基于单片机的盲人避障装置的设计
Software
软件2011年第32卷?第3期国际IT传媒品牌基于单片机的盲人避障装置的设计
刘延霞 谷林柱
(中国矿业大学信息与电气工程学院，徐州?221116)
摘 要：针对盲人行走过程中无法了解到前方是否存在障碍物的问题，本文设计了一种新型的基于单片机控制的盲人避障装置，且该装置带有语音提醒功能。本方案通过超声波发送接收来检测前方一段距离内是否有障碍物存在，若有，则语音提醒模块发出提醒信息。本文是在基于单片机控制的超声波测距原理的基础上，配以比较电路，来确定目标范围内障碍物的存在，相关部分附有硬件电路图、程序流程图。此装置简单实用且便携，设计在很大程度上解决了盲人行走中的安全问题。
关键词：单片机；超声波；语音提醒
中图分类号：TP368.1 文献标识码：A doi: 10.3969/j.issn.1003-6970.2011.03.031
Obstacle-Avoidance Device Design based on Single Chip for the Blind
LIU Yan-xia, GU Lin-zhu
(School of Information and Electrical Engineering.CUMT, Xuzhou 221116, China)
【Abstract】 In view of the problem that the blind can’t understand whether there are obstacles in front during walking, a new obstacle-avoidance device was designed, which is based on single-chip. In addition, it has the function of voice-reminding. It detects whether there exist obstacles within a distance in front by means of ultrasonic-sending and ultrasonic-receiving. If having, voice-reminding module will issue information to remind the blind. On the basis of the principle of ultrasonic distance measurement, this design added the comparison circuit to ascertain the existence of obstruction in the target range. In the paper, relevant hardware circuit diagram and program flow chart are introduced in detail. This device is simple, utility and portable. To a large extent, it solved the security problems during the blind’s walk-ing, which is of practical significance.
【Key words】single-chip; ultrasonic; voice-reminding
0 引言
在我们日常生活中，盲人的生活有诸多不便，其中一个就是盲人在行走过程中，无法了解到前方是否有障碍物存在，难免出现撞到障碍物的情况。以往的设计中常使用红外线探测障碍物的存在与否，但是在实际应用中，红外干扰源较多；而且在有反射光的情况下，由于光线的干扰，很容易判断失误，出现虚警。因此，有些设备在发射信号时，改进为发送一串连续的红外脉冲，然后接收反射的信号。如果接收到的红外脉冲数量超过某一门限值时，就判断障碍存在。这种方法尽管在一定程度上可以降低虚警率，但实验表明，在较强的反射光和使用电子镇流器方式的日光灯起辉时，仍很容易出现干扰现象。
为了避免使用红外线自动感知障碍设备时出现的接收设备本身主动发送信号的干扰问题，本文致力于设计一种形如耳机的简易便携装置，盲人在行走时把此装置戴在头上，该装置能够实时探测前方一段距离内是否有障碍物存在，并由语音系统发出语音提醒，可以有效地避免盲人撞到障碍物而受伤的情况发生。1 总体方案设计
探测的基本原理是：在测量范围内，由超声波发射电路向探测方向发射超声波信号，如果存在障碍物，就会把发射的信号反射回发送端。在发送端，如果收到反射回来的信号，就确认障碍物的存在。由于本设计的目的是检测短距离内（5 米）障碍物的存在，因此加入比较电路，在比较电路设定的时间内若接收端接收到反射回来的超声波，则启动语音提醒模块。
本设计是在单片机控制的超声波测距原理的基础上[1,2]，配以比较电路，得出目标范围内是否有障碍物的存在。障碍物探测原理框图如图1：
图1 探测障碍原理框图
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，其频率超过
作者简介：刘延霞（1987-)，女，硕士研究生，主要研究领域为智能检测与自动化控制；谷林柱（1987-），男，硕士研究生，主要研究领域为嵌入式系统开发。
20kHz，分横向振荡和纵向振荡两种，超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。它有折射和反射现象，且在传播过程中有衰减。利用超声波的特性，可做成各种超声波传感器，结合不同的电路，可以制成超声波仪器及装置，在通讯、医疗及家电中获得广泛应用。作为超声波传感器的材料，主要为压电晶体。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，故它分为发送器和接收器。超声波传感器有透射型、反射型两种类型，常用于报警器、接近开关、测距及材料探伤、测厚等。
