智能小车避障系统设计

1、毕业设计说明书设计题目:专 业:班 级:学 万:聂 名:指导教师:二O一五年十二月二日摘要1第7奉绪论2第2章方案杳证42.1 系统趋体方案设计42.2 系统方案的选择与比较42.2.1 控制模块方嗑的选择42.2.2 显示模块方嗡的选择52.2.3 超声波模块方嗡的选择52.2.4 驱动模块方嗡的选择52.3 系统忍体方案论证6第3章硬件电路设计73.1 整机设计73.1.1 整机系统73.1.2 迎障系统工作模式73.2 各功能模块硬件电路设计83.2.1 单片机最小系统83.2.2 晶显示电路133.2.3 驱动电路193.2.6 超声波测跖避.建电路22第4章 系统软件设计254.1

2、主程序流程254.2 主要子程序流程254.2.1 液晶晶示子程序流程254.2.2 超声波子程序 流程264.2.3 避序子程序流程图284.3 软件调试28第5章条统制作与调试315.1 硬件制作315.1.1 Altium Designer 14 软件315.1.2 PCB的设计与制作335.2 硬件电路的安馥与焊接345.3 也脑竭的ISP控制软件345.4 实物安装与调试36结论38参考文故40附录1 系统各部分设计原理图41附录2 系统各部分设计PCB板,谖!来定义书筌。附录3 元件清单表备事!束定义书冬附录4 源程序43系统以MCS-51单片机为控制核心，完成对系统各个子模块的控

3、制工作，从 而保证各模块正市有序的完成任务；电源模块负责为整个系统供包，提供所需的 也压；采用超声波模块对阵碍物进行探测和跖离测定；显示模块负责显示小车距 离律碍物的跖离和设计者；语音模块负责对障碍物跖离进行语音提示；红外对管 模块负责探测地面黑白线，保证小车按预定路线行驶；之机驱动模块负责小车的 运行，其中小车驱动由L298N驱动电路完成，速度由单片孔输出的PWM波控制。 同时，设计制作的实物功能齐全，美观大方。关旋词迎摩；超声波；单片机第/章绪论近年来，随着包子测量技术的发展，运用超声波做出精确测量已成可能。随 省经济发展，曲子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量因其测量精确度高， 成本低

4、，性能稳.定而备受苦味。超声波是指频率在20kHz以上的声波，归属于机 械波的畴。超声波也遵循一般抗械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界 面处发生反射和折射现象，在进入介质后波介质吸收而发生衰减等。正是因为具 有这些性质，使得超声波可以用于距雷的测量中。随着科技水平的不断提高，超 声波测距技术被广泛应用于人们日专工作和生活之中。一般的超声波测距仪可用 于固定物体物住或液核的测量，适用于建筑物都、液住高度的测量等。由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线，破测对象族色等的影响， 较其它仪器更卫生，更利潮溟、扮尘、嵩温、鹰伊.完体等恶劣环境，具有少维护， 不污染，嵩可靠，长寿命等特点。因此

5、可广泛应用于造纸业，矿业、包厂，化工 业，特殊水处理，污水处理厂、农业用水，环保检测、食品r酒业，饮料业、添 加剂、食用油、助制品人防讥、水文、明集、空间定位，公路F艮嵩等行业中。可 在不同环境中进行跖离准确度在线林定，可直接用于水、酒，髓、饮料等液位控 制，可进行差值设定，直接显示各种液优罐的波伉、科伉高度。因此，超声测距 在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速，方便，计算简单， 易于实现实时控制，并JL在测量精度方面能达到工业实用的指标要求，因此为了 使移动机器人能够自动躲避律碍物行走，就必须装备测距条统，以使其及时获取 距律碍物的位置信息，距离和方向）。因此超声波测距在移

6、动加森人的研究上得到 了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在流车倒车 番达的研制方面也得到了广，泛的应用。超声波测跑电路可以由传统的模拟或者数学电路构建，但是基于这些传统包 路构定的条统往往可靠性差，调试图唯，可犷展性差，所以基于单片机的超声波 测距条统波广泛的应用。通过简单的外围电路发生和接收超声波，单片机通过采 样获取到超声波的传播时间，用软件来计算出距雷，并且可以象集环境温度进行 测距补核，其测量包路小巧，精度高，反映速度快，可点性好。第2章方案论证2.1 系统总体方案设计根据设计任务要求，可将此条统划分为四个部分，第一个部分为单片机控制 模块，它由STC89c5

