智能小車碰撞

1、智能小車碰撞摘要1ABSTRACT1一、研究背景和意義2二、智能小車定義2三、 方案設(shè)計(jì)和論證3主控系統(tǒng)：3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：3避障模塊：4四、 硬件設(shè)計(jì)4（一） 主體設(shè)計(jì)框架4（二） 信號(hào)檢測(cè)模塊5（三） 驅(qū)動(dòng)電路6五、 軟件設(shè)計(jì)7六、 使用軟件介紹10Keil10Stc-isp10七、 參考文獻(xiàn)11摘要智能作為現(xiàn)代的新發(fā)明，他可以按照預(yù)先設(shè)定好的模式在一個(gè)環(huán)境中，不用人為的管理，自主的運(yùn)作，是今后的發(fā)展方向。而隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，有關(guān)汽車的研究越發(fā)引人注目。智能小車的研究也越發(fā)受人關(guān)注。本文是利用超聲波探測(cè)儀檢測(cè)前方障礙物，并以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制芯片控制小車的速度以及轉(zhuǎn)向

2、，從而實(shí)現(xiàn)小車的避障功能，其中小車驅(qū)動(dòng)由L293D驅(qū)動(dòng)電路完成，速度由單片機(jī)輸出的PWM波控制。關(guān)鍵詞：智能小車，STC12C5A60S2單片機(jī)，L293D，超聲波ABSTRACTAs a modern invention,smart could follow the predefined patterns in an environment,without human management,independent operation,is the future direction of development.However with the rapid development of aut

3、omobile industry,more compelling research on the car.Research is also increasingly a concern of the smart car.Based Ultrasonic wave detection of the road obstacles,and use a STC12C5A06S2 MCU as the controlling core for the speed and direction,A electronic drived,which can automatic track and avoid t

4、he obstacle,was designed and fabricated.In which, the car is drived by the L293D circuit,its speed is controlled by the output PWM signal from the STC12C5A06S2.Keywords: Smart Car,STC12C5A06S2 MCU,L293D,Ultrasonic wave一、研究背景和意義現(xiàn)如今，隨著科技的發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)要求也在不斷的加深，世界各國對(duì)作為自動(dòng)化物流運(yùn)輸、柔性生產(chǎn)組織等系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備智能車輛都在

5、積極的進(jìn)行研究和開發(fā)設(shè)計(jì)。自20世界60年代，斯坦福研究院的Nils Nilssen和Charles Rosen等人研究出了名為shakey的自主式移動(dòng)機(jī)器人，從此移動(dòng)機(jī)器人從無到有，數(shù)量不斷增多，作為其重要分支的智能車輛也越發(fā)受人們關(guān)注。我國從上世紀(jì)80年代開始著手無人駕駛汽車的研制開發(fā)，雖與國外相比還有一些距離，但目前也取得了階段性成果。智能汽車概念的提出給汽車產(chǎn)業(yè)帶來機(jī)遇也帶了挑戰(zhàn)。汽車的智能化必將是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，在這樣的背景下，我們開展了基于單片機(jī)的智能小車的避障研究。我國作為一個(gè)世界大國，在高科技領(lǐng)域也必須占據(jù)一席之地，未來汽車的智能化是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展必然的結(jié)果，在這種情況下

6、研究智能避障小車的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)意義，這將對(duì)我國未來智能汽車的研究在世界高科技領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位具有重要作用。智能車輛又叫無人車輛，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動(dòng)行駛等功能于一題的綜合系統(tǒng)，它集合了計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航以及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。由于它具有道路障礙自動(dòng)識(shí)別、制動(dòng)、控制車距、車速、巡航等功能，可以應(yīng)用在考古、太空探查、醫(yī)療器械等許多領(lǐng)域，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。二、智能小車定義智能小車其實(shí)就是智能機(jī)器人的一種。智能機(jī)器人之所以叫智能機(jī)器人，這是因?yàn)樗邢喈?dāng)發(fā)達(dá)的“大腦”。在腦中起作用的是中央處理器，這種計(jì)算機(jī)跟操作它的人有直接的聯(lián)系。最主要的是，這樣的計(jì)算機(jī)可

