基于安卓手机的遥控超声波避障智能车设计方案.doc

基于安卓手机的遥控超声波避障智能车设计方案引言本设计主要体现多功能小车的智能避障模式，设计中的理论方案、分析方法及特色与创新点等可以为自动运输机器人、采矿勘探机器人、家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义。同时小车可以作为玩具的发展对象，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。超声波作为智能车避障的一种重要手段，以其避障实现方便，计算简单，易于做到实时控制，测量精度也能达到实用的要求，在未来汽车智能化进程中必将得到广泛应用。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，在这种情况下研究超声波在智能车避障上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。本智能小车系统最诱人的前景就是可用于未来的智能汽车上了，当驾驶员因疏忽或打瞌睡时这样的智能汽车的设计就能体现出它的作用。如果汽车偏离车道或距障碍物小于安全距离时，汽车就会发出警报，提醒驾驶员注意，如果驾驶员没有及时作出反应，汽车就会自动减速或停靠于路边。随着计算机、微电子、信总处理及智能控制的快速发展，机器人技术也在逐步深入和细化。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。 移动机器人的研究不仅可以推动科学技术的向前发展，同时其应用必将带来巨大的经济效益和社会效益。54基于安卓手机的遥控超声波避障智能小车1. 绪论1.1 智能小车发展现状与趋势1.1.1 课题背景智能移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。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，自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等多个领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地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，如表演型机器人，服务机型器人，机器人玩具等。国外研究机构正试图将机器人应用于人类活动的各个领域。在我国机器人主要应用于工业制造领域，我国工业机器人现在的总装机量约为120000台，其中国产机器人占有量约为 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。对中国这样一个拥有13亿人口的大国来说，仅在机器人数量上就和发达国家有着很明显的差距。因此大力发展我国的机器人事业刻不容缓。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，为此其深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱。全国大学生电子设计竞赛每年都设有智能小车类的题目，由此可见国家对高校机器人研究工作的重视程度。本题目设计的是具有自动避障功能的智能小车，其设计思想与一些日常生活迫切需要的机器人（如测距机器人，搜索机器人，管道探伤机器人）类似。由于采用了超声波传感器，它不受光照强弱和能见度的影响，能耗低，灵敏度高，即使在较复杂的环境内也可以工作。智能小车系统的设计采用了模块化的设计方法，电路结构简单，调试方便，有很大的扩展空间，稍加改动便可应用于实际生产生活中，也可作为高校学生以及广大机器人爱好者学习研究使用。1.1.2 该课题当前国内外的研究现状机器人技术是一个国家高技术实力的一个重要标准，它涉及到多个学科，机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等，是众多领域的高科技。而移动机器人比赛就是机器人技术的一个重要研究方向，目前许多国家己经把移动机器人比赛作为创新教育的战略性手段。移动机器人比赛是一种高科技对抗活动，各国专家学者通过移动机器人竞赛，不断推进了在竞赛型移动机器人方面的研究，不断改进机器人寻址速度和算法研究，试图让机器人更接近智能化，它集高科技、娱乐和比赛于一体，引起了各国的广泛关注和极大兴趣，从而推动了移动机器人研究的热潮。1.2 课题的任务及意义本作品主要能实现两个主要功能，一个是能实现android手机移动终端来遥控智能车。通过安卓客户端可以对小车进行前后左右遥控以及对手动自动模式切换，还可以切换小车速度。另一个是利用超声波技术实现自动壁障功能和智能实时测距。