7、2RC单片机，单片机最小条统、串o通信也路和相应辅助也 路组成，并主要负责各个子模块的控制工作，从而保证各自模块正常有序的完成 各自任务；第二个部分为驱动模块，它的主要作用是驱动小车直流电机，使小车 运动。第三个部分为显示模块，它主要用于显示小车距离律碍物的距离等信息。 第卬个部分为超声波传感器，他主要用于对小车运行前方的璋碍物进行探测和对 建碍物距离进行判断。其条统结构如图2-1所示。图2-1京线总框图2.2 系统方案的选择与比较2.2.1 控制模块方案的选择第一种方案：选用数学选科也路平台，整个超声波测跖迎障的控制条统由计 数器、泽吗器和555定时器等教字捺片组成。其包路具有透料结构简单，

8、精确控 制等优点，但也有功能单一、不易调试等抉点。第二种方案：选用单片机平台，整个超声波测跖避障控制条统由MCS-51单 片机谈小条统作为主控制器。同时，STC89c52RC单片机具有体色小、功耗低、 控制功能强、犷展灵活，微型化和使用方便等优点。方案比较：虽然采用数字逡料电路平台可以实现超声波测跖避弹，也路结构 简单，但整个系统的功能单一。为了嵩质量完成复杂的设计要求，此系统采用第 二种方案。2.2.2 显示模块方案的选择第一种方案：采用由LED彩灯、七段LED数码管组成的显示方案，但其只能 显示有限的指示信号和数码字符，无法达到设计要求。第二种方案：采用由1602LCD液晶显示暴组成的显示

9、方案，该模块功能强大， 可方便的显示各种英文字符等今。方案比较：采用第一种方案不能很好的达到设计要求，数码管只能显示字码， 不能见示字母；而采用第二种方案能充分利用1602LCD友晶旦示器显示律碍物距 肉等信息。故选用第二种方案。2.2.3 超声波模块方案的选择第一种方案：采用US-100超声波模块，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的充电压输入囹、静忠功耗低 于2mA,自带温度传感器对测距结果进行校正、同时具有GPI。，串口等多种通 信方式，带看门拘、工作检定可安。第二种方案：采用HY-SRF05超声波模块，HY-SRF05超声波测距模块可提

10、 供2cm450cm的非接触跖需感测功能，测距精度可达3mm,模块包括超声波 发射器，接收器和控制电路。方案比较：由于核系统的超声波模块主要用于对小车运行前方建碍物的探测 及建碍物距需的探测，故对功能要求不高。经过比较，故此方案选用第二种方案。 2.2.4 驱动模块方案的选择第一种方案：采用由多个三极管和续流二极管纨成的双H桥驱动电路，核结 构原理简单，但结构复杂且驱动也流过小。第二种方案：采用以L298N为核心的集成驱动包路，核方案结构简单，且驱 动电流大。方案比较：采用第一种方案时驱动也流不足，可能会出现小车运行缓慢，产 重时甚至会院殁三极管；第二种方嗡驱动电流大，足以保证小车的运行，且体

11、科小.包路结构简单。故此设计选用第二种方案。2.3 米统总体方案论证系统条统设计方框总图如图2-2所示。图2-2 米处设计方框总图经上述对各模块的方案选择与论证，此设计的超声波测距避序条统主要以一 片MCS-51条列单片机为控制核心，STC89c52RC单片机用作超声波测距迎序条 统主控捺片；以SRF05超声波传感器作为障碍物测距传感器；以1602LCD友晶 显示器作为序碍物距离的显示；以L298N驱动模块作为小车运动的驱动部分。第3章硬件也路设计硬件电路是整个条统的桢心基础，需要全面考虑条统运行的各个状忠。这里， 除了要实现整个超声波测跖迎障条统的基本功能以外，还需考虑以下几个因素： 余统的

12、稔定度和性能指标；元器件的通用性和易购性；条统的可犷展性。 因此，硬件包路的设计至关重要，现对各功能模块进行深度的分析与探讨。3.1 整机设计3.1.1 整机系统条统主要以一片MCS-51单片机为控制核心，采用模块化设计，完成整个循 迹驻序条统。其具体分可为以下七个功能模块：单片机控制模块、超声波模块， 循迹模块、显示模块，语音提示模块和驱动模块。L单片机最小条统作为整个硬件电路的核心电路，它既是协调各个模块使之 正琳有序作的控制暴，也是计算条统运行过程中数据参数的处理器。它由单片机， 时钟包路和复住电路三大部分组成。2 .障碍物的探测和障碍物跖需的测定采用SRF05超声波模块，分别探测小 车

13、数、左，右的律碍物。3 .采用1602LCD液晶显示模块显示璋碍物距离，运用软件控制其分列显示 小车前方、左侧和右侧的序碍物跖离。4 .驱动电路模块采用L298N集成驱动，它杼驱动直流电机来带动小车按预 定路线行驶。3.1.2避障系统工作模式根据设计要求及实际应用规则，小车需多种情况下避摩，其避障模式就会有 多种，需要根据不同的障碍情况作不同的规避动作。在此举两个最常见的类型。 一种是小车正面有序碍物的情况，另一种是小车侧面有序碍物的情况。当小车正面有序碍物摩时，单片机检测到前方序碍物与小车之间的跖离小于 设定跖离时，开始避障，此时单片机轲新在小车左右方向障碍物需小车的距雷分别为多大，然后根据