本设计采用T/R-40-12小型超声波传感器作为探测前方障碍物体的检测元件，其中心频率为40Hz，由80C51发出的40KHz 脉冲信号驱动超声波传感器发送器发出40KHz 的脉冲超声波，如前方遇到有障碍物时，此超声波信号被障碍物反射回来，由接收器接收，经LM318两级放大，再经带有锁相环的音频解码芯片LM567解码，当LM567的输入信号大于25mV 时，输出端由高电平变为低电平，送80C51单片机处理。[3]
2 系统硬件设计
超声波检测障碍是一种非接触式的测量物体间距离的方法。通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波时间来计算运动物体与障碍物间的距离。对距离的测定通常采用渡越时间法，即利用超声波探头向某一方向发射出超声波，在发射的同时开始计时，当超声波在介质中碰到被测物体，就会发生反射，探头接收到反射波后立即停止计时，从而计算出发射和接收回波的时间差Δt ，继而根据超声波在介质中的传播速度C ，计算出发射点到被测物之间的距离d =C ×Δt /2。本设计是根据目标距离（5米内）反算出时间，把这个时间设为比较电路的比较参数。
2.1 超声波发射电路
本系统采用了一种基于直接数字合成 (DDS-direct Digital Frequency Synthesis)技术的超声波发射电路。超声波信号发射电路原理图如图2 所示。整个电路以单片机 C8051F020 为控制核心, 用并行输入的方式实现 AD9850 控制字的写入，并为其提供时钟脉冲。AD9850的输入时钟采
用 11MHz 的晶振，系统的分辨率为 0.0186Hz，频率范围可以从几 Hz 到几 MHz，但是整个系统的输出频率范围由后级功率放大电路中的一些时间常数决定。将单片机的 I/O 口P0连接到 AD9850的并行输入口，P6.6和 P6.7联合控制单片机AD9850的输入输出。AD9850 控制字写完之后, 便输出相应频率的方波信号 QOUT。[4]
图?2 直接数字合成技术的超声波发射电路
2.2 超声波接收电路
超声波接收电路如图4所示。它由超声波接收换能器、运算放大器、选频电路及多路选通开关等部分组成。由于回波在接收传感器经压电效应产生的电压信号是mV 级，所以接收到的回波信号必须经放大电路放大后才能由下一级的选频检测电路处理。放大电路采用MC33202D 集成运算放大器，第一级放大100倍，第二级放大10倍。选频电路由音频译码器LM567CN 实现，其5、6脚外接的电阻和电容决定了内部振荡器的中心频率f 0，f 0≈1/(1.1R 1C 1) 。当Input 端接收到的信号中有接近LM567设定的频率且具有一定幅值的回波时，LM567的输出引脚OUTPUT 由高电平变为低电平，此低电平信号被连接到STC12C5412AD 单片机的INT0引脚触发中断。STC12C5412AD 单片机在发射超声波时启动定时器，在中断产生时关闭定时器，从而得到超声波传播的时间Δt ，计算人与障碍物的距离。
超声波接收电路如图3所示：
图3 超声波接收电路
3 系统软件设计
系统软件由主程序、超声波发送子程序、中断子程序、超声波接收子程序、延时子程序、语音子程序等组成。主程序和超声波子程序的流程图分别如图4和图5所示。主程序首先在上电复位后，完成单片机及其外围功能模块的初始化，接着启动超声波的发射，在超声波发射过程中，屏蔽接收电路向单片机输入信号。同时，使能定时器T1开始计时。超声波每次发射10个周期的信号，耗时为250μs。由于超声波在发射过程中会产生余波，同时超声波发射电路与接收电路相距较近，所以发射时会有部分余波未经反射直接绕射到超声波接收器上，引起系统误差。为了避免误差，采用延迟接收的方法，在超声波发射完1ms后开放接收电路，并使能外部中断，调用延时程序，等待超声波回波。若有回波，则引起中断，调用中断服务程序，读取T1计数值，经处理后，计算出接收回波所需的时间，送比较电路，同时把计算时间送至避障子程序入口，产生相应的避障指令，提醒盲人同志根据情况避障。
图4 主程序流程图
图5 超声波子程序
部分程序代码如下[5]：
WORK: PUSH ACC
PUSH PSW
PUSH B
MOV PSW,#18H
MOV R3,45H
MOV R2,44H
MOV R1,00D
MOV R0,17D
LCALL MUL2BY2
MOV R3,#03H
MOV R2,0E8H
LCALL DIV4BY2
LCALL DIV4BY2
MOV 40H,R4
MOV A,40H
JNZ J0
MOV 40H,#0AH
J0: MOV A, R0
MOV R4, A
MOV A, R1
MOV R5, A
MOV R3, 00D
MOV R2, #100D
LCALL DIV4BY2
MOV 41H,R4
MOV A,41H
JNZ J1
MOV A,40H
SUBB A,#0AH
JNZ J1
MOV 41H,#0AH
J1: MOV A,R0
MOV R4,A
MOV A,R1
MOV R5,A
MOV R3,#00D
MOV R2,10D
LCALL DIV4BY2
MOV 42H,R4
JNZ J2
MOV A,41H
SUBB A,#0AH
JNZ J2
MOV 42H,#0AH
(下转第106页)
软件2 系统软件设计
软件设计包括单片机软件设计和LabVIEW 程序设计。软件采用模块化设计和调试。
2.1 单片机软件设计
单片机选择AT89C52，采用C 语言编程。单片机软件框图如图5所示，上位机通过串口通信向测量前端发送开始采样命令，启动测量前端进行温度测量，获得AD 量化后的数据，将这些数据传给数据处理模块。数据处理模块将接收到的数据转化成温度。处理后的用户数据被命令消息处理模块组装成消息，传入通信模块进行数据传输，命令消息处理模块还负责将对接收到得用户命令进行处理，产生相应的消息回应或设置前端的控制变量。初始化模块进行上电后初始化。
图6 LabVIEW 前面板Fig.6?the?LabVIEW?front?panel
3 结论
本文采用Multisim 设计传感器的信号调理电路，单片机AT9C52作为下位机，功能简单可靠，降低硬件成本。上位机采用LabVIEW，人机界面友好，编程简单，实现了对风机温度的监测。
参考文献
[1] 尚玉沛，石林锁，张振仁.最小二乘法在高精度温度测量中的应
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31(12)：14-18.
