基于51单片机的超声波避障小车设计-毕业论文Word文档格式.doc
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燕芳副教授
内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)
摘要
随着科学技术的飞速发展,人们对智能汽车的研究有增无已,智能车已然成为以后科学技术发展的新思路和新方向。
智能车可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作,不需要人为的操控,可应用于路面检测,科学勘探,智能温度测量等。
本设计中制作的智能小车(又称轮式机器人)是本人在综合应用了本科所学的专业知识后设计出的一台智能小车,它具有超声波测距,自动避障,同步测速等功能。
虽然超声波避障小车只是智能车领域中的冰山一角,但是它却也是智能车中一个典型的代表。
麻雀虽小五脏俱全,本次设计的超声波避障小车,用STC15单片机作为核心控制器,设计出一种可以自动避障,并能同步实现速度和距离的测量以及显示的智能小车。
避障和测距通过超声波测距模块实现,并加入光电码盘测速模块从而实现测速功能,小车驱动由L298N驱动电路完成,数据的显示用LCD1602实现。
关键词:
STC15单片机;
超声波;
避障;
测速
Ultrasonicobstacleavoidancecardesignbased
onMicroComputerUnit
Abstract
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,Peoplehaveincreasedtheresearchofsmartcar.Smartcarhasbecomethenewwayofthinkingandanewdirectionforafterthedevelopmentofscienceandtechnology.Smartcarscanbeaccordingtothepresetmodeautomaticallyinanenvironmentofoperation,withouttheneedofhumancontrol,canbeappliedtoroadtesting,scientificexploration,intelligenttemperaturemeasurement,etc.
Thispaperdiscussestheintelligentcar(alsoknownaswheeledrobot)isIaftersummarizedthemajorundergraduatecoursedesignasmartcar,ithastheultrasonicdistancemeasurement,automaticobstacleavoidance,synchronousspeed,andotherfunctions.Althoughultrasonicobstacleavoidancecarisjustthetipoftheiceberginthefieldofsmartcar,butitisalsoatypicalrepresentativeinintelligentvehicles.Thesparrowissmallall-sided,thedesignofultrasonicobstacleavoidancecar,useSTC51single-chipmicrocomputerasthecorecontroller,designakindofcanautomaticobstacleavoidance,andcanrealizethespeedanddistancemeasurementsimultaneouslyandthesmartcarshow.Obstacleavoidanceandthedistancebyultrasonicrangingmodule,andaddlightcodediscspeedmeasuringmoduleandfunctionofspeedofthecardrivebyL298Ndrivecircuitiscompleted,throughLCD1602displayofmeasureddata.
Keywords:
STC15;
Ultrasonicsensors;
avoidance;
speed
目录
摘要 I
Abstract II
1.1课题研究背景和意义 1
1.2智能汽车的发展概述 1
1.3课题研究技术要求与主要内容 2
第二章总体方案设计 4
2.1总体方案设计 4
2.1.1具体设计思路 5
2.2系统各模块的设计方案 6
2.2.1控制核心模块的选择方案论证 6
2.2.2主电路板的方案论证 6
2.2.3测距避障传感器的方案论证 7
2.2.4测速模块的选择方案论证 8
2.2.5电机驱动选择方案论证 9
2.2.6显示装置的选型方案论证 9
2.3本章小结 11
第三章硬件电路设计 12
3.1STC15单片机简介 12
3.1.1引脚说明 12
3.1.2特别管脚说明 13
3.1.3中断说明 14
3.2时钟电路和复位电路 14
3.3电源电路部分 14
3.4超声波传感器 15
3.4.1超声波测距的物理性质 15
3.4.2超声波测距的原理 15
3.4.3超声波测距过程分析 16
3.5电机驱动电路 17
3.5.1电机驱动电路分析 18
