超声波在小车避障技术的应用

1、 本科毕业设计说明书（论文） 第 31 页 共 31 页1 引言 1.1 研究背景与意义 随着机器人技术的发展, 自主移动机器人以其活性和智能性等特点, 在人们的生产、生活中的应用来越广泛。自主移动机器人通过各种传感器系统感知外界环境和自身状态, 在复杂的已知或者未知环境中自主移动并完成相应的任务。而在多种探测手段中, 超声波传感器系统由于具有成本低, 安装方便, 不易受电磁、光线、被测对象颜色、烟雾等影响, 时间信息直观等特点, 对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力, 因此在移动机器人领域有着广泛用。本设计主要体现多功能小车的智能避障模式，设计中的理

2、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。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。 超声波测距与避障系统包括硬件及软件两个部分。硬件开发基STC89S52微控制器，集成了传感器电路、信号处理

3、电路、微控制器外围电路及电源电路等；软件设计主要包括测距算法设计和避障算法设计。其中，避障算法由单传感器避障策略、多传感器精确避障策略以及多传感器模糊避障策略组成。超声波测距与避障系统的试验包括四个部分：测距系统性能试验、位姿检测试验、安全避障试验以及声纳环布局试验。试验结果表明，系统的测距范围为40cm-500cm，测距精度可实现测距范围的2以内。单路测距系统的角度扫描范围为22。，可以完成正常的测距功能；障碍物材质及表面形状试验的结论，可为其他超声波障碍物检测和移动车辆安全避障策略设计提供参考；自主研发的超声波测距与避障系统，通过进一步的产品设计研究，可应用于农用车辆安全避障系统中。智能小

4、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。1.2 国内外研究状况 机器人作为人类科技发展的新型劳动生产工具，在减轻劳动负荷、优化产业模式、提高生产率，避免作业工人从事危险、恶劣、繁重的工作等方面，显示出极大的优越性。 不过，就机器人而言，目前还没有统一的定义，而且自机器人问世以来，人们就很难对机器人下一个确切的定义。欧美国家

5、认为，机器人应该是“由计算机控制的通过编程具有可以变更的多功能的自动机械” ；日本学者认为“机器人就是任何髙级的自动机械”。我果科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力、和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”目前国际上对机器人的概念已经渐趋一致，联合国标准化组织采纳了美国机器人协会于1979年给机器人下的定义；“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”概括说来，机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

6、智能移动机器人具有高度的自规划、自组织、自适应能力，在无需人干预、无需对环境做任何规定和改变的条件下，能够有目的地移动和完成相应任务。 障碍物检测是智能移动机器人、智能汽车对周边环境感知技术研究领域中的重要方面。随着技术的发展以及利益的趋向，美国、日本、德国以及意大利等世界发达国家的很多研究机构，陆续在该研究方向作了一定程度的探索和研究，并取得了很多有价值的研究成果。在我国，由于理论技术、基础设施建设和资金分配等因素限制，在智能机器人技术领域与世界发达国家存在相当大差距，只有为数不多研究机构在该领域做出了一些的成果。本文按使用传感器的类型不同分为：基于超声波的障碍物检测系统、基于红外线的障碍物

7、检测系统、基于激光的障碍物检测系统及基于多传感器融合技术的障碍物检测系统等 。20世纪60年代以来，弧焊点焊气焊、机械设备加工、喷涂刻画、设计装配、检测等各种类型，各种用途的机器人相继出现，并迅速在工业生产中实现流水线批量生产，这大大提高了各种产品的标准型和质量。 然而，随着机器人的不断完善发展，人们发现，这些同定于某一岗位工作的机器人并不能完全满足各方面的需要，不能处理复杂的应激变化。因此，20世纪80年代后期，许多国家有组织有计划的开展了移动机器人技术的硏究。所谓的移动机器人，就是一种具有高度自组织、自适应、自规划能力，适合于在复杂的非结构化，具有高精确度或繁重、危险工作环境中作业的机器人

8、。自主式移动机器人的设计目标是在没有人的参与控制且无需对环境作任何规定和改变的条件下，有目的的移动并完成相应设定任务。在自主移动式智能机器人的相关技术研究中，导航技术的应用是其研究的核心，也是移动机器人实现智能化及完全自主调节、控制的关键技术。导航研究的网标就是：在没有人的干预下使机器人有目的地移动并完成特定任务，进行特定操作。机器人通过装配的信息获取手段，获得外部环境信息，实现自我定位，判定自身状态，规划并执行下一步的动作。因此单从系统硬件层次上讲，移动机器人必须具有丰富的传感器、功能强大的控制计算机以及灵活和精确的驱动系统。1.3 本课题研究内容本设计题目为智能避障小车设计，主要研究小车的