14、两边距离大小选择与障碍物距离大的一边转向行跛。当检测 到建碍物距需不再低于设定距南时，小车迎障完华恢复直线行3虹其运行图如图 3-1.障碍物力、小车小于30cM障碍物图3-1小车正面遮障运行图当小车侧面有序碍物时，单片机检测到侧面弹碍物与小车之间距南小于设定 的距需对，运行侧面避障程序，向与障碍物方向相反的方向转向，直到侧面障碍 与小车距离大于设定的距离时恢复直线行驶。运行图如图3-2所示。3.2 各功能模块硬件电路设计3.2.1单片机最小系统单片微机(Single-Chip Microcomputer)简称为单片机。它在一块捺片上集成 中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、

15、定时/计数和多功能 输入/输出I/O 口，如并行口 I/O,串行口 I/O和转换A/D等。MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，是单片机的主流条列，软硬 件应用设计资料丰富齐全。为了提嵩指令的执行速度和效率，采用了面向控制的 结构和指令条统的独立CPUo此设计主要采用STC89c52RC单片机作为条统的主控制芯片，这是因为它是 日应用比较广泛的MCS-51条列兼奉型单片机。现杼STC89c52RC单片机的特点介 绍如下：L 增强型6时钟/机器周期，12时钟/机暴周期8O51CPU。2.工作也压：3.4V5.5V。3、工作频率囹：040MHz,相当于普通8051的080MHz,实际工作频

16、 率可达48MHz。4.用户应用程序史间8K字节。5、片上集成1280字节/512字节RAM。6,通用I/O o （32/36个人 复住后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（善 通8051传统I/O 口人P0 o开漏输出，作为忌线疔展用时，不用加上拉电阻， 但作为I/O 口用时，则需加上拉包阻。7. ISP （在系统可编程）/IAP （在应用可编程人 无需专用编程器/仿真器可 通过串口（P3.O/P3.D直接下我用户程序，8K程序3抄即可完成一片ISP （在东 统可编程 IAP （在应用可编程人无需专用编程器/仿真器可通过串口（P3.O/P3.1） 直接下我用户程序，8K程序3秒即可

17、完成一片。8,置EEPROM功能和看门拘功能。9 .其3个16枚定时器/计救器，其中定时春。还可以当成2个8住定时器 使用。10 .外部中新4路，下降沿中断或低电平触发中新，Power Down模式可由 外部中新低包平触发中新方式唤鼓。11 .通用齐步串行口（UART）,还可用定时暴软件实现多个UART。12 .工作温度囹：075C。STC89C52RC单片机最小系统的基本工作包路包括电源包路、时钟也路和复住也路。其组成方柩图如图3-3所示:单片机电源电路 时钟电路0位电路图3-3单片机最小系统组成方框图1 .也源也路包源电路模块为单片机最小条统和其他功能模块提供标准的+5V也源包压。2、时钟

18、包路单片机的时钟信号为单片机捺片部的各种操作提供时间基准，时钟包路为单 片机产生时钟脉冲序列。作为单片机工作的时间基准，典型的晶体振荡频率为 12MHzoMCS-51条列单片的时钟信号可以由两种方式产生：一种为那时仲方式，利 用桧片部的振荡也路；另一种为外部时钟方式。其两种包路如图3-4所示。(a)部时律方式(b)外部时钟方式图3-4单片机对律信号示蔻图3 .复住包路单片机复住是使CPU和条统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状 忠，并从这个状忐开始工作。当在MCS-51条列单片的RST引脚处引入嵩电平并 保持2个机褰周期，单片机部就执行复住操作。单片机帝见的复住电路有两种基 本形式：一种

19、是上自动也复住，另一种是手动复住。其两种也路方式如图3-5 (a).CbJ所示。在此设计中我们采用手动复住方式。图3-5单片机复住电路示意图由于STC89C52RC单片机桧片有时钟振荡也路，所以此条统单片机均采用部 时仲方式。只需在单片九的XTAL1和XTAL2 3|脚外接石美晶体和微调也参，就 构成了激振荡器并在单片九部产生时钟信号脉冲信号。同时，也采用手动复核 也路。其具体电路设计如图3-6所示。在此图中，Cl, C2电本的作用的是稳.定频 率和快速起振，其值为530pF,在此选择30pF；晶振XI的振荡频率囹在 1.212MHz之间选择，在此选择12MHz。图3-6单片机最小条线电路图1