7、以進(jìn)行按目的安排的動(dòng)作。正因?yàn)檫@樣，我們才說這種機(jī)器人才是真正的機(jī)器人，盡管它們的外表可能有所不同。智能小車作為智能機(jī)器人的典型代表，可分為三大組成部分：傳感器檢測(cè)部分、執(zhí)行部分、CPU。通過傳感器檢測(cè)部分接收周圍環(huán)境情況，將信息傳遞給CPU，CPU通過處理這些信息判斷下步需要的執(zhí)行的動(dòng)作，在傳遞給執(zhí)行部分去執(zhí)行，最終達(dá)成智能行駛。3、 方案設(shè)計(jì)和論證本次設(shè)計(jì)主要目的是完成智能小車的智能避撞。在設(shè)計(jì)過程中采用多種方案綜合比較論證最后完成了利用超聲波探測(cè)儀檢測(cè)前方障礙物，并以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制芯片控制小車的速度以及轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)小車的避障功能的智能小車。具體的比較如下：主控系統(tǒng)

8、：方案一、選用一片CPLD作為系統(tǒng)的核心部件。CPLD具有編程容易、資源豐富、速度快、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)、同時(shí)可利用VHDL語言進(jìn)行編寫開發(fā)。然而CPLD在控制方面卻明顯的劣與單片機(jī)，若采用此方案，勢(shì)必在控制方面遇到許多不要的難題。因此不采取該方案。方案二、采用單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心。盡管單片機(jī)在處理速度上不如CPLD，然而小車的行進(jìn)速度并不需要太快，系統(tǒng)處理信息的要求也就不是很高，單片機(jī)已經(jīng)足夠勝任。而且通過分析系統(tǒng)，智能小車的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)控制，這一點(diǎn)上單片的優(yōu)勢(shì)非常明顯：控制簡(jiǎn)單、方便、快捷。而且單片機(jī)還具有資源豐富、較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。因此，該方案

9、較為理想。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或者數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。然而電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，數(shù)字電阻的元器件價(jià)格又相對(duì)昂貴。更主要的是一般電動(dòng)機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅僅會(huì)降低效率，而且很難實(shí)現(xiàn)。因此舍去此方案方案二：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整，電路簡(jiǎn)單。但繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢而且容易損壞，壽命較短，可靠性不足。因此不采用此方案。方案三：采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的H型橋式電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使其在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下工作

10、，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。由于在管子的飽和截止模式下工作，效率相當(dāng)高，H型橋式電路保證了簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，穩(wěn)定性也由于電子管的開關(guān)速度很快的原因而很強(qiáng)，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。這種調(diào)速方式具有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無極快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。避障模塊：方案一：采用紅外線避障模塊，發(fā)光管發(fā)出紅外光，光敏接收管接收前方物體反射回來的紅外光，來判斷前方是否有障礙物、距離障礙物有多遠(yuǎn)。然而受器件特性影響，一般的紅外光電開關(guān)抗干擾能力差，受環(huán)境光影響較大，并且障礙物的

11、顏色，表面光滑程度不同，對(duì)反射回來的紅外光有影響。因此不采用此方案。方案二：采用超聲波模塊，超聲波傳感器價(jià)格低廉，而且?guī)缀醪皇芄饩€、粉塵、煙霧、電磁干擾的影響，并且顏色、表面光滑程度不同的物體對(duì)超聲波的反射幾乎為100%。用來探測(cè)前方障礙物有無、距離遠(yuǎn)近是最佳選擇。4、 硬件設(shè)計(jì)智能小車前輪左右兩側(cè)的各有一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制前輪的轉(zhuǎn)速從而達(dá)到控制，前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向的目的，后輪是一個(gè)萬向輪，用以保證小車的平衡，起支撐作用。在車前側(cè)裝上超聲波模組。當(dāng)檢測(cè)到前方有障礙物需要避開時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)停止，車身則會(huì)向右轉(zhuǎn)向，當(dāng)檢測(cè)不到前方?jīng)]有障礙物的時(shí)候，重新驅(qū)動(dòng)右輪電機(jī)，讓其繼續(xù)向前。（1） 主體設(shè)

12、計(jì)框架如圖1圖1.主體設(shè)計(jì)框架（2） 信號(hào)檢測(cè)模塊通過超聲波模組向前方發(fā)射超聲波，然后接受反射回來的超聲波，進(jìn)行運(yùn)算判斷前方是否有障礙物，距離多遠(yuǎn)。這里采用的是HC-SR04超聲波探測(cè)，原理圖如圖2，實(shí)物圖如圖3。VCC供5V電源，GND為地線，TRIG觸發(fā)控制信號(hào)輸入，ECHO回響信號(hào)輸出。圖2.HC-SR04超聲波原理圖圖3.HC-SR04芯片實(shí)物圖（3） 驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般采用H橋式驅(qū)動(dòng)電路，L293D內(nèi)部集成了H橋式驅(qū)動(dòng)電路，從而采用L293D電路來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過單片機(jī)給予L293D電路PWM信號(hào)來控制小車的速度。L293D原理圖如圖4，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖5。圖4.L293D原理

