超声波蔽障小车设计方案

1 超声波蔽障小车设计方案 一、系统总体方案选择与说明 该毕业设计是利用 片机内部的定时计数器、中断系统、和 计的一个单片机控制系统。超声波传感器的信号在单片机内运算后对电机驱动模块进行控制电平输出，从而对电机的转向控制 2. 说明 （ 1）系统由 键、电容、电阻等部分构成，能实现时间的脉冲等功能。对超声波传感器发送 40 （ 2）回波计时用于计算超声波接受端子从发送出脉冲到遇到障碍物返回后的时间 （ 3） 中断：中断技术 在单片系统中有着十分重要的作用，它不仅可以提高单片机 效率，也可以对突发事件处理。所谓中断就是当 在执行程序 A 时，发生了另一个急需处理的事件 B，这是 停当前执行的程序 A，立即转去执行处理事件 B 的程序，处理完事件 B 后，再返回到程序 A 继续执行，这个过程被叫做中断。关于中断的概念有下列几个名词：（ 1）程序 A 称为主程序，（ 2）处理事件 B 的程序称为中断服务程序，（ 3）主程序中转向中断服务程序的地方称为断点，（ 4）引起中断的原因即事件 B 称为中断源，（ 5）转去执行中断服务程序称为中断响应。关于中断的概念 可以打个如下的比喻。领导（ 自己的房间办公（执行主程序），下属（外设）有问题打电话来请示（中断源），领导停下正在进行的工作，通过电话给下属做指示（执行中断服务程序），指示完后，领导挂断电话，继续做自己的工作（返回主程序继续执行）。 2 二、系统结构框图与工作原理 1. 系统结构框图 小车整体结构，双轮驱动，前轮靠万向轮方便转向 蔽障功能是利用单片机内部的定时器 计数器和外部中断来实现的，它的处理过程如下：首先设定单片机内部的一个定时器 计数器工作于定时方式，然后 通过某个 P 口发送 40过一级放大后接超声波发送端，不断的向车前方发送超声波，超声波在空气中的速度就是声音的速度 340M/S，当车行驶到前方障碍物预计距离时，接收端子收到同等频率的信号脉冲，再经过一级整形放大后送回外部中断 0， 片机在内部计算和预设值做对比，进行对电机驱动控制，从而实现蔽障功能。 3 三、各单元硬件设计 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、 I/O 接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。 司推出了 列单片机：集成 8位 4K 字节 128 字节 4 个 8 位并口、 1 个全双工串行口、 2 个 16位定时 /计数器。寻址范围 64K，并有控制功能较强的布尔处理器。 二功能各引脚功能定义： 行口输入 行口输出 部中断 0 输入 部中断 1 输入 时器 0 外部输入 时器 1 外部输入 部写控制 部读控制 总线（ 计算机各部件之间传送信息的公共通道。微机中有内部总线和外部总线两类。内 部总线是 部之间的连线。外部总线是指 其它部件之间的连线。 外部总线有三种 : 数据总线 , 地址总线 控制总线（ 4 在方式 1 下，定时 /计数器 方式 1 都是相同的，以下仅以 例。 成一个 16 位的计数器，由 8 位和 8 位组成，满计数值为 216。 动后立即加 1 计数，当 数溢出时向 位， 数溢出则对相应的溢出标志位 位，以此作为定时 器溢出中断标志。当单片机进入中断服务程序时，由内部硬件自动清除该标志 。 (1) 列中 51 子系列有两个 16 位的可编程定时 计数器可：定时 计数器 定时 计数器 由加法计数器、方式寄存器 制寄存器组成。方式寄存器用于设定定时计数器 工作方式，控制寄存器用于对定时计数器启动、停止进行控制。 (2) 每个定时计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以外部信号计数实现计数功能通过编程设定来实现。 (3) 每个定时计数器都有多种工作方式，其中 四种工作方式， 三种工作方式， 三种工作方式。通过编程可设定工作于某种方式。四种工作方式为： 13 位定时 计数器、 16 位定时 计数器、 8 位自动重置定时 计数器、两个8 位定时 计数器（只有 ） (4) 每一个定时计数器定时计数时间到时产生溢出，使相应的溢出位置位，溢出可通过查询或中断方式处理。 5 (1) 片机提供 5 个硬件中断源， 2 个外部中断源， 2 个定时计数器 溢出中断 1 个串行口发送 接收 断。 (2) 片机中没有专门 的开中断和关中断指令，对各个中断源的允许和屏蔽是由内部的中断允许寄存器 各位来控制的。中断允许寄存器 字节地址为 以进行位寻址。系统复位时，中断允许寄存器 内容为 00H，如果要开放某个中断源，则必须使 的总控置位和对应的中断允许位置 “ 1” 。 (3) 片机有 5 个中断源，为了处理方便，每个中断源有两级控制，高优先级和低优先级。通过由内部的中断优先级寄存器 设置，中断优先级寄存器 字节地址为 以进行位寻址。如果某位被置 “ 1” ，则对应的中断源被设为高优先级；如果 某位被清零，则对应的中断源被设为低优先级。