20、PIOPOOPllP01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INTIP20INTOP21P22T189c5TO-P24P25EAVPP26P27XIX2RESETRXDTXD_RDALEPWRPSEN39238337436535634733832dh 152129232414253126271928104F 工189LLo图3-7单片机引脚图单片机的引脚说明：89C52条列单片机采用40Pin封装的双列直接DIP结构，下图是它们的引脚 配置，40个引脚中，正也源和地线两极，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8 住共32个I/O 口，中新o线与P3 口线复用。其

21、引脚排列如图3-7。控制引脚介绍：L ALE:条绕步展时，P0 口是人位教据线和低入住地址先复用引脚，ALE 用于把P0 o输出的低人位地址领存起来，以实现低入位地址和数据的隔雷。2. PSEN；低也平有效时，可实现对外部ROM单元的及操作。3、EA:当EA信号为低电平时，对ROM的揍操作F艮制在外部程序存储器； 而当EA为嵩也平时，对ROM的读操作是从部程序存储器开始的，并可延至 外部程序存储器。4. RST:当输入的复位信号延续两个机器周期以上的嵩包平时即为有效， 用以完成单片机的复住初始化操作。5. XTAL和XTAL2：外接晶振引线端。并行I/O潴口介绍：P0端口 P0.0-P0.7

22、P0是一个8位漏极开路型双向I/O 潴口，端口置1 （对潴口写1）时作离阻抗输入端。作为输出口时能驱动8个TTL。P1潴口 P1.0 P1.7 P1是一个带有部上拉包血的8位双向I/O端口。输出时 可驱动4个TTL。端口置1时，部上拉电阻将搞o拉到高也平，作输入用。对部Flash程序存储器编程时，接收低8住地址信息。P2端口 P2.0 P2.7 P2是一个带有部上拉也阳的8住双向I/O端口。输出时 可驱动4个TTL。端口置1时，部上拉电阻将端o拉到高包平，作输入用。对部 Flash程序存储器编程时，接收离8住地址和控制信息。在访问外部程序和16位 外部数据存储器时，P2 口送出嵩8枚地址。而在

23、访问8位地址的外部数据存储器 时其引脚上的叁在此期间不会改变。P3端口 P3.O P3.7 P2是一个带有部上拉也阳的8住双向I/O端口。输出时 可驱动4个TTL。端口置1时，部上拉电阻将端o拉到高包平，作输入用。除此 之外P3潴口还用于一些专门功能，具体靖看下表3-1。3-1 P3引脚的第二功能说明P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入CRXDJP3.1串行通讯输出(TXD)P3.2外部中新0中语(INTO)P33外部中新1中请fINTlJP3.4定射器/计数器0的外部输人(TO)P3.5定耐器/计效器1的外部轮人(T1)P3.6外部数据存储器与选通WRP3.7外部数据存储器写选通RD3.2.

24、2 液晶显示电路在此设计中，选用1602LCD液晶模块显示三个方向的序碍物跖离。L 1602LCD液晶显示器介绍液晶旦示器(LCD)的主要原理是以电流剌激液晶分子产生点、线、面并配 合背部灯管构成画面。液晶体着小，功耗低，显示操作简单。此设计选用1602LCD 波晶晶示器。其外形如图3-7所示。图3-7 1602LCD实物图现将其主要技术参教和显示特性如下：L 包源：VDD 为+4.5V+5.5V；2、显示家：16*2字符；3 .工作也流：2.0MA(5.0V)；4 .显示颠色：蓝舁；5 .模块最佳工作也压：5.0V；6 .显示角度：6： 00钟直视；7、与MCU接口： 8位并口；8,配黄LE

25、D背光；9,多种软件功能：光标显示，画面移伉，自定义字符、鹿既模式等。其基本操作时序如图3-8所示。其基本时序如表3-2所示。其读写操作如图3-9所示。其存地址如图3-10所示。其控制指令集如表3-3所示。其控制接口时序如图3-11所示。其初始化过程如下所示。基本操作时序:读状态:写指令:读数据:写数据:输入:输入:输入:输入:RS=L, RW=H.E=HRS=L, RW=L, DO D7二指令码,E二高脉冲RS=H,RW=H.E=H gdjhfgRS=H, RW=L, DOD7二数据,E二高脉冲输出:输出:输出:输出:DOD7二状态字 无DODX数据 无状态字说明STA7STA6STA5ST

26、A4STA3STA2STA1STAOD7D6D5D4D3D2D1D0STA0-6当前数据地址指针的数值STA7读写操作使能1 ： 禁止 0: 允许注：对控制器每次进行读写操作之前，都必须进行读写检测，确保STA7为0图3-8 1602LCD基本操作时序表32 1602 LCD时序参效时序参数时序参数符号极限值单位测试条件最小值典型值最大值E信号周期tc400ns引脚EE脉冲宽度tP150nsE上升沿/下降沿时间tR. tF一一25ns地址建立时间tSPI30一一ns引脚E、RS、R/W地址保持时间tXDI10一一ns数据建立时间（读操作）to一一100ns引脚DBOD67数据保持时间（读操作）

