

控制简单、方便、快捷。

而且单片机还具有资源丰富、较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等特点。

因此，该方案较为理想。

电机驱动模块：

方案一：

采用电阻网络或者数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的。

然而电阻网络只能实现有级调速，数字电阻的元器件价格又相对昂贵。

更主要的是一般电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅仅会降低效率，而且很难实现。

因此舍去此方案

方案二：

采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整，电路简单。

但继电器的响应时间慢而且容易损坏，寿命较短，可靠性不足。

因此不采用此方案。

方案三：

采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。

线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的H型桥式电路。

用单片机控制达林顿管使其在占空比可调的开关状态下工作，精确调整电动机转速。

由于在管子的饱和截止模式下工作，效率相当高，H型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，稳定性也由于电子管的开关速度很快的原因而很强，是一种广泛采用的PWM调速技术。

这种调速方式具有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无极快速启动、制动和反转等优点。

因此采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。

避障模块：

方案一：

采用红外线避障模块，发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射回来的红外光，来判断前方是否有障碍物、距离障碍物有多远。

然而受器件特性影响，一般的红外光电开关抗干扰能力差，受环境光影响较大，并且障碍物的颜色，表面光滑程度不同，对反射回来的红外光有影响。

因此不采用此方案。

方案二：

采用超声波模块，超声波传感器价格低廉，而且几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰的影响，并且颜色、表面光滑程度不同的物体对超声波的反射几乎为100%。

用来探测前方障碍物有无、距离远近是最佳选择。

四、硬件设计

智能小车前轮左右两侧的各有一个电机驱动，控制前轮的转速从而达到控制，前进、后退和转向的目的，后轮是一个万向轮，用以保证小车的平衡，起支撑作用。

在车前侧装上超声波模组。

当检测到前方有障碍物需要避开时，主控芯片控制右轮电机停止，车身则会向右转向，当检测不到前方没有障碍物的时候，重新驱动右轮电机，让其继续向前。

（一）主体设计框架

如图1

图1.主体设计框架

（二）信号检测模块

通过超声波模组向前方发射超声波，然后接受反射回来的超声波，进行运算判断前方是否有障碍物，距离多远。

这里采用的是HC-SR04超声波探测，原理图如图2，实物图如图3。

VCC供5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出。

图2.HC-SR04超声波原理图

图3.HC-SR04芯片实物图

（三）驱动电路

电机驱动一般采用H桥式驱动电路，L293D内部集成了H桥式驱动电路，从而采用L293D电路来驱动电机。

通过单片机给予L293D电路PWM信号来控制小车的速度。

L293D原理图如图4，电机驱动电路原理图如图5。

图4.L293D原理图

图5.电机驱动电路

五、软件设计

智能小车通过实时检测模块传感器的输入信号，通过超声波传感器实现避撞，把采集到的信息送到主处理器，让小车自主的避开障碍物，其程序流图如图6。

图6系统程序流程图

主程序代码为：

#include"STC12C5A60S2.h"//加载STC12C5A60S2头文件

/*电机控制接线定义*/

sbitIN1=P1^5;

sbitIN2=P1^6;

sbitIN3=P1^1;

sbitIN4=P1^0;

sbitEN1=P1^3;

sbitEN2=P1^4;

externvoiddelay（unsignedintus）;

externunsignedintsr04getvalue（void）;

voidgogogo（void）//小车前进

{

EN1=1;

EN2=1;

IN1=1;

IN2=0;

IN3=1;

IN4=0;

}

voidbackbackback（void）//小车后退

{

EN1=1;

EN2=1;

IN1=0;

IN2=1;

IN3=0;

IN4=1;

}

voidstop（void）//小车停止

{

EN1=0;

EN2=0;

}

voidturnleft（void）//小车左转

{

EN1=1;

EN2=1;

IN1=1;

IN2=0;

IN3=0;

IN4=1;

}

voidturnright（void）//小车右转

{

EN1=1;

EN2=1;

IN1=0;

IN2=1;

IN3=1;

IN4=0;

}

voidmain（void）

{

unsignedintgetdis;

TMOD=0x01;

while

（1）

{

getdis=sr04getvalue（）;//结果显示到液晶屏

if（getdis<60）

{

turnright（）;

}

else

{

gogogo（）;

}

}

}

六、使用软件介绍

Keil

KeilC51是KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。

运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。

如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。

C51工具包的整体结构，μVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境（IDE），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。

开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。

然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件（.obj）。

目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件（.abs）。

abs文件由OH51转换成标准的hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。

KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

Stc-isp

STC-ISP是一款单片机下载编程烧录软件，是针对STC系列单片机而设计的，可下载STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC单片机，使用简便，现已被广泛使用。

这次智能小车设计就是采用Keil进行C程序编写，通过STC-ISP将程序烧录至单片机STC12C5A60S2芯片中。

七、参考文献

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