障碍物检测是智能机器人、智能车辆对周边环境感知技术研究领域中的重要组成部分，以单片机为核心的结构简单、精度较高、测距较长、可靠性较高的障碍物检测报警系统对智能移动机器人的研究有很重要的社会意义。2. 系统设计方案2.1 系统功能本作品主要能实现两个主要功能，一个是能实现android手机移动终端来遥控智能车。通过安卓客户端可以对小车进行前后左右遥控以及对手动自动模式切换，还可以切换小车速度。另一个是利用超声波技术实现自动壁障功能和智能实时测距。以下是基本功能：1. 小车整体基于智能手机无线控制，实现自动运行，手动运行，切换速度模式；2. 自动模式和手动模式，小车可以左转右转，前进倒退，避障，车速可时时变化；3. 切换速度模式，小车可实现变速；4. 步进电机控制US-100超声波左转右转90度，以避障；5. 小车上有显示功能，显示小车的控制状态以及与障碍物间的距离；以下是小车整体功能图，如图2-1-1所示：图2-1-1 小车整体功能图2.1.1 硬件系统功能设计及工作流程2.1.1.1 系统结构系统结构框图如图2-1-1-1所示：图2-1-1-1 系统结构图智能小车整体利用蓝牙耳机接收智能手机控制信号，该控制信号经过LM324信号放大器放大后，交由51控制器处理。实现小车远程无线遥控功能，可以远程无线对小车左右转弯，以及前进后退，并利用超声波传感器进行避障，利用1602液晶显示小车行驶状态。2.1.1.2 电源供电结构电源供电结构如图2-1-1-2所示：图2-1-1-2 电源供电结构图电源供电模块采用2节18620电池供电，正常情况下输出7.4v电压，一方面对其降压到5v，供单片机，步进电机，超声波模块，1602液晶，直流电机用电，另一方面将5v电压生压至7v，利用电磁继电器，实现电机变速功能。2.1.2 智能小车控制程序设计及工作流程2.1.2.1 主程序流程图主程序对系统进行初始化之后，控制器每间隔10ms利用T1进行脉冲计数，在10ms内计数脉冲的个数，以脉冲个数来判定进行相关的工作模式，脉冲个数的不同则会进入相关的工作模式。如图2-1-2-1所示：图2-1-2-1 主程序流程图当freqSign为1，则小车进入自动模式，实现自动模式功能；当freqSig为2，则小车倒退；当freqSig为3，则小车左转；当freqSig为4，则小车右转；当freqSig为5，则小车进入切换速度模式，实现切换速度模式功能；当freqSig为6，则小车前行；2.1.2.2 超声波模式框图超声波自动壁障模块我们选用市场上现有的超声波测距模块检测小车与障碍物的距离。然后用步进电机转动载动超声波，检测左右方向的距离，再通过比较左右距离智能选择转弯方向。同时，超声波模块所测距离还可以用于自动模式下实现自动变速。如图2-1-2-2所示：图2-1-2-2 超声波模式框图在自动模式，小车默认前行，此时小车遇到障碍物，控制器将驱动步进电机控制超声波传感器，得到小车距离障碍物的距离，当距离大于20cm，小车前行，反之小车停止，然后得到小车左方距离L与右方距离R，如果L大于R，则小车左转90度前行，反之右转90度前行，如果L与R均小于20，则小车旋转180度，离开障碍区，从而完成避障。当小车距离障碍物的距离大于40cm，那么小车进入高速前进模式，反之进入低速前进模式，直至选择其他模式功能，小车状态才会从自动模式切换。2.1.3 安卓软件功能设计及工作流程主程序对系统进行初始化之后，智能手机通过操控界面，发送给控制器相应的手动，变速，自动模式信号，该信号通过位于小车上的蓝牙耳机端接收，通过LM324放大器将信号放大至51控制器可以处理的范围。控制界面设计如图2-1-2-2所示。图2-1-2-2 控制界面设计图选择手动控制模式，则小车状态进入手动切换模式，可以实现前行，后退，左转，右转功能，以驱动直流电机实现。选择自动模式功能，则小车状态进入自动切换模式，小车默认前行，如果遇到障碍物，控制器将驱动步进电机控制超声波传感器，得到小车距离障碍物的距离，从而避障，如果小车距离障碍物的距离大于40cm。那么小车进入高速前进模式。选择变速功能，则小车进入变速模式，小车的速度实现高速到低速或者低速到高速功能。2.2系统结构及资源分配2.2.1 处理器本设计使用了STR89c52rc单片机作为处理器，之所以选用该处理器，是因为其拥有很高的性价比，高可靠，而且拥有很小的体积，使得设计工作便于开展。STR89C52RC内部资源：最高时钟频率：0Mhz - 80MHzFlash程序存储器：8KB定时器：3个中断源：4个2.2.2 直流调速设计L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片，采用了15脚封装。该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。