27、tH0220ns数据建立时间（写操作）tSP240ns数据保持时间（写操作）tH0210ns数据控制控制器内部设有一个数据地址指针.用户可通过它们来访问内部的全部80字节RAM. 数据指针设置指令码功能80H+ 地址码（。-27H , 40H-67H）设舌数据地址指针其他设吉指令码功能01H显示洁屏；1.数据指针清写2.所有显示清零02H显示回车：1.数据指针清写图3-9 1602LCD读写操作RAM地址映射图 控制器内部带 有 80X8 位(80 字节)的RAM 缓冲区，对应 关系如右图所 示：图3-10 1602LCD存地址表3-3 1602LCD控制相今集指令说明 初始化设舌 显示模式设

28、舌指令码功能00111000设置16X2显示.5X7点阵.8位数据接口显示开/关及光标设置指令码功能00001DCBD=1开显示：0=0关显示C=1显示光标：0=0不显示光标B=1光标闪烁：上0光标不显示000001NSN=1当读或写一个字符后地址指针加 一,且光标加一N=0当读或写一个字符后地址指针减 一,且光标减一S=1当写一个字符，整屏显示左移(N二1)其初始化过程(复核过程入()延时 15MS(2)写指令38H(不检测忙信号)(3)延时5Ms(4)写指令38H (不检测忙信号)(5)延时5Ms(6)写指令38H (不检测忙信号)(7)(以后每次写指令、读/写数据之前均需检测忙信号)C8

29、)写指令38H：显示模式设置(9)写指令O8H：显示关闭(10)写指令O1H：显示清屏CUJ写指令06H：显示光标移到设置C12J写指令OCH：显示开关光标设置控制器接口时序说明（HD44780及兼容芯片）： 读操作时序写操作时序图3-11 16O2LCD控制接d时序图2,友晶旦示电路设计若要用单片机控制16O2LCD液晶显示模块正常的显示字符、图形和动画，就 必须了辞此液晶显示模块的各引脚定义和功能，其引脚功能介绍如表3-4所示。其基本外形尺寸如图3-12所示。无背光底部LED背光图3-12 LCD1602外观图表3-4 1602LCD液晶引脚功能介绍接口信号说明:编号符号引脚说明编号符号引

30、脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端(H/L)12D5Data I/O5R/W读/写选择端(H/L)13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极在此设计中采用的1602LCD为标准的波晶显示器件。其典型的应用电路如图 所示。8051系列模拟口统方式:图3-13 液晶显示模块典型应用原理图此设计分别采用一块TC1602LCD液晶显示模块显示序碍物跖离和学号。 TC1602显示的家量为2

31、行16个字。液晶显示纤有微功耗，体积小，显示太丰富、 超等胫巧、使用方便等诸多优点，与数码管相比，显得更专业、美观。使用时， 可将P0与LCD的数据线相连，P2 Q与LCD的控制线相连，如图所示。J- GND LGU1 60220 k xiGN。图3-14 1602LCD液黑显示硬件也路图6 5432 1。 l.blll 119.8765ZI3 212K1 602i go2K S l 0023.2.3 驱动电路在此设计中，小车使用的是直流包机。从单片机输出的信号功率很弱，即使 在没有其它外在负我时也无法带动电机，所以在实际也路中我们加入了也凯驱动 捺片提高输入也加信号的功率，从而能够根据需要控

32、制之机转动。本设计中包机 驱动采用L298集成H楙芯片如图3-17。L298中有两套H林包路，创好可以控 制两个也加。它的使能端可以外接嵩低包平，也可以利用单片加进行软件控制， 极满足各种复杂电路需要。核整片的主要特点是：工作电压嵩，最嵩工作电压可 达46V；输出业流大，瞬间峰值也流可达3A,持续工作电流为2A；含两个H楙 的嵩包压大也流全株式驱动器，可以用来驱动直流包动抗和步进包机，继电春， 线图等感性负我；采用标准选料包平信号控制；具有两个使能控制潴，在不受输 人信号影响的情况下允许或禁止器件工作；有一个逑料电源输入端，是部透科也 路部分在低包压下工作；可以外接检测包血，将变化量反债给控制

33、也路。引脚如 功能如表3-5所示。图3-17 L298N引脚图L298N可接受标准TTL2料也平信号VSS, VSS可接4.57 V也压。4脚 VS接电源也压，VS也压囹VIH为+2.546V。输出也流可达2.5A,可驱动也感 性负我。1脚和15脚下管的发射板分别单独引出以便接入包流采样电阻，形成电 流传感信号。L298N可驱动2个包动机，OUTL OUT2和OUT3, OUT4之间 可分别接电动机，此设计选用驱动两台包动机。5, 7、10、12脚接输入控制电平， 控制包机的正反转。ENA, ENB接控制使能潴，控制电机的停转。本设计采用高包压，大电流的L298N全标驱动捺片，其外囹也路设计如