对于同级中断源，系统有默认的优先权顺序，从高到低优先权顺序为外部中断 0、定时计数器 断、外部中断 1、定时计数器 断、串行口中断。通过设置中断优先级寄存器 够改变系统默认的优先级顺序。 (4) 片机响应中断的条件为：中断源有请求且中断允许。 个与非门 6 电机驱动芯片 7 分别控制两个电机，具有输出电流大，工作电压高，最高工作电压可达 46V，瞬间峰值电流可达 3A，持续工作电流 2A，内含两个 H 桥的高电 压，大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电机和步进电机，继电器，线圈等感性负载。 端稳压电源 标准接法 用 78/79 系列三端稳压 组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压 号中的 78 或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7806 表示输出电压为正 6V， 7909 表示输出电压为负 9V。 8 四、软件设计与说明（包括流程图） C 语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，很多硬件开发都用 ：各种单片机、 。 C 语言程序本身不依赖于机器硬件系统，基本上不作修改就可将程序从不同的单片机中移植过来。 C 提供了很多数学函数并支持浮点运算，开发效率高，故可缩短开发时间，增加程序可读性和可维护性。 言基础 C 51 的数据类型 C 51 的数据类型扩充定义： 殊功能寄存器声明 16 位数据声明 殊功能位声明 变量声明 例： 02 = 0V = ; 据的存储类型： 例： 数据类型 变量名 9 0; 注意：变量名不能用 C 语言中的关键字表示。 包含的头文件： 通常有 :h h 用有 :h 定义特殊功能寄存器和位寄存器）； （定义常用数学运算）； 运算符： 与 C 语言基本相同： + - * / （加 减 乘 除） = #tt,i,10;/方波输出口 32;/方波接受 20; 21; 22; 11; 12; 13; 00; 34; 14; (z);/初始化延时 ; ; ; ; ; ) 12 0);/发送超声波 ; ;/关闭计时 ;/关闭计时中断 if( y=110;y0; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 14 ; ; ; ; ; 15 五、电路及其各模块 1、单片机小系统 实物图 16 串口 17 为没有串口的计算机提供快速的通道 ,而且 ,使用本产品等于将传统的串口设备变成了即插即用的备。作为应用最广泛的 口，每台电脑必不可少的通讯接口之一 ，它的最大特点是支持热插拨，即插即用。传输速度快 。 手绘原理图 回波信号仿真连接图 18 回波信号 回波信号是超声波接收端接收到的信号经过整形放大后送回单片机，上图就是送回信号 发送信号仿真 信号发送是从单片机内部进行程序烧写对 发出 25个周期的方波，上图就是发出信号测试。 19 7805 三端稳压电源 78列集成稳压器的典型应用电路如下图所示，这是一个输出正 5V 直流电压的稳压电源电路。 用集成稳压器 7805， 别为输入端和输出端滤波电容， 负载电阻。当输出电流较大时， 7805 应配上散热板 ，上图黑色部分就是散热片。 20 超声波是频率高于 20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的 声能 ，在水中传播距离远，可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。 1） 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。 2） 超声波 可传递很强的能量。 3） 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 4） 超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。 这里仅介绍小型超声波传感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为 23 40类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有 T/T/（其中 T 表示发送， R 表示接收，40 表示频率为 4016 及 12 表示其外径尺寸，以 毫米 计）。 21 自锁开关，是常见自锁按钮开关自锁开关是一种常见的按钮开关。在开关按钮第一次按时，开关接通并保持，即自锁，在开关按钮第二次按时，开关断开，同时开关按钮弹出来。 机） 减速电机其优点是扭矩大，转速慢，利于驱动负载大一点的重物，本设计的用的是 200R/22 致 谢 不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们 的