J2: MOV 43H,R0 POP B POP PSW POP ACC RET
4 结语
以往的设计中常使用红外线探测障碍物的存在与否[6]，但是在实际应用中，红外干扰源较多，而且在有反射光的情况下，由于光线的干扰，很容易判断失误造成虚警的现象。而本文采用超声波探测就有效地避免了上述方法的不足，具有价格合理，夜间测量不受影响，易于多目标测量和分类，分辨率好。另外本设计在编制系统软件时，考虑到超声波测距过程的“盲区”问题，在虚假反射波到来之前这段时间内禁止接收中断的发
生，避开了虚假反射波带来的干扰。本文设计的装置简单便携，具有实用价值。
参考文献
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(上接第103页)
王凯?等：基于Multisim 与LabVIEW 的通风机温度监测系统设计
2PSK系统的设计和仿真
二○一三～二○一四学年第二学期 信息科学与工程学院课程设计报告书 课程名称：通信原理 班级：电信（DB）1103 学号：201112135090 姓名：阮珊珊 指导教师：杨莘 二○一四年六月
摘要 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。然而，实际中的大多数信道（如无线信道）因具有带通特性而不能直接传送系带信号，这是因为数字基带信号往往含有丰富的低频分量。为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。在接收端通过解调器把贷通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调。通常把调制和解调过程的数字传输系统叫做数字带通传输系统。 一般来说，数字调制与模拟调制的原理基本相同，但是数字信号有离散取值的特点。因此数字调制技术有两种方法：①利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；②利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，对载波的振幅、频率和相位进行键控，即可获得ASK、FSK、PSk三种基本数字调制方式。 本次课程设计主要是运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台设计一个2PSK数字信号调制解调系统。 设计采用的是键控法进行调制。 关键字：Matlab Simulink 2P
目录 一、课程设计目的 (4) 二、课程设计时间安排 (4) 三、课程设计及要求 (4) 1.基本工作原理 (4) 1）数字通信系统 (4) 2）调制方法：键控法 (5) 3）解调方法：相干解调法 (5) 2、设计系统 (5) 1）Simulink仿真框图 (5) 2）工作原理 (6) 3）设定参数 (7) 3 .MATLAB仿真 (12) 1）波形仿真图 (12) 4）分析基带信号和已调信号的功率谱密度 (15) 5）误码率分析 (16) 四、课程设计心得体会 (19) 五、参考文献 (20)
挑战杯论文(盲人避障)
摘要 在日常生活中，盲人属于弱势群体，行动及其不方便，外出行走时需要用拐杖或类似的代替物，这样既不方便同时存在安全隐患。 本系统具有辅助盲人进行避障的功能，利用了HY-SRF05超声波模块进行超声波检测、采用ISD4004语音模块作为语音提示，结合单片机系统实现超声波测距语音报警的功能。文中对超声波测距原理、硬件电路结构和单片机软件系统等进行了论述，还对系统性能进行了可行性分析。 本系统具有成本低，可靠性强，较好便携性，安装使用方 便等优点，具有人机交互等智能化功能，为广大盲人朋友提供 了一种新型的避障辅助器材，具有一定的市场推广空间。 关键词：HY-SRF05超声波模块、ISD4004语音模块、单片机系统、智能避障
目录 摘要.................................................... I 1. 引言 (1) 2. 超声波测距基本原理 (1) 3. 系统硬件设计 (2) 3.1 系统要求 (2) 3.2 系统结构 (2) 3.3 主要器件资料 (3) 3.4 硬件电路 (8) 4.单片机程序设计 (9) 4.1程序及算法分析 (9) 4.2程序流程图 (11) 4.3程序代码 (12) 5.Proteus仿真 (18) 6.系统调试 (20) 6.1实验测试 (20) 6.2实验数据 (20) 6.3误差分析与改进 (21) 7.市场前景与开发价值 (22) 8.参考文献 (23)
盲人智能避障系统 1.引言 对于正常人来说，也许避开前方的障碍物是很自然的，但是 对于盲人来说,这就不是一件容易的事情了。本作品设计了一种 帮助盲人躲避障碍物的系统，让盲人的生活变得更加轻松。 2.超声波测距基本原理 超声波是指频率高于20khz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。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，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。 超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时
自动避障小车课程设计
单片机系统 课程设计 成绩评定表 设计课题：自动避障小车 学院名称：电气工程学院 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计地点：31-630 设计时间：
单片机系统课程设计 课程设计名称：自动避障小车 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 课程设计地点：31-630 课程设计时间：
单片机系统课程设计任务书
目录 1概述-------------------------------------------------------------- 4 1.1研究背景----------------------------------------------------- 4 1.2设计思想及基本功能------------------------------------------- 4 2总体方案设计------------------------------------------------------ 4 2.1方案论证----------------------------------------------------- 4 2.2系统框图----------------------------------------------------- 5 2.3总体方案设计------------------------------------------------- 6 