9、避障功能，小车遇到障碍物时，当距离障碍物大于40cm，PWM信号自增，驱动电机加速，小车加速前进，当小于30cm时，PWM信号自减，驱动电机减速，小车减速前进，并且小车采取相应的避障措施。这里探测装置必不可少，因为超声波在距离检测方面的较准确定位。所以采用超声波传感器作为探测装置，由于超声波遇到障碍物时发生像光一样的反射和散射，在经过多次发射之后再回到超声波检测端口会产生较严重的路程差，从而影响对距离的检测进而影响对障碍物的较准确定位。通过软件内部校准优化消除外部物理条件造成的误差从而达到对障碍物的较准确定位。2 超声波的避障技术2.1 小车的避障技术2.1.1 超声波介绍 超声波是频率高于2

10、0000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。2.1.2 超声波避障技术就是利用超声波来检测机器人的前方是否有障碍物，机器人的前方你要放一个超声波发生器、一个超声波接收器，当超声波发生器发出去的声波遇到障碍物时，这些声波就会被反射回来，这时就利用超声波接收器接受被反射回来的声波，然后再在机器人身上面按装一个声波转化器，就是把反射回来的声波转化成其他的信号。2.2 超声波的传播特性 (1)超声波的束射性：由于超声波频率很高，所

11、以方向性就相对要强，方向性即柬射性。当超声波发生体压电晶体的直径尺寸远大于超声波波长时，则晶体所产生的超声波就类似于光的特性，也就是方向性好。 （2）能量大：声强与振幅，质点震动频率的关系I=1/2CA22，相同振幅条件下，能量与频率的平方正比。由于频率很高，所以具有很大的能量。 （3）透射、反射和折射：在两种不同媒质的分界面上，会出现类似于光线一样的透射、反射和折射现象，普通声波也有此性质。 （4）超声波在人体组织中的衰减超声波在人体组织中传播时，其强度捋随传播距离的增加而逐渐衰减这是人体组织对超声波的吸收、反射和散射等原因造成的，而其中吸收是最主要的超声波在人体组织中几乎有80%被胶原蛋白

12、所吸收实验证明：在频率为1MHz15MHz范围内,超声波在人体软组织中的吸收系数与超声频率成正比,如血液的吸收系数随着超声频率的增高而增大.骨质的吸收因数最大,衰减也最大,超声很难通过骨骼进行传播。2.3 超声波测距技术 超声波测距的方法有多种，如相位检测法；声波幅值检测法和往返时间检测法。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受反射波的影响。本论文硬件设计采用超声波往返时间检测法，其原理为：超声波发生器T1在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器T2所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生

13、器与反射物体的距离。距离计算公式为：s=c·t/2。其中d为被测物与测距器的距离，s为声波的来回的路程，c为声速，t为声波来回所用的时间。2.3.1 超声波测距误差分析 根据超声波测距公式L=C×T，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的时间误差: 当要求测距误差小于1mm时，假设已知超声波速度C=344m/s (20室温)，忽略声速的传播误差。测距误差st<(0.001/344) 0.000002907s 即2.907s。 在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm的误差。使

14、用的12MHz晶体作时钟基准的89C52单片机定时器能方便的计数到1s的精度，因此系统采用89C52定时器能保证时间误差在1mm的测量范围内。2.4 基于单片机的超声波测距系统基于单片机的超声波测距系统，是利用单片机编程产生频率为40kHz 的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声波。超声波经反射物反射回来后，由传感器接收端接收，再经接收电路放大、整形，控制单片机中断口。其系统框图如图2.1所示。图2.1 基于单片机的超声波测距系统框图这种以单片机为核心的超声波测距系统通过单片机记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波的反射波时，在接收电路输出端产生一个负跳

15、变，在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离，结果输出给LCD 显示 。利用单片机准确计时，测距精度高，而且单片机控制方便，计算简单。许多超声波测距系统都采用这种设计方法。2.5 超声波的衰减 超声波在介质中传播时，随着距离的增加，能量逐渐减小的现象叫做超声波的衰减。 超声波衰减的原因主要有三个： (1)扩散衰减：超声波在传播中，由于声束的扩散，使能量逐渐分散，从而使单位面积内超声波的能量随着传播距离的增加而减小，导致声压和声强的减小。 (2)散射衰减：当声波在传播过程中，遇到不同声阻抗的介质组成的界面时，将发生散乱反