L298N主要参数：尺寸：65mm X 41mm X 28mm主要芯片：L298N、光电耦合器控制信号电压：4.5V - 5.5V驱动电机电压：5V - 30V最大输出电流：2A瞬间峰值电流：3A最大输出功率：25W图2-2-2 L298N内部原理图2.2.3 步进电机驱动设计步进电机能够将电脉冲转化为角位移的部件。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。因此使得用户可以控制脉冲个数来控制转动的角度，控制脉冲频率来控制速度或加速度。本设计使用BYJ系列永远磁减速28BYJ48型步进电机。28BYJ48主要参数：驱动电压：5V - 12V驱动方式：四相八拍减速比：1/64步距角：5.625/64直流电阻：2007%（25）图2-2-3 28BYJ48步进电机图2.2.4 超声波避障设计超声波测距模块使用US-100，US-100测度距离精确，拥有超近盲区，能和国外的SRF05，SRF02等超声波测距模块相媲美。US-100主要参数：工作电压：DC 2.4V - 5.5V感应角度：15度探测距离：2cm - 450cmUART模式下串口配置：波特率9600，起始位1位，停止位1位，数据位8位，无奇偶校验，无流控制。图2-2-4 US-100超声波测距模块图2.2.5 1602液晶显示设计考虑到实际要求，设计最多需要显示32左右个字符，因此选用能够显示16列2行的字符型液晶1602，此外1602微功耗，体积小，也是符合设计要求的。1602主要参数：工作电压：3.3V - 5V对比度：可调节字符尺寸：2.954.35 mm 显示方式：16列2行蓝底白字图2-2-5 1602实物图2.2.6 电源控制设计因为设计过程中发现电机会对单片机和放大电路产生影响，因此单片机和放大电路需要独立供电。设计使用两节18650电池进行供电，通过升压模块LM2577对放大电路供电及稳压，通过降压模块LM2596对单片机供电及稳压。2.2.7 蓝牙无线控制设计因为重新设计蓝牙驱动的技术困难比较大，因此选用现有的稳定可靠的蓝牙耳机搭配使用。蓝牙耳机接收到信号后通过LM324进行放大后供处理器使用。LM324的主要参数：放大器数目：4个带宽：1.2MHz针脚数：14工作温度：0C - 70C 3dB带宽增益乘积：1.2MHz变化斜率：0.5V/s最大输入偏移电压：7mV运放特点：高增益频率补偿运算图2-2-7 LM324引脚图2.2.8 安卓平台设计安卓程序的开发使用了Eclipse + Android SDK 搭建开发环境。Eclipse是一个开源的基于JAVA的可扩展开发平台，其本身只是一个框架和一组服务，通过插件扩展来构件相应的开发环境。Android SDK采用了JAVA语言，所以需要安装JDK5.0以上版本，通过给Eclipse安装ADT插件，使得Eclipse和Android SDK连接进行程序开发。图2-2-8 开发平台效果图3. 详细设计3.1 STC89C52RC芯片的选择小车芯片的选择及其重要，它不仅仅是控制系统的核心，也是系统的核心计算原件。它不仅要处理速度快，更需要快速反应，需要驱动液晶模块，电机模块，超声模块，所以小车的主控芯片采用 STC89C52RC芯片，STC89C52RC芯片具有高可靠，超低价，低功耗，无法解密的优良特性，这样的的芯片才符合小车的应用要求。STC89C52RC工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的080MHz，实际工作 频率可达48MHz。足以完成小车的运作速度要求。通过改变电压与外部时针的不同，可以改变芯片的处理速度。STC89C52RC可以运行两种省电模式可以降低功耗分别是：空闲模式与掉电模式。通常STC89C52RC的典型功耗是4mA-7mA，而掉电模式下为0.1uA，空闲模式下典型功率为2mA。低功率下的STC89C52RC将会变得更有价值，可以使电源使用时间更长，让小车可以运行更加持久。如图3-1-1所示是 STC89C52RC芯片控制电路：图3-1-1 51控制电路STC89C52RC主要功能：使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C52RC为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 STC89C52RC具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52RC可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.2 电机驱动模块3.2.1 直流电机驱动控制单片机的IO输出电流并不能直接驱动直流电机，所以需要使用L298N电机驱动模块。L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达24V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；最大功率25W。