34、图 3-18所示,它响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电加。两个包机 的四个正方向信号和两个PWM信号经L298N后能够很好的控制也机的正反转和 较大囹的控制也如包压。表3-5 L298N引脚编号与功能引脚编号名称功能1也流传感器A在该引脚和地之间接小限值电阻可用来检测电洗2输出引脚1苣,驱动器A的输出端1,接至电机A3输出引脚2苣,驱动器A的输出端2,接至也机A4曲机也源就也机供也将入端，电压可达46V5轮人引脚1苣,驱动器A的透辑控制输入搞16使能就A苣.驱动器A的使能就7轮人引脚2苣,驱动器A的透辑控制输入搞28透辑地遗辑地9透辑也源就遗辑控制也路的也源输入端为5V10给人引

35、脚3苣.艇动器B的透辑控制给入瑞111使能就B苣.艇动器B的使能端12给人引脚4苣.施动器B的透辑控制给入瑞213给出引脚3苣.施动器B的输出端1,接至也机B14给出引脚4苣.施动器B的输出端2,接至也加B15也流传感器B在该引脚和地之间接小限值电阻可用来桧测电流表3-6 L298N对直流电机控制的透辑功能表输入CD输出HHL正转HLH反转L*在无输出，不工作说明：表3-6为L298N的义物控制表，其中C. D分别为INK IN2或IN3, IN4； L为低也平，H为高包平，为不管是低电平还是嵩包平。如图3-18所示，本设计中L298NOUTL OUT2和。UT3、OUT4之间各接 一个小直流

36、包动机。VSS9脚接人经过稔压后的+5V, VS4所直接接+9V电源。1, 5, 8脚都接地。5, 7, 10、12脚接输入控制信号（控制信号从单片机P0.0、P0.1. P0.3、P0.4发出，经光包耦合器TLP52L4后接L298N的5、7, 10, 12脚输入）， 控制也机的正反转。5y5V图3-18 电机电路图单片机的两个端口 CP0.2, P0.5）给出PWM信号直接与ENA, ENB相连控 制使能潴，从而达到控制包凯直行、加减速、倒退等动作。在该模块设计中，我 们采用了小周期信号，通过改变小车的占,史比对小车的速度进行调节。将小车速 度分为20个档，这样就可以让小车在调试过程中得到

37、一个合理的速度，使其行 驳在对稔定的状忠。3.2.6 超声波测距避障电路超声波包路原理图如图3-20所示。发射电路主要由低噪声JFET输入的运算 放火器和超声波发射换能器R构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号 一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个包板，另一路由单片机P1.0端口经 两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到 超声波换能器的两端，可以提嵩超声波的发射强度。输出端采两个反向器并藤， 用以提高驱动能力。上住电阻R20、R21一方面可以提高运算放大器TL074输出 高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振 荡时

38、间。压也式超声波换能器是利用压包晶体的谐振来工作的。超声波换能卷部 有两个压电晶片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片 的固有振荡频率时，压电晶片会发生热振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生暴；反之，如果两电极问未外加也压，当共版板接收到超 声波时，将压过压包晶片作振动，将抗械能转换为包信号，这时它就成为超声波 接收换能器。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清 春件上的林志。VCCI OKUIP2)IKGNDGNDCON-5POOPIOP54ECHO oinGND VCC10KJ1TRIG12 3 4 5VCCP22J,P23P21

39、P24P20P25VDDVSSP13PCOP12P10R11P5411LBIK=i=ClST202CbVDDCl-vccC2-C2-TLIN T1OUTT2Ds T2OUTR10UT RINR2OVT R2INGND VEE>C41(HIvcc10K：?l1IN-C 44IN*VCCGND2IN-3IN-2IN-3IN-104 C9iob“ur、VCC| L2VCC 52OUT3OLTThEU2R14120K"KF104 GIOR710KR234IN-C：R192图3-20超声波模块电路原理图超声波接收电路由也平转换芯片ST2O2和超声波接收换能春T组成。ST2O2是一致也手转

40、换的专用桧片，市用于电视如红外遥控接收器。考虑到红外it控常 用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，因为当ST2O2接受到40KHz的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到 单片机的外部中新引脚作为中新信号输入，可以利用它制作超声波接收包路。实 脍证明用ST202接收超声波（无信号时输出嵩也平），具有很好的灵敏度和较强的 抗干扰能力。第4章余统软件设计硬件平白结构一旦确定，大的功能柩杂即形成，软件在硬件平台上构筑，克 成各部分硬件的控制和协调工作。条统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的 可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软