16、射（即散射），从而损耗声波能量，这种衰减叫散射衰减。散射主要在粗大晶粒（与波长相比）的界面上产生。由于晶粒排列不规则，声波在斜倾的界面上发生反射、折射及波型转换（统称散射），导致声波能量的损耗。 (3)粘滞衰减：声波在介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内壁摩擦，从而使一部分声能变为热能。同时，由于介质的热传导，介质的疏、密部分之间进行的热交换，也导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象。由介质吸收引起的衰减叫做粘滞衰减。3 超声波避障系统硬件设计3.1 方案概述： 本小车使用STC89C52单片机作为主控芯片，它通过超声波测距来获取小车距与障碍物的距离小于30cm时，小车转弯以避开障碍

17、物，并且此时蜂鸣器报警。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。系统方框图如3.1所示。 单片机控制模块超声波测距模块驱动模块显示模块 超声波避障系统图3.1 超声波避障系统硬件设计方框图3.2 方案设计超声波测距部分是机器人避障的核心部分。本设计采用STC89C52单片机，晶振:12MHZ，单片机用P2.0口输出超声波换能器所需的40K方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号，显示电路采用简单的4位共阳LED数码管，断码用74LS244，位码用8550驱动。单片机通过P2.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就

18、认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。本设计包括超声波接收电路、超声波发送电路、距离显示电路组成。原理方框图如图3.2所示。 图3.2 超声波测距器系统框图单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器(Microcontroller)。单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃且颇具生命力的机种。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的功能部件CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、存储器和I/O 接口电路等。因此，单片机只需要与适当的软件及外部设备相

19、结合，便可成为一个单片机控制系统。原理图如3.3所示。图3.3 原理图3.3 元器件介绍3.3.1 STC89C52主控芯片 STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机6。该器件采用ATMEL密度非易失存储器技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。 STC89C52具体介绍如下： 主电源引脚（2根） VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源 GND(Pin20)：接地线 外接晶振引脚（2根） XTAL1(

20、Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 控制引脚（4根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令， 如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 可编程输入/输出引脚（32根） STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。 PO口（Pin39Pin32）：8位双

21、向I/O口线，名称为P0.0P0.7 P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.73.3.2 超声波测距模块超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距离S=Ct/2，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波其声速C与温度有关。在使用时，如果温度变化不大，可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测

22、得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。超声波测距模块原理图如图3.4所示。 图3.4 超声波测距模块电路原理图测距模块参数介绍如表3.1所示。表3.1 模块参数介绍表 电气参数 US-100超声波测距模块 工作电压 DC 2.4V 5.5V 静态电流 2MA 工作温度 -20+70度 输出方式 电平或UART(跳线帽选择） 探测距离 2cm 450cm 超声波测距模块与单片机的接口原理如图3.5所示。（当为电平触发方式时）图3.5 单片机接口原理3.3.3 驱动模块 采用由双极性管组成的H桥电路（L298N）。用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机

23、转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，则效率非常高；H桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制，电子开关的速度很快，稳定性也很高。而且它有更强的驱动能力。L298N有过电流保护功能，当出现电机卡死时，可以保护电路和电机等。L298N有过电流保护功能，当出现电机卡死时，可以保护电路和电机等。所以我们选择L298N。L298各引脚功能，如表3.2所示。表3.2 L298各引脚功能 引脚 功能 1、15 分别为两个H桥的电流反馈脚，不用时可以接地 2、3 输出端，与对应输入端（IN1、IN2）同逻辑 4 驱动电压，最小值需比输入的低电平电压高2.5V 5、7 输入端，TTL电平兼容 6、1

24、1 使能端，低电平禁止输出 8 地 9 逻辑电源，4.57V 10、12 输入端，TTL电平兼容 13、14 输出端，与对应输入端（IN3、IN4）同逻辑 3.3.4 舵机 一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成， 舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源电压通常介于46V，一般取5V。 舵机的控制信号是周期为20ms的脉宽调制（PWM）信号，其脉冲的宽度从0.5ms-2.5ms，相对对应舵盘的位置是0180度，呈连续线性变化。也就是说，给它提供一特定宽度的脉冲信号，它的输出轴就会转动到一个与之相对应的角度上，无论外