3.5.2PWMD调速分析 18
3.6LCD1602显示电路设计 19
3.6.1LCD1602显示 19
3.6.2LCD1602引脚功能说明 20
3.6.31602LCD的指令说明及时序:
20
3.7光电测速模块 22
3.8报警电路设计 23
第四章软件设计部分 24
4.1主程序的设计 24
4.2超声波测距程序设计 25
4.3避障程序设计 26
4.4PWM程序设计 27
4.5显示子程序设计 28
4.7报警程序设计 29
第五章系统调试 30
5.1概述 30
5.2各模块的调试 30
5.2.1LCD的调试 30
5.2.2光电码盘调试 31
5.2.3蜂鸣器报警调试 31
5.2.4电机及驱动调试 32
5.2.5超声波模块调试 32
总结 33
参考文献 34
附录A实物图 36
附录B源程序 38
致谢 57
III
第一章绪论
1.1课题研究背景和意义
随着21世纪的到来科学技术的发展步入了一个高速发展的阶段,智能化也普及了各个领域。
汽车作为21世纪最为热门的交通工具,其在全球的使用率达到一个较高的水平,为了满足人们的需求,汽车在产量、种类上的剧增以及行驶速度的大大提升,然而由此带来了很多问题,比如说交通拥堵、交通事故、环境污染以及能源浪费[1]。
据有关专家统计,到21世纪初,汽车排放的尾气占了大气污染的30~60%。
随着机动车的增加,尾气污染有愈演愈烈之势,由局部性转变成连续性和累积性,而各国市民则成为汽车尾气污染的直接受害者,为此解决汽车污染已迫在眉睫。
除此之外随着汽车速度的提高,发生交通意外的几率也大大的提高了。
2014年1月至10月,全国共发生道路交通事故426378起,造成87218人死亡、391752人受伤,直接财产损失20.2亿元。
交通事故严重影响人们的家庭幸福,引发相关的社会问题,我国每年交通事故致死率一直位居世界首位,各级政府都相当重视交通安全问题。
智能汽车的出现很好的解决了上述的两个问题,为此世界各国都在致力于智能汽车的研究,至今为止科学家们在智能车的研究上已经取得了很大的成果。
疲劳驾驶容易引发交通事故,从而对人身安全和财产损失造成不必要的威胁,为此科学家们设计出了自动驾驶汽车。
通过在手动驾驶的汽车上安装智能控制器也能使汽车达到自动行驶的效果,从而极大缓解了汽车驾驶员长时间踩踏油门所带来的疲劳,降低了因疲劳驾驶而引发交通事故的概率。
基于这样的背景本次课题设计了一台可以自动避障,自动减速的智能小车,小车采用STC15单片机来模拟智能汽车的智能控制器,可以说智能避障小车是未来智能汽车发展的一个雏形。
未来的智能汽车也可以通过传感器对前方的障碍物,汽车,行人等进行检测。
当靠近障碍物时汽车自动减速,当汽车跟障碍物的距离超过安全距离时进行紧急刹车。
智能汽车的功能和研究意义远不止这些,人们只有通过不断的探索和研究才能更好地发掘和利用智能汽车的价值。
1.2智能汽车的发展概述
智能汽车是一种正在研制的,集成了智能控制器,执行器和多种传感器的高科技新型汽车。
智能汽车的发展根据国际的标准可以分为两个阶段,第一个阶段是辅助驾驶阶段,第二个阶段是无人驾驶阶段[2]。
辅助驾驶阶段经过多年的发展现在已经基本成熟,辅助驾驶是指驾驶员通过汽车上安装的辅助驾驶设备来控制汽车,常见的辅助驾驶系统有车道保持辅助系统、自动泊车辅助系统、刹车辅助系统、倒车辅助系统和行车辅助系统[2]。
其中较为常见的就是倒车辅助系统(ParkingAssistSystem),倒车辅助系统,通常是用显示器以图片的形式告知驾驶员汽车和障碍物的相对位置,消除驾驶员观察不到的视野盲区,从而为驾驶者倒车泊车提供方便,消除安全隐患。
除了倒车辅助系统之外GPS定位系统是最广为人知的行车辅助驾驶系统,GPS又称为全球定位系统(GlobalPositioningSystemGPS),是美国从20世纪70年代开始研制,于1994年全面建成,具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统[3]。
自动驾驶系统的运用主要体现在无人驾驶汽车上,近年来关于无人汽车的研究屡见不鲜,目前在社会也已经出现了几款无人驾驶汽车,主要包括美国卡耐基梅隆大学的NavLab-5[4]Boss[5]智能车、谷歌公司的GoogleDriverlessCar、意大利帕尔马大学的TheARGOvehicle[6、7]联邦国防军大学的VaMP智能驾驶系统[8]等。
图1.1是谷歌研制的无人驾驶汽车。
图1.1谷歌无人驾驶汽车
1.3课题研究技术要求与主要内容
课题的技术要求:
本次课题最终要求小车能在无人操作的条件下实现自动避障,避障基于超声波测距的原理实现的,当超声波检测到小车与障碍物的距离大于40cm时,小车按照原先设定的速度正常行驶;
当超声波检测到小车与障碍物的距离小于40cm大于20cm时单片机进行PWM调速控制使得小车减速;
当超声波检测到小车和障碍物的距离小于20cm时,单片机控制蜂鸣器发声和发光二极管发声同时控制小车进行减速并转弯。
因为本次设计的小车时两轮驱动的小车,也没有安装舵机,所以小车的转弯通过控制两个车轮间的转速差实现。
课题研究的主要内容:
本次设计以超声波避障为研究对象,以自动避障为核心控制功能。
要研究内容包括:
以STC15为控制核心的智能系统的平台搭建、各个
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- 基于 51 单片机 超声波 小车 设计 毕业论文