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动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。如图3-2-1所示：图3-2-1 直流电机驱动电路VSS与VS分别接入+5V与+12V电压，给芯片供电并给电机供电，Port1Port4为单片机控制端，单片机通过对控制端发送0/1指令来控制L298完成电机的正反转控制，ENA，ENB为PWM输入端，通过使用PWM进行对电机的调速控制。OUT1OUT4为芯片的电机控制端口。表3-2-2是L298N驱动直流电机控制方式。电机旋转方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4输入PWM信号改变脉宽可调速调速端A调速端BM1正转高低/高/反转低高/高/停止低低/高/M2正转/高低/高反转/低高/高停止低低/高表3-2-2 控制方式3.2.2 步进电机驱动控制步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机的主要特性：1、步进电机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度(称为步角)转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。2、28BYJ48 5V 驱动的4相5线的步进电机，而且是减速步进电机，减速比为1：64 ，步进角为5.625/64度。如果需要转动1圈，那 么需要360/5.625*64=4096 个脉冲信号。3、 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。4、 改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向。在小车的设计中，单片机不能够直接驱动步进电机，所以增加了ULN2003驱动电路来驱动步进电机，驱动电路如图3-2-2所示： 图3-2-2 ULN2003驱动电路在单片机的控制中通过建立数组调用端口值对与连接的ULN2003P0P3口进行赋值。并通过赋值来控制步进电机的正反转。如表3-2-2-1和表3-2-2-2所示：表3-2-2-1 步进电机正向旋转表表3-2-2-2 步进电机反向旋转表3.3 超声波避障模块US-100超声波测距模块可实现2cm4.5m的非接触测距功能，拥有2.45.5V的宽电压输入范围，静态功耗低于2mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有GPIO，串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠。模块实物图如图3-3-1所示：图3-3-1 US-100实物图本模块共有两个接口，即模式选择跳线和5 Pin接口。模式选择跳线接口。模式选择跳线的间距为2.54mm，当插上跳线帽时为UART（串口）模式，拔掉时为电平触发模式。小车控制采用UART模式控制。 5 Pin接口为2.54mm间距的弯排针，如图3-3-2所示： 图3-3-2 Pin接口从左到右依次编号1，2，3，4，5。它们的定义如下： 1号Pin：接VCC电源（供电范围2.4V5.5V）。 2号Pin：当为UART模式时，接外部电路UART的TX端；当为电平触发模式时，接外部电路的Trig端。 3号Pin：当为UART模式时，接外部电路UART的RX端；当为电平触发模式时，接外部电路的Echo端。 4号Pin：接外部电路的地。 5号Pin：接外部电路的地。US-100控制方式：在模块上电前，首先插上模式选择跳线上的跳线帽，使模块处于串口触发模式。在此模式下只需要在Trig/TX管脚输入0X55（波特率9600），系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到回波信号后，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行校正，将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。输出的距离值共两个字节，第一个字节是距离的高8位（HDate），第二个字节为距离的低8位（LData），单位为毫米。即距离值为 （HData*256 +LData）mm。3.4 1602液晶模块YB1602A 是一种字符型液晶模块。共可以显示2 行16 个字符，每个字符是由58点阵组成的字符块集。