3硬件电路设计------------------------------------------------------ 7 3.1电源电路----------------------------------------------------- 7 3.2晶振电路----------------------------------------------------- 8 3.3复位电路----------------------------------------------------- 8 3.4键盘电路----------------------------------------------------- 8 3.5显示电路----------------------------------------------------- 9 3.6超声波测距电路---------------------------------------------- 10 3.7舵机电路---------------------------------------------------- 11 3.8电机驱动电路------------------------------------------------ 11 3.9电机转速测量电路-------------------------------------------- 13 3.10设计PCB和腐蚀电路板--------------------------------------- 14 4系统软件设计----------------------------------------------------- 16 4.1分模块程序设计---------------------------------------------- 18 4.2主程序设计-------------------------------------------------- 20 5系统调试 ------------------------------------------------------- 20 6总结 ----------------------------------------------------------- 22参考文献：------------------------------------------------------- 23附录A硬件电路图------------------------------------------------- 24附录B 源程序 ---------------------------------------------------- 25
单片机系统设计与仿真软件
（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！） PROTEUS —单片机系统设计与仿真软件 一、Proteus 6.7 Professional 界面简介 安装完Proteus后，运行ISIS 6.7 Professional，会出现以下窗口界面: 为了方便介绍，分别对窗口内各部分进行中文说明（见上图）。下面简单 介绍各部分的功能： 1.原理图编辑窗口（The Editing Window ）:顾名思义，它是用来绘制原理图的。蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。注意，这个窗口是没有滚动条的，你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。 2.预览窗口（The Overview Window ）:它可显示两个内容，一个是：当你 在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是，当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口
中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色 的方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在它上面点击来改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。 3．模型选择工具栏( Mode Selector Toolbar )：主要模型( Main Modes )： 1*选择元件(components)(默认选择的) 2* 放置连接点 3* 放置标签(用总线时会用到) 4* 放置文本 5* 用于绘制总线 6* 用于放置子电路 7* 用于即时编辑元件参数 (先单击该图标再单击要修改的元件) 配件( Gadgets)： 1*终端接口( terminals):有VCC、地、输出、输入等接口 2* 器件引脚：用于绘制各种引脚 3* 仿真图表( gra ph ) ：用于各种分析，如Noise Analysis 4* 录音机 5* 信号发生器( generators) 6* 电压探针：使用仿真图表时要用到 7* 电流探针：使用仿真图表时要用到 8* 虚拟仪表：有示波器等 2D 图形( 2D Graphics)： 1* 画各种直线 2* 画各种方框 3* 画各种圆 4* 画各种圆弧 5* 画各种多边形 6* 画各种文本 7* 画符号 8* 画原点等 4．元件列表( The Object Selector )：用于挑选元件( components)、终端接口 ( terminals)、信号发生器 (generators)、仿真图表(graph)等。举例，当你选择"元件 (components)”，单击"P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元件后(单击了“ OK ”后)，该元件会在元件列表中显示，以后要用到该元件时，只需在元件列表中选择即可。 5．方向工具栏( Orientation Toolbar )：旋转：旋转角度只能是90 的整数倍。 翻转：完成水平翻转和垂直翻转。使用方法：先右键单击元件，再点击（左击）相应的旋
基于 单片机设计智能避障小车