13、圖圖5.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路5、 軟件設(shè)計(jì)智能小車通過實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊傳感器的輸入信號(hào)，通過超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)避撞，把采集到的信息送到主處理器，讓小車自主的避開障礙物，其程序流圖如圖6。圖6 系統(tǒng)程序流程圖主程序代碼為：#include "STC12C5A60S2.h" /加載STC12C5A60S2頭文件/*電機(jī)控制接線定義*/sbit IN1=P15; sbit IN2=P16;sbit IN3=P11;sbit IN4=P10;sbit EN1=P13;sbit EN2=P14;extern void delay(unsigned int us);extern unsigned i

14、nt sr04getvalue(void);void gogogo(void)/小車前進(jìn) EN1=1; EN2=1; IN1=1; IN2=0; IN3=1; IN4=0;void backbackback(void) /小車后退 EN1=1; EN2=1; IN1=0; IN2=1; IN3=0; IN4=1;void stop(void) /小車停止 EN1=0; EN2=0;void turnleft(void) /小車左轉(zhuǎn) EN1=1; EN2=1; IN1=1; IN2=0; IN3=0; IN4=1;void turnright(void)/小車右轉(zhuǎn) EN1=1; EN2=1; I

15、N1=0; IN2=1; IN3=1; IN4=0;void main(void) unsigned int getdis; TMOD=0x01;while(1) getdis=sr04getvalue();/結(jié)果顯示到液晶屏 if(getdis<60) turnright(); else gogogo(); 6、 使用軟件介紹KeilKeil C51是Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)

16、的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（Vision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，Vision與Ishell分別是C51 for Windows 和for Dos 的集成開發(fā)環(huán)境(IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（.obj）

17、。目標(biāo)文件可由LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.abs）。abs文件由OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的hex 文件，以供調(diào)試器dScope51 或tScope51 使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。Stc-ispSTC-ISP 是一款單片機(jī)下載

18、編程燒錄軟件，是針對(duì)STC系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，可下載STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC單片機(jī)，使用簡(jiǎn)便，現(xiàn)已被廣泛使用。這次智能小車設(shè)計(jì)就是采用Keil進(jìn)行C程序編寫，通過STC-ISP將程序燒錄至單片機(jī)STC12C5A60S2芯片中。7、 參考文獻(xiàn)1楊武強(qiáng).機(jī)器人超聲避障控制系統(tǒng)的研究A.北京:中國石油大學(xué)碩士論文D,20072宋長(zhǎng)套.趙國象.任領(lǐng).移動(dòng)機(jī)器人超聲波避碰撞傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制. 2006,14(12):1711-1713.3王東鋒，王會(huì)良，董冠強(qiáng). 單片機(jī)C語言應(yīng)用100例M. 電子工業(yè)出版社,2009.3：145-300.4沙愛軍

19、基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)J.電子科技， 2009(11)5劉瑩煌.基于超聲波傳感器技術(shù)的智能輪式機(jī)器人避障研究與設(shè)計(jì)J.科技創(chuàng)業(yè)家,2013年11期6岳龍旺.朱敬花 基于輪式移動(dòng)平臺(tái)的新型濕式清潔機(jī)器人系統(tǒng).J.輕工機(jī)械,2013(6)7茅荊豐.張虎.李超峰.基于超聲波傳感器的風(fēng)管清掃機(jī)器人避障功能設(shè)計(jì)J. 發(fā)電與空調(diào),2014年2期8蔡卓凡.基于多超聲波傳感器避障機(jī)器人小車的設(shè)計(jì)J.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2014年5期9徐亮.室內(nèi)清掃機(jī)器人的路徑規(guī)劃研究D.中原工學(xué)院,2011年10陳立彬.動(dòng)態(tài)未知環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法研究D.哈爾濱理工大學(xué)，2007年11張亞峰.Keil C51軟件使用方法J.電子制作，2011年1期12YE JunA. real example on the united application of proteus an