41、件是系统的 灵魂。软件采用模块化设计方法，不伏易于编程和调试，也可臧小软件故律率和 提高软件的可靠性。4.1 主程序流程条统立程序模块主要完成对条统中各模块也路的初始化等工作，其主要包括 对液晶显示器，驱动也路和超声波传感器的初始化，同时循环发送脉冲信号，等 特外部中断以及根据所需要功能进行相应的操作。主程序流程如图4-1所示。图4-1 主程序流程图4.2 主要子程序流程4.2.1 液晶显示子程序流程LCD液晶显示模块可用于显示和学号以及跖离律碍物的跖离，其数据有单片机的P2 口输入，其控制由单片机的PO o进行控制。由单片机最小条统对其进行 实时期新。其子程序流程如图4-2所示。显示动画2显

42、示包画3显 示 独 画1结束图4-2 LCD液晶显示孑程序流程图4.2.2 超声波子程序流程主要是实现功能测距软件分为两部分，主程序和中断服务程序，如图4-3 (a)(b)(c)所示。主程序完成初始化工作，各路超声波发射和接收顺序的控制。定 时中断服务子程序完成三个方向超声波的轮流发射，外部中新服务子程序主要完 成时间值的揍取，跖肉计算、结果的输出等工作。其主程序如图4-3 (a)所示。主程序首先是对条统环境初始化，设黄定时器TO工作模式为16枚定时计数 器模式。置住总中新允许住EA并给显示端口 P。和P1清。然后调用超声波发 生子程序送出一个超声波脉冲，为了避免超声波从发射卷直接传送到接收器

43、引起 的直射波触发，需要延时约0.1 ms (这也就是超声波测跖仪会有一个谈小可测距 离的原因)后才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用的是12MHz的晶振，计致器每计一个数就是12，当年程序检测到 接收成功的标志住后，将计数器T0中的数(即超声波来回所用的时间)按式(2) 计算，即可径设测物体与测距仪之间的距离，设计时取20时的声速为344 m/5则有:d = （cxt）/2 = 172T0/10000cm其中，TO为计数器TO的计算值。超声波发生子程序的作用是通过P1.0潴口发送2个左右超声波脉冲信号（频 率约40kHz的方波），脉冲宽度为12|15左右，同时把计救器TO打开进行计时

44、。 超声波发生子程序较简单，但要求程序运行准确，所以采用C语言编程。超声波 测距仪立程序利用外中新检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（即 INTO引脚出现低包手心立即进入中新程序。进入中断后就立即关闭计时器T停 止计时，并将测距成功标志字赋值 1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返 回信号，则定时器T0溢出中断将外中新。关闭，并杼测距成功标志字赋值2以 表示此次测跖不成功。前方测跖也路的输出端接单片机INTO端口，中新优先级 最高，左，右测距包路的输出通过与门IC3A的输出接单片机INT1端口，同时单片机P1.3和P1.4接到IC3A的输入端，中新源的识到由程序杳询来处理，中新优外

45、部中断入11先级为先右后左。b定时中断服务子程序c外部中断服务子程序a主程序流程图® 4-3 短力液测距东线软件设计4.2.3 避峰子程序流程图当小车检测到有序碍物后，进入避序子程序，判新障碍物的情况，根据律碍 物的情况选择相应的避障方式控制小车做出做出相应的避序动作。避障完成后退 出。其子程序流程图如图4-4所示。图4-4 速序孑程序流程图4.3 软件调试单片机是本设计的核心控制暴，只有保证单片机的正市工作才能完成程序的 运行及显示的控制。保证单片加最小系统能够正市工作是前提。制新办法就是用 万用表测量单片加时钟引脚f!8, 19脚）的对地包压，以正束工作的单片机用数 字万用表测量

46、为例：18脚对地约2.24V, 19脚对地约2.09V。对于怀疑,是复核电 路故律而不能正市工作的单片机也可以采用模拟复住的方法来到断，单片机正多工作时第9脚对地电压为零，可以用导线短时间和+ 5V连接一下，模拟一下上 也复住，如果单片机能正金工作了，说明这个复住电路没问题。本设计功能很多，所以对于它的程序也较为复杂，所以在编写程序和测试时 出现了相对较多的问题。如院人程序后，LCD显示度显示闪动，不循迹。则要首 先对测用的延时进行逐渐修改，可以解决循迹问题。本设计采用Keil4软件用来进行编写程序和程序的调试，它是日前最流行开 发MCS-51条列单片机的软件。软件页面如图4-5所示。Keil