单片机设计智能避障小车 摘要 利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C51单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由L298N 驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。本文首先介绍了智能车的发展前景，接着介绍了该课题设计构想，各模块电路的选择及其电路工作原理，最后对该课题的设计过程进行了总结与展望并附带各个模块的电路原理图，和本设计实物图，及完整的C语言程序。 关键词：智能小车；51单片机；L298N；红外避障；寻迹行驶 abstract Using infrared detection black and obstacles to the line and STC89C51 microcontroller as the control chip to control the speed of the electric car and steering, so as to realize the function of automatic tracking and obstacle avoidance. Which the car driven by the L298N driver circuit is completed, the speed of the microcontroller output PWM wave control. This article first introduces the development of the intelligent car prospect, then introduces the design idea, the subject selection of each module circuit and working principle of the circuit, the design process of the subject is summarized and prospect with each module circuit principle diagram, and the real figure design, and complete C language program. Key words: smart car; 51 MCU; L298N; infrared obstacle avoidance; track driving
盲人自动避障装置毕业设计
摘要 针对盲人行走过程中无法了解到前方是否存在障碍物的问题，本文设计了一种新型的基于单片机控制的盲人自动避障装置，且该装置带有语音提醒功能。本方案通过超声波的发送和接收来检测前方一段距离内是否有障碍物存在，若有，则语音提醒模块发出提醒信息。语音电路根据障碍物距离发出不同频率的报警声音，以提醒使用者。此时使用者可按下按键，报警响声中断。报警声响起时，电路板上的LED灯会亮起，以提醒路人让路。 本文所采用的主要芯片有超声波测距模块US-100,语音芯片ISD4004,音频功放TDA2822。 本装置的设计所采用的主要方法是：采用两个超声波模块进行测距，其中一个模块的超声波探头垂直向下，另一个模块的超声波探头斜向下。二者夹角为60°。由于超声波模块US-100的测距范围是：2㎝-450㎝。因而采用这样的方式进行测距，水平测距范围是0.6㎝-389㎝。采用这样的方法进行测距与只采用一个超声波模块平行进行测距相比较的优点是：（1）当前方的有坑时，也能检测出来并及时报警（2）能检测到高于地面的所有障碍物。语音芯片ISD4004可存储8分钟的录音时间，本芯片录了四段录音：当离障碍物389㎝-200㎝时播放第一段录音，当离障碍物200㎝-100㎝时播放第二段录音，当离障碍物100㎝-0㎝时播放第三段录音，当前方有坑或沟时播放第四段录音。 通过多次实物验证，能实现预期目标。 本文是在基于单片机控制的超声波测距原理的基础上，配以其他的外围电路来实现避障功能的。此装置简单实用且便携，设计在很大程度上解决了盲人行走中的安全问题。 关键字：单片机AT89S52；超声波测距US-100；语音提醒ISD4004；音频功放TDA2822
自动避障小车设计
自动避障小车 技术报告 前言 设计背景：在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。而在机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。 我们的自动避障小车就是基于这一系统开发而成的。随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。我们的自动避障小车就是自动避障机器人中的一类。自动避障小车可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。
目录 一、设计目标： (3) 二、方案设计： (4) 2.1直流调速系统 (4) 2.2检测系统 (4) 三硬件设计 (5) 3.1、SPCE061A单片机最小系统 (5) 3.1.1．SPCE061A时钟电路 (8) 3.1.2．PLL锁相环 (9) 3.1.3．看门狗Watchdog (9) 3.1.4．低电压复位（LVR） (10) 3.1.5．I/O端口 (10) 3.1.6．时基与定时器 (11) 3.1.7．SPCE061A的定时器/计数器 (11) 3.1.8．ADC、DAC (12) 3.2、超声波传感器 (12) 四软件设计 (16) 4.1软件设计各模块 (16) 4.2速度控制 (17) 4.3障碍物检测 (17) 4.4看门狗 (17) 4.5基频中断 (18)
4.6程序设计流程图 (19) 五：测试数据、测试结果分析及结论 (19) 程序附录 (21) 1．主程序： (21) 2．中断程序 (24) 3、测距程序 (28) 一、设计目标： 1.小车从无障碍地区启动前进，感应前进路线上的障碍物 后，能自动避开障碍物。 2.根据障碍物的位置选择下一步行进方向，选择左拐还是右 拐，若障碍物在左边则自动右拐，若障碍物在右边则左拐，若障碍物在正前方可任意选择左拐或者是右拐，以达到避开障碍物的目的。 3.通过利用单片机内时钟源的控制设定左拐和右拐的时间， 从而能持续前进。 4.为达到速度的可控性，需设置两个独立按键对小车进行控 速。
单片机系统设计与仿真软件
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) PROTEUS —单片机系统设计与仿真软件 一、Proteus 6.7 Professional 界面简介 安装完Proteus 后，运行ISIS 6.7 Professional，会出现以下窗口界面： 为了方便介绍，分别对窗口内各部分进行中文说明（见上图）。下面简单 介绍各部分的功能： 1．原理图编辑窗口（The Editing Window）：顾名思义，它是用来绘制原理 图的。蓝色方框内为可编辑区，元件要放到它里面。注意，这个窗口是没有滚动条的，你可用预览窗口来改变原理图的可视范围。 2．预览窗口（The Overview Window）：它可显示两个内容，一个是：当你 在元件列表中选择一个元件时，它会显示该元件的预览图；另一个是，当你的鼠标焦点落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），它会显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色