YB1602A模块控制方式如图3-4-1所示：图图3-4-1 控制电路表3-4-2是YB1602A的接口说明：管脚序电平电平功能描述1VSS0V电源地2VCC5.0V电源输入3V0LCD驱动电压输入4RSH/L RS=H，表示DB0-DB7为显示数据RS=L，表示DB0-DB7为指令5R/WH/LR/W=H，数据被读到DB9-DB7R/W=L，数据被写到DB9-DB76EH，HL使能信号7DB0H/L数据线8DB1H/L数据线9DB2H/L数据线10DB3H/L数据线11DB4H/L数据线12DB5H/L数据线13DB6H/L数据线14DB7H/L数据线15BLA5.0V背光正极(LEDKBLK)16BLK0V背光负极(LEDABLA)表3-4-2 YB1602A的接口说明备注：第3脚V0用来调节对比度，LCD的驱动电压Vop=VDD-V0，YB1602的Vop是4.8V，此时显示最佳对比度，故在5.0V供电模式下，可以在V0与电源地(0V)之间接一个10K的可调电位器来调节对比度。3.5 电源控制模块智能小车供电锂电池输出7.4v电压，一路接继电器，为电机切换供电；另一路通过lm2596s稳压至5v为单片机、步进电机、超声波模块、1602显示屏供电，同时接入继电器，作为电机驱动切换供电。由lm2596s稳压得到的5v再由lm2577s升压至7v为放大电路供电（调整放大倍数由8.4v直接为放大电路供电在电机启动时会造成干扰，升压电路主要作用是提供稳压）。LM2577电源升压模块，如图3-5-1所示：图3-5-1 LM2577电源升压模块LM2596特点：LM2596 开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A 的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V，可调版本可以输出小于37V 的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4 个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596 的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。LM2596电源稳压模块，如图3-5-2所示：图3-5-2 LM2596电源稳压模块3.6 蓝牙无线控制模块蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线电技术。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口（radio air interface）及其控制软件的公开标准，使通信和算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内具有互用、相互操作的性能（interoperability）。其程序写在一个9mm9mm的微芯片中。在android遥控模块我们采用蓝牙技术来无线传输信息，因为对安卓系统蓝牙驱动不是很了解，短期内不容易驱动，所以我们用成熟的蓝牙耳机传送特定频率的正弦波信号，并且将信号通过lm324进行电压放大，达到STC89C52RC芯片所需的TTL电平。芯片通过T1计数器检测单位时间内高电平个数，以便识别所发出的特定信号后，单片机将进行判断，从而进行执行特定的工作。在准确性方面我们通过两次记录高电平个数，然后比较两次是否相同，防止波形失真对信号造成影响以此提高了智能车执行命令的准确性。如图3-6-1所示，大康牌蓝牙耳机：图3-6-1 大康牌蓝牙耳机3.7 安卓平台模块控制平台采用安卓平台，主程序对系统进行初始化之后，智能手机连接蓝牙耳机后启动控制程序，通过程序控制小车的行为。安卓端控制程序使用Eclipse搭配Android SDK进行开发。通过安装ADT插件，使得开发者能够可视化开发安卓应用程序，可视化编程是与传统的编程方式相比而言的，指的是无须编程，仅通过直观的操作方式即可完成界面的设计工作。因此对于程序的界面布局，是通过相关控件的添加和设置来完成，而真正的控制代码，则是通过对于相关控件的操作的响应事件来完成的。事件是可以被控件识别的操作，如按下确定按钮，选择某个单选按钮或者复选框。每一种控件有自己可以识别的事件，如窗体的加载、单击、双击等事件。当产生了一个事件，系统将会通过某种途径调用类中的有关处理这个事件的方法或者触发控件事件的对象就会调用该控件所有已注册的事件处理程序，以达到事件的响应和处理。而在该控制程序中，对于用户的一个具体操作事件会调用相应的处理程序，从而发射不同的信号，达到与小车通信的目的。4. 系统的安装与调试4.1 系统安装4.1.1 检查元件的好坏按电路图买好元件后首先检查买回元件的好坏，按各元件的检测方法分别进行检测，一定要仔细认真。而且要认真核对原理图是否一致，在检查好后才可上件、焊件，防止出现错误焊件后不便改正。