25、界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会将输出角度转动到新的对应的位置上。舵机有一个内置的基准电路，其不断产生周期的20ms，宽度1.5ms的基准信号；另有一个比较器，将外加信号与基准信号进行比较，判断出转动方向和转动角度大小，进而产生电机的转动信号。由此可见，舵机是一种精度很高的位置伺服的驱动器，转动最大角度不能超过180度，适用于那些需要角度不断变化并可以停滞的驱动当中。如图3.6所示。 图3.6 舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系 舵机的控制信号为PWM信号，利用占空比的变化改变舵机角度。舵机的速度决定于其接受道德信号脉宽的变化速度。控制线的输入是一个宽度可调的周期性

26、方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20ms(即频率为50Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生变化，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。占空比：就是输出的PWM中，高电平保持的时间 与 该PWM的时钟周期的时间之比 如，一个PWM的频率是1000Hz，那么它的时钟周期就是1ms，就是1000us，如果高电平出现的时间是200us，那么低电平的时间肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是说PWM的占空比就是1：5。3.3.5 显示模块：方案一显示模块：方案一：用LCD显示。优点：辐射小、显示内容多 、低耗能、散热小、显示的画面稳定不闪烁。缺点：不适合做图，图像还原不好、有

27、可视范围限制 。方案二：用LED显示。优点：亮度高、成本低，缺点：不能显示汉字，显示内容较少。 对于本课题的要求，我们选择LCD实现功能，显示内容多，低功耗，显示画面稳定不闪烁，硬件电路设计简单。 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。优点：辐射小、显示内容多 、低耗能、散热小、显示的画面稳定不闪烁。缺点：不适合做图，图像还原不好、有可视范围限制 。3.3.6 电源模块我们选择采用5v的独立的稳压电源。优点:稳定可靠，且有各种成熟电路可

28、供选用；缺点:各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。综合电源模块的缺优点，和电路的实际需求，我们采用了两块独立稳压电源，一块给小车的电机驱动供电，一块给小车的芯片供电，这样弥补了单个独立电源供电出现电力不足的情况。3.4 相关软件、电路模块和器件清单,见表3.3所示。表3.3 相关软件、电路模块和器件清单 序号 名称 数量 备注123456789 10PC机单片机控制模块超声波测距模块电源下载软件（STC_ISP_V483）下载线（USB转串口） 舵机 驱动模块 USB转串口驱动小车 1 1 STC89C52RC 1 1套 5V/7.2V 1 1 1 2 双L298N驱动 1

29、 Vista&Win7 1 ZK-4WD小车4 超声波避障系统的软件设计在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制生产。 为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。所谓“模块”，实质上就是所完成一定功能，相对独立的程序段，这种程序设计方法叫模块程序设计法。模块设计法的主要优点是： （1）单个模块比起一个完整的程序易编写及调试。 （2）模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用。 （3）模块程序允

30、许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。 本系统软件采用模块化结构，由主程序定时子程序、避障子程序中断子程序显示子程序调速子程序算法子程序构成。4.1 直流电机控制软件设计当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。 与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点： （1） 由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容

31、易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。 （2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。 （3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。4.2 超声波测距模块软件设计 此方案中超声波测距的触发方式为电平触发方式，其中舵机与单片机的接口为P2.7，超声波测距模块与单片机的接口为P2.4和P2.5。 #define ECHO P2_4 /超声波接口定义#define TRIG P2_5 /超声波接口定义 程序

32、流程图如图4.1所示，(a)为主程序流程图，(b)为定时中断子程序流程图，(c)为外部中断子程序流程图。 (a) (b) (c)图4.1 测距程序流程图进入主程序后，软件延时，然后将微处理器的P2.0管脚置高，触发传感器发送超声波信号。触发信号发送后，初始化定时器和中断口，开始计时。初始化结束后，保持P2.0口为高电平，将P2.0管脚置低，再延时，程序等待回波信号触发中断。延时结束后，检测下一路电路，并依次循环检测多路。接收到超声波回波后，程序进入中断。进入中断后，首先关闭定时器，然后判断是否超出测距的范围：如超出，退出中断；如在测距范围内，首先将计时数据接收到超声波回波后，程序进入中断。进入

33、中断后，首先将计时数据存入缓存区，并对信号进行软件滤波，如信号为噪声信号，则直接退出，如信号为有效信号，计算障碍物的距离。4.3 超声波避障技术软件设计根据避障规则，移动机器人（小车）以某一速度前进，如果某一传感器检测到的距离小于某个值，这个值是预定义可编程的临界距离，那么机器人以某一角度偏转，从而绕开障碍物继续前进。机器人（小车）在行驶过程中如果遇到障碍物，它的超声波测距系统马上计算出机器人与障碍物的距离d，若d<dc(避障的临界距离，其中dc为程序预设值)，电机左右转向控制驱动，从而绕过障碍物实现避障的效果。程序流程图如图4.2所示。 图4.2 避障程序流程图程序设计如下：while