的方框里面的内容就是当前原理图窗口中显示的内容，因此，你可用鼠标在它上面点击来改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。 3．模型选择工具栏（Mode Selector Toolbar）： 主要模型（Main Modes）： 1* 选择元件（components）（默认选择的） 2* 放置连接点 3* 放置标签（用总线时会用到） 4* 放置文本 5* 用于绘制总线 6* 用于放置子电路 7* 用于即时编辑元件参数（先单击该图标再单击要修改的元件） 配件（Gadgets）： 1* 终端接口（terminals）：有VCC、地、输出、输入等接口 2* 器件引脚：用于绘制各种引脚 3* 仿真图表（graph）：用于各种分析，如Noise Analysis 4* 录音机 5* 信号发生器（generators） 6* 电压探针：使用仿真图表时要用到 7* 电流探针：使用仿真图表时要用到 8* 虚拟仪表：有示波器等 2D图形（2D Graphics）： 1* 画各种直线 2* 画各种方框 3* 画各种圆 4* 画各种圆弧 5* 画各种多边形 6* 画各种文本 7* 画符号 8* 画原点等 4．元件列表（The Object Selector）： 用于挑选元件（components）、终端接口（terminals）、信号发生器（generators）、仿真图表（graph）等。举例，当你选择“元件（components）”，单击“P”按钮会打开挑选元件对话框，选择了一个元 件后（单击了“OK”后），该元件会在元件列表中显示，以后要用到该 元件时，只需在元件列表中选择即可。 5．方向工具栏（Orientation Toolbar）：
小车自动避障与路径规划
第3章系统总体结构及工作原理 该系统主要以超声波测距为基本测距原理，并在相应的硬件和软件的支持下，达到机器人避障的效果。 3.1机器人总体硬件设计 3.1.1传感器的分布要求 为了全方位检测障物的分布状况，并及时为机器人系统提供全面的数据，可将所需的八个传感器均匀排列在机器人周围，相邻每对传感器互成45度角。为了避免相互干扰，八个传感器以程序运行周期为周期，进行循环测距。传感器排列示意图如下： 图3.1.1 传感器分布图
图3.1.2 硬件设计总体框架图 上图为支持机器人运行实用程序的硬件部分的总体设计框架图，由负责相关任务的同学提供。在超声波信号输入单片机以后，由存储在单片机中的主程序调用避障子程序，根据输入信号执行避障指令，并使相关数据返回主程序，转而提供给电机和LED显示器的驱动程序使用，最后，由电机执行转向指令，结果则显示在LED显示器上。
图3.1.3 软件总体框架图 由上图可知，本文作者负责的超声波避障程序为软件总体设计中的子程序部分。在主程序运行过程中，若调用超声波避障程序，机器人在自行轨迹规划后，将程序处理所得数据送给电机处理成立程序，控制电机动作。具体的避障程序设计将在第4章进行。 3.2超声波测距原理 测距原理：超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测
手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。[8]超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，即：[8] D=ct/2 其中D为传感器与障碍物之间的距离，以m计，c为超声波速度，这里以340m/s计，t为超声波从发送到接收的总时间，以s计。据此原理可以用超声波传感器测得的距离为避障程序提供所需的数据。[8] 第4章轨迹规划算法的实现方案 4.1轨迹规划算法的层次化设计 根据上述材料分析，可以将机器人轨迹规划算法设计分为基础控制层、行为控制层和坐标计算层，三个层次进行。 4.1.1基础控制层设计 基础控制层可定义为基本行为层，这层算法的任务是寻找目标点，并确保机器人可以顺利到达指定目标位。在确定目的地位置的情况下，为了达到上述目的，计算机必须对机器人的方位进行时实计算。应用人工势场法原理，可以将目标点设为引力极，牵引机器人运动。对此动作建立相应的模型，可以使用建立平面坐标作为虚拟势场的方法来给机器人定义方位，将机器人关于目标点的时实偏角作为虚拟引力方向，以确定机器人下一步所需转过的角度，并时实检测，是否已到达目的地，若已到达，则可认为虚拟引力此刻为0，并发出信号控制程序终止运行总体程序。 由此，可确定基础控制层所需的各参数： (1)机器人的时实坐标x, y值，由专门的坐标计算层提供，为了提高精 确度，可以采用厘米为单位制。 (2)机器人的速度v，测量后设为定值使用。 (3)周期T，直接设置为定值使用。 (4)偏转角de，可通过机器人与横坐标之间的夹角pe，减去机器人到目 标点连线与横坐标的夹角E得到。
控制系统仿真课程设计
控制系统数字仿真课程设计 1．课程设计应达到的目的 1、通过Matlab仿真熟悉课程设计的基本流程； 2、掌握控制系统的数学建模及传递函数的构造； 3、掌握控制系统性能的根轨迹分析； 4、学会分析系统的性能指标； 2．课程设计题目及要求 设计要求 1、进行系统总体设计，画出原理框图。（按给出的形式，自行构造数学模型，构造成1 个零点，三个极点的三阶系统，主导极点是一对共轭复根） G（s）=10(s+2)/(s+1)(s2+2s+6) 2、构造系统传递函数，利用MATLAB绘画系统的开环和闭环零极点图；(分别得 到闭环和开环的零极点图)参考课本P149页例题4-30 clear; num = [10,20]; den =[1 3 8 6]; pzmap(num,den) 3、利用MATLAB绘画根轨迹图，分析系统随着根轨迹增益变化的性能。并估算超 调量=16.3%时的K值（计算得到）。参考课本P149页例题4-31 clear num=[10,20]; den=[1 3 8 6]; sys=tf(num,den); rlocus(sys) hold on jjx(sys); s=jjx(sys); [k,Wcg]=imwk(sys)
set(findobj('marker','x'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); set(findobj('marker','o'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); function s=jjx(sys) sys=tf(sys); num=sys.num{1}; den=sys.den{1}; p=roots(den); z=roots(num); n=length(p); m=length(z); if n>m s=(sum(p)-sum(z))/(n-m) sd=[]; if nargout<1 for i=1:n-m sd=[sd,s] end sysa=zpk([],sd,1); hold on; [r,k]=rlocus(sysa); for i=1:n-m plot(real(r(i,:)),imag(r(i,:)),'k:'); end end else disp; s=[]; end function [k,wcg]=imwk(sys) sys=tf(sys) num=sys.num{1} den=sys.den{1}; asys=allmargin(sys); wcg=asys.GMFrequency; k=asys. GainMargin;