47、4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 真调试器等在的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合 在一起。运行Keil4软件需要Pentium 我以上的CPU,16MB或更多RAM、20M 以上史冈的硬盘,史间、WIN98、NT, WIN2000, WINXP等盘作东统。掌握这 一软件的使用对于使用51条列单片机的爱好者来说是十分必要的。e& B»i o®密012|STARnjPA51E)工on DM OK DX (M? 函 TO 010 011 012 on 014D15 OT6 017 018 019 QJ (Ki

48、 022 on 024 函 026K? 必 nn 0» rai TO an (ni as a%尚5bit »bit ibit sbit abi t bit Mbit 5bic Mbit lt>：t<r«0« .b><incnn».b> WC-PS*l TX-P3R7; 5XR-P3Y： TXR-P3A5； »CL-P3*S; TX：-P3A2/ LG-PhI： LH-P1AO/ 练P：7;»b)t LQ< F* - P2-1；flbit LCX_R5 = P2*0：LCKe - P2”?4

49、d«(in« Bu*v 0x30void LCMInic oroi4l 1void D&splayers*Char (msiQ»«d char X, unai gnod Omr Yz nnMinsd char D3ata)；void Di9playListCS>ar unsigned c»»r X(。33十4 char Y, unsigned obar code，。加。，void Delays iroldHvoid O?lay4GQH3 (void)：void Decode (wwitF» Ear ScaaUo

50、Oc);void Mr&te&ataLCM |xm«san«d char BZXCM)：void KriceCoimndLCM lunslgned ct»r Buy»C) /uikat QTxd cAt «*dZ«caLCM |v»ld)：unsiged cbor 曼e-33101(void”unsigned Char cod*() - "W<.SCXTC.CC«. C»" J；nagged ax>ar coOe wsche：】r231981 djxcogx

51、u* |jwwigned r cotte 01( -<"> I；unanorf <±ar ood& ASCII(1S=，0，匕/2，7)6，Tjnsigncd dhar £E， uikat QTxd int ZQ,S9., 31； unsigned l&t two, uikat QTxd long 5-0；S6-T,9bitflag -Ojunsigned 6ar dlstrjffJ-< Or。.%”； void aj ();vnirl Wri r»TUrT.rV lnn«irniRrt ryvr WTT

52、E、ssacoe图4-5 Kil4l软件界面图在使用Kei 14软件时需要注意的是：在程序编泽的时候一定要记得输出.hex 文件，因为STC-ISP.exe只有.hex文件才能下进单片机里去。由于此循迹避建条统设计程序比较多，为了便于对程序的修改和可移植性等 要求，此设计软件设计使用C语言来进行编程，其特疝是C语言筒法.使用方便,灵活，具有强大的图形功能，C语言生成目标代码质量嵩，程序轨行效率嵩等。第5章系统制作与调试硬件的焊接与调试是整个超声波循迹遮障条统设计必不可少的一个环节，-t 将验证整个系统设计是否实现了所要完成的功能。这一章重点介绍PCB主板的焊接，循迹传感器的焊接，驱动电路焊接、

53、电源 也路的焊接与车体的搭建方法、ISP软件的使用以及整机的调试。5.1 硬件制作5.1.1 Altium Designer 14 软件自20世纪80年代中期以来，计算机应用己进入各个领域并发挥着越来越大 的作用。在这种背景下，美国ACCEL Technologies Inc公司推出了第一个应用于 也子线路设计的软件包一TANG。，这个软件开创了也子设计自动化（EDA）的 先河。为了适应科学技术的发展，Protel Technology公园以其强大的研发能力推 出了 Protel For Dos,从此Protel这个名字在业日益响亮。Altium Designer 14包含许多高效的新特性和增

54、强功能，能够使整个设计过 程统一起来，实现用户的包子产品创新理念，钊连显著地经济效益。Altium Designer 14其主要功能如下所示。L高效的复杂电路板设计开发环境。2,高效能的DirectX图形引擎。3、实时的3D可视化显示。4.也子和机械实时同步设计。5,更其实的PCB着色和准确的对象几何尺寸。6.布线技术延伸到智能，快速的物理设计中。7、部平面显示。8 .支持适应制造技术得更嵩密度布线。9,加工前的实时制造规则检查。10 .通过设计智能感知简化设计过程和项钉导航。11 .全新的 Cadence Allegro 和 Zuken CADSTAR 导入器。12 .从设计到制查一输出作用编子耳器的改进。13 .版本控制功能的增强。14,实时到供应商的数据库。15 .库文件搜索功能的改进。16 .以企业形式管理产品发布和发布设计数据。17 .基于FPGA设计中的定制仪器。18 .更为直观的逡料分析仪。19,数字波形显示的增强控制。20 . FPGA工具反馈。21 .用C语音开发定制的FPGA2科。22、可定条的Wishbone，妻o元件。23、基于FPGA伙暴的现场面板。24、即插即用的软件平白生成暴。25、增强的设备视图。其软件界面如图5-1所示。N。少 £