4.1.2 放置、焊接各元件按原理图的位置放置各元件，在放置过程中要先放置、焊接较低的元件，后焊较高的和要求较高的元件。特别是容易损坏的元件要后焊，在焊集成芯片时连续焊接时间不要超过10s，注意芯片的安装方向。4.2 小车整体调试运行首先烧入电机控制程序，控制电机正反转，停止均正常。说明电机及驱动电路无误。然后加入避障子程序，小车运转正常时，调节超声波模块灵敏度使达到理想效果。接下来加入显示距离子程序，看显示模块正常与否。在调试程序时，发现程序逻辑不是太正确，液晶延时较长，比如小车进入自动模式后，如何从循环中跳出自动模式，另外软件程序中的延时有的过长、有的过短。与之类似的现象比较多，在此不逐一列举。特别是步进电机开始没有加ULN2003驱动电路，导致步进电机运转不正常，经过很长时间调试之后，才意识到了这个问题。待各个模块调试运行好了之后，将整个控制程序烧入，进行硬件软件整体测试，并观察小车运行状态是否正常。实际调试之后，发现程序逻辑在驱动各个模块时，出现了问题，因此在不断的修改控制程序之后，小车的整体状态趋于正常，基本实现了所要求的功能。在这个过程中也遇到了比较多的问题，虽然各个模块测试完整，但是将其组合到一块，进行整体测试的时候，问题就会暴露出来，因此，在问题出现之后怎样定位问题，并快速解决就是一个问题。比如，发现控制程序中默认小车在遇到障碍物20cm的时候停止，但是实际测试发现，并不会停止，而是小车前行一段距离之后碰到障碍物才会停下来，之后通过思考发现是由于液晶显示距离的时候延时较长，导致整个车体反应不太灵敏所致。5. 结论及展望本智能小车电路在硬件上采用了超声波传感器来测量小车距前方障碍物的距离，显示结果快速，准确。由于采用双电源供电使系统的抗干扰性得到加强；电磁继电器的应用解决了电动机驱动效率和电机速度控制的问题；在软件上，充分利用了89C52的系统资源，使智能小车完美的实现了障碍检测、距离测量、速度切换等功能。课题中完成的工作任务如下：设计，制作了智能小车的硬件部分。硬件部分包括电机驱动，无线蓝牙控制，LCD液晶显示，电源接口设计，超声波控制。本设计结构简单，调试方便，系统反映快速灵活，硬件电路由可拆卸模块拼接而成，有很大的扩展空间。经验收测试，该智能小车设计方案正确、可行，各项指标稳定。经测定，小车在无障碍物情况下匀速行驶速度约为16.2m/min，距障碍物安全距离为20cm，前方有障碍物时左转避障，左右有障碍物时向相反方向避障，若小车前方、左侧、右侧均有障碍物时，小车旋转180度倒车，然后前行。虽然智能小车系统有很多优点，但在设计当中也存在着一些不足。如超声波模块受温度的影响比较大，由于时间关系没有添加温度补偿措施，所以在使用中需要注意环境影响。另外小车利用液晶显示前方距离障碍物距离与小车状态，与直流电机驱动之间相互有影响，实际测量发现液晶显示延时较长，导航直流电机驱动控制与超声波传感器控制之间不能够很好的协调。小车经过测试，运行结果良好。硬件上没有错误，主要瓶颈在于探测模块的灵敏度，因为软件完全靠探测模块返回的信号作为依据进行下一步控制的操作，无法确认该信号是否准确，使小车转弯欠准确与智能。智能小车技术是一项具有广泛应用前景的技术，在科学探测，工业应用，军事侦察领域和围绕人们日常生活得各个方面都有大量的应用需求。本课题的设计对于智能小车的功能开发有这重要的意义。致谢经过一学期的学习和忙碌，本次毕业设计已经接近制作的尾声，作为一个缺乏实践本科生的毕业设计，由于缺少设计、动手制作的经验，难免有许多疏漏，会有很多考虑不周全的地方，如果没有导师长期的督促指导帮助，以及身边一起努力工作的同学们的支持，想要完成这个毕业设计是很难想象的。 在这里最要感谢的是我的导师张琦老师。张老师平日里课业量很大，工作繁重，但在我做毕业设计的整段时间内，从查阅资料到学习相关专业知识，到设计草案的修改和确定，期中检查，后期详细设计方案及思路，装配草图，调试程序，组装小车等整个过程中都给予了我悉心的指导和帮助。我的设计较为复杂烦琐，但是张老师仍然细心地纠正设计中的错误和不当之处。除了敬佩张老师的专业知识水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 通过我们师生的共同努力，本设计最终调试成功并顺利完成题目所有指标。在此我不光要谢谢我的毕业设计导师，还要谢谢在设计期间给予我帮助的实验室的老师和同学们，感谢他们为我们提供实验器材和调试场地。其次要感谢我的同学对我无私的帮助，特别是在软件的使用方面，正因为如此我才能顺利的完成设计，我要感谢我的母校西安邮电大学，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。最后，对在毕业设计期间给予我帮助的所有老师和同学表示最诚挚地感谢和最衷心祝福！