基于单片机的自动避障小车设计和实现
工业应用技术学院 本科生毕业设计 题目：基于单片机的自动避障小车设计与实现指导教师：职称：讲师 学生：周红宇学号：1102120515 专业：电气工程及其自动化 院（系）：机电工程学院 答辩日期：年月日 2015年月日
摘要 智能小车是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人，主要是在自动化控制领域，它具有制作成本低，电路结构简单，程序调试方便等优点，具有很强的趣味性。智能小车深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱。 该设计利用单片机STC89C52RC作为主控芯片，该芯片是一种高速、低功耗、抗干扰能力强的芯片，其最高时钟工作频率为48MHz，用户应用程序空间为8K。能够满足程序空间需要。驱动采用L298N驱动芯片，它是一种双全桥步进电机专用芯片，通过对其输入端的控制可以实现小车的启动、转向、停止等动作。为节省成本，小车由两个直流减速电机加一个万向轮构成，并采用后轮驱动。采用了E18-D50NK红外光电开关组成的避障传感器来避障。由于采用了6节干电池供电使系统的抗干扰性得到加强。充分利用STC89C52的系统资源，使智能小车完美的实现了障碍物检测、避开障碍物自动巡航等功能。经实践验收测试，该智能小车的电路结构简单，调试方便，系统反映快速、灵活，设计方案正确、可行，各项指标稳定、可靠。 本文首先介绍了智能车的发展前景，接着介绍了该课题设计构想，各模块电路的选择及其电路工作原理，最后对该课题的设计过程进行了总结与展望,并附带各个模块的电路原理图和本设计实物图及完整的C语言程序。 关键词：智能小车单片机避障红外线
Abstract Smart car is a small robot to accomplish specific tasks by programming, mainly in the field of automation control, it has low production cost, simple circuit structure, debugging convenient, has the very strong interest. Smart car robot lovers as well as by the majority of College students. This design uses STC89C52RC micro controller as the main control chip, the chip is a chip of high speed, low power consumption, strong anti-interference ability, and the maximum clock frequency is 48MHz, the user application space for 8K. To meet the needs of the space program. Driven by the L298N drive chip, it is a kind of dual full bridge stepper motor dedicated chip, the input end of the control can realize the car start, stop, turn. In order to save costs, the car by two DC motor and a universal wheel, and the rear wheel drive. The obstacle avoidance sensor E18-D50NK infrared photoelectric switch to obstacle avoidance. Due to the adoption of the 6 battery supplies power to the anti-interference of the system has been strengthened. To make full use of the system resources of STC89C52, the perfect realization of the intelligent vehicle obstacle detection, obstacle avoidance automatic cruise function. Through the practice of acceptance testing, circuit structure of the smart car is simple, convenient debugging, the system to reflect the rapid, flexible, the design scheme is correct and feasible, stable, reliable indicators. This paper first introduces the development prospects of the smart car, and then introduces the design idea, working principle and circuit of each module circuit, the design process of the project are summarized and prospects, with each module circuit diagram and the design of the physical map and the integrity of the C language program. Keywords: Smart Cars Single-chip Obstacle Avoidance Infrared
自动避障小车课程教学设计
单片机系统课程设计 成绩评定表 设计课题：自动避障小车 学院名称：电气工程学院 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计地点：31-630 设计时间：
单片机系统课程设计 课程设计名称：自动避障小车 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 课程设计地点：31-630