34、(1) /*无限循环*/ if(timer>=1000) /100MS检测启动检测一次 timer=0; StartModule(); /启动检测 Conut(); /计算距离 if(S<30) /距离小于30CM stoprun(); /小车停止 COMM(); /方向函数 else if(S>40) /距离大于，40CM往前走 run(); 4.4 软件与硬件的整合软件与硬件的整合在本次设计过程中，考虑到各个模块之间的控制复杂性，我们将电机控制，超声波测距分开调试，当两个模块都可以正常工作之后，再将它们结合起来调试，采取了“分而治之”的思想。调试超声波模块 在调试超声波的

35、时候，主要思想是用定时器检测超声波会送信号维持高电平的时间，用串口示波器将测得的数据显示在串口示波器上，根据返回的结果，确定达到转弯距离以内所需要的时间，然后利用时间控制电机。电机调试 在点击调试的过程中，我们首先将PWM输出在示波器上反映出来，确保PWM波的输出正常，并且能够根据用户设定的比较值产生不同形式的输出，在比较匹配发生之后，调节其占空比，实现电机的速度控制，在控制电机转动的时候，采用直接控制L298N芯片的方式，实现左转，右转，后退等功能。5 超声波避障系统调试5.1 调试过程 a）连接，连接实物图如连接图5-1，图5.2所示。图5.1 实物连接1图5.2 实物连接2b）程序下载

36、在程序下载时要安装USB串口驱动（Win7的或XP的）串口驱动安装完成后将小车与电脑通过USB下载线进行连接，然后打开我的电脑中的设备管理器查看端口是否连接成功如图5.3所示则为成功且串口号为COM4。图5.3程序下载1）打开电源，如图5.4所示。图5.4 打开电源图2）打开桌面的下载软件选择单片机型号，找到目标文件，然后选择正确的串口号。如图5.5所示。图5.5 软件下载图3)下载程序注：在下载程序时要等到下载软件的提示栏中出现给MCU上电时再给单片机按上电源上电，如果下载成功则如图5.6所示。（如果在下载前就给单片机上电可能会出现下载不成功的现象）图5.6 下载程序图c) 运行，如图5.7

37、所示。图5.7 程序运行图5.2 问题分析问题：小车运行时如果如果障碍物的距离比较近小车后退后会撞到或卡住。原因：障碍物放得太近或小车与程序间的条件限制。解决方法：把障碍物的距离调大点或对小车及程序进行改进。5.3 误差分析由于受环境温度、湿度的影响，超声传感器的测量值与实际值会有一些偏差，超声测距系统测量值与超声测实际值（单位: cm）如表5.1所示。表5.1 距系统测量值与实际值（单位: cm） 障碍物实际距离（cm） 测量距离（cm）45 55.5 60 66.9 75 83.1 100 107.2 125 131.5 150 157.3 175 182.4 200 206.4 从表中的

38、数据可以看出，测量值总是比实际值大出大约7cm，经过分析原因主要有三个方面：第一方面，超声波传感器测得的数据受环境温度的影响；第二方面，指令运行需占用一定的时间而使得测量的数据偏大；第三方面，为了防止其他信号的干扰，单片机开始计数时，驱动电路发送16 个脉冲串。对于单个回声的方式，当驱动电路接收到碰到障碍物返回的第四个脉冲时就停止计数，所以最终测得的时间比实际距离所对应的时间多出四个脉冲发送的时间。为了减小测量值与实际值的偏差，我们采用最小二乘法对表1 的数据进行修正。经过拟合，我们得到下面的方程：y=1.0145x- 9.3354( 其中: y 为实际值, x 为测量值)修正后本超声波测距系

39、统测量值与实际值的对应关系如表5.2 所示。表5.2 修正后声测距系统测量值与实际值 （单位：cm）障碍物实际距离（cm） 测量距离（cm）45 46.8 60 58.5 75 74.9 100 99.4 125 124.1 150 150.2 175 175.7 200 200.1 从修正后的数据我们可以看出, 系统的测量误差在±2%以内, 满足我们的测量要求。 结 论本智能小车电路在硬件上采用了超声波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；PWM技术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STC89C52