参考文献1 袁东编著 51单片机应用开发实战手册电子工业出版社2 宋戈 等编著 51单片机开发范例大全人民邮电出版社3 雷伏容编著 51单片机常用模块设计查询手册清华大学出版社4 赵建领编著 51系列单片机开发宝典 电子工业出版社5 辉雄著 智能电动小车的设计 电子报，2005-05-15，第（11）期 6 李建法著 超声波测距的电路设计与单片机编程 安阳师范学院学报7 徐玮著 51单片机实现进步电机控制 电子制作，2006第（11）期 8 刘凤然 基于单片机的超声波测距系统传感器世界.2001，第（8）期 附录1：智能小车车体实物图智能小车正面图 智能小车背面图附录2：智能小车主控制程序#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longuint timIrqFlag;/定时器中断标志uint diffSignd;/为了是更精确的读取信号，读取两个10ms内的高电平个数进行比较，相同则执行不同则继续采集信息ulong waveS=0;/记录超声波测量的左右距离，以便进行比较ulong waveL=0;ulong waveR=0;uchar stepSpeed; /决定步进电机转动速度uint time=0;sbit WAVERX = P36 ;/超声波模块接口sbit WAVETX = P37 ;sbit lcdrs=P20; /lcd1602命令接口sbit lcden=P21;#define lcdCom P0sbit change_v=P34; /继电器接口，即变速sbit LeftOne=P22;/*电机接口*/sbit LeftTwo=P23;sbit RightOne=P24;sbit RightTwo=P25;sbit carEnableA=P26; /*L298使能端*/sbit carEnableB=P27;/*LCD显示接口*/uchar code table1816=，-Auto-， -back-， -turn left-， -turn right-， -change speet-， -GO-， -Telecontrol-; uchar code table2=0123456789;uchar code table34=0x03，0x06，0x0c，0x09; /*左转表*/uchar code table44=0x03，0x09，0x0c，0x06; /*右转表*/uchar signOne; /记录两次采集声音信号的参数uchar signTwo;/*功能延时1ms*/ void delay(uint time) uint i，j;time*=10;for(i=time;i0;i-)for(j=112;j0;j-);/*功能延时1ms*/ void delay1(uint time) uint i，j;for(i=time;i0;i-)for(j=112;j0;j-); /*电机驱动模块*/*避障小车初始化，默认前行*/void initMotor(void)LeftOne=1; LeftTwo=0; RightOne=1; RightTwo=0; carEnableA=1; carEnableB=1;/* 避障小车前进*/void carGo(void) LeftOne=1; LeftTwo=0; RightOne=1; RightTwo=0;/*避障小车停*/void carStop(void) LeftOne=0; LeftTwo=0; RightOne=0; RightTwo=0;/* 避障小车左转*/void carTurnLeft(void) LeftOne=0; LeftTwo=1; RightOne=1; RightTwo=0; delay(50); /LeftOne=0;LeftTwo=0;/*避障小车右转*/void carTurnRight(void) LeftOne=1; LeftTwo=0; RightOne=0; RightTwo=1; delay(50); /LeftOne=0;RightTwo=0 ;/* 避障小车后退*/void carBack(void) LeftOne=0; LeftTwo=1; RightOne=0; RightTwo=1;/*定时器模块*/*定时器初始化程序*/void timerInit() EA=1; ET0=1; TMOD=0x51; /T0计时T1计数TH0=(65536-10000)/256; /T0计时10ms TL0=(65536-10000)%256;TL1=0;TH1=0;TR0=1;TR1=1; /*定时器中断*/void timerInterrupt(void) interrupt 1TH0=(65536-10000)/256; /定时器重新赋值 TL0=(65536-10000)%256; timIrqFlag=1; /中断标志/*液晶显示模块*/*lcd写指令*/void lcdWriteCom(uchar com) lcdrs=0;lcdCom=com;