课程设计时间： 单片机系统课程设计任务书
目录 1概述 ----------------------------------------------------------------------- 4 1.1研究背景------------------------------------------------------------- 4 1.2设计思想及基本功能 ------------------------------------------------- 4 2总体方案设计 -------------------------------------------------------------- 5 2.1方案论证------------------------------------------------------------- 4 2.2系统框图------------------------------------------------------------- 5 2.3总体方案设计 -------------------------------------------------------- 6 3硬件电路设计 -------------------------------------------------------------- 7 3.1电源电路------------------------------------------------------------- 9 3.2晶振电路------------------------------------------------------------ 10 3.3复位电路------------------------------------------------------------ 10 3.4键盘电路------------------------------------------------------------ 10 3.5显示电路------------------------------------------------------------ 10 3.6超声波测距电路----------------------------------------------------- 12 3.7舵机电路------------------------------------------------------------ 13 3.8电机驱动电路 ------------------------------------------------------- 13 3.9电机转速测量电路--------------------------------------------------- 15
基于matlab的4FSK系统设计仿真
课程设计任务书 课程名称：专业课程设计 题目：基于matlab的4FSK系统设计仿真学院：电子系系：信息工程学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师：职称： 学院审核（签名）： 审核日期：
一、设计基本原理与系统框图 以前学过2FSK信号的产生，知道它有两种方法：调频法和开关法，前者是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能输出两个不同频率的码元；后者是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出。2FSK键控法调频原理图如下： 这里我们要研究的是4FSK信号，是采用第二种方法得到的，即用基带四进制信号去键控四个频率不同的载波，就可以得到四进制频移键控信号，其中4FSK是采用四个不同的频率分别表示四进制的的四个码元00、01、10、11，每个码元都含有2bit的信息，其波形如图1-1所示，这时仍和2FSK时的条件相同，即要求每个载频之间的距离足够大，使不同频率的码元频谱能够用滤波器分离开，或者说使不同频率的码元相互正交。4FSK调制原理如下： 传“0”信号(或00)时，发送频率为f1的载波；传“1”信号(或10)时，发送频率为f2的载波；传“2”信号(或11)时，发送频率为f3的载波；传“3”信号(或01)时，发送频率为f4的载波。
系统方框图如图1-2所示 二、 各单元电路图设计 本次系统设计大致可分为四大模块：㈠晶体振荡器与信源共用，位于信源单元；㈡多级分频电路；㈢4FSK 调制中的逻辑电路单元；㈣二进制基带信号的串/并转换模块。 ㈠ 、 信源单元电路 晶振 4FSK 调制 串/并转换 NRZ 图1-2系统方框图 ÷2 ÷2 ÷2 滤波器 滤波器 滤波器 4FSK 1f 2 f 4f 3 f 图1-1 4FSK 信号波形
(整理)基于单片机的盲人蔽障器设计
基于单片机的盲人避障器摘要：由于盲人在走路的时候没有办法知道前方有没有危险，这个问题给他们的生活带来了很多的不方便。针对这类问题本文设计了一个由单片机控制的盲人避障器，这个器件装置具有语音提醒和报警的功能。该方案的原理是探测前方一定范围内没有任何障碍，根据发送和接收超声波如果有，那么语音提示模块可以发出声音，按钮可以播放的距离。当距离达到10cm时，蜂鸣器会报警提醒，如果有障碍物快速靠近的时候语音会发出“危险请躲避”的声音。 关键词：AT89S52 HY-SRF05 语音芯片ISD1420 Blind avoidance device based on micorocontroller Abstract: Since there is no way to know ahead the Blind whether there are obstacles in the process of walking,this issue has brought to their lives a lot of inconvenience.For this problem ,a obstacle-avoidance device was designed,which is based on principle of the program is based on transmitting and receiving ultrasonic probe to the front there exists a range of obstacles.If having,then the voice will sound to remind module, After pressing the button,it can broadcast the distance,when the distance is less than 10cm,Buzzer will alarm to remind,If there is an obstacle when approaching
智能循迹避障小车方案设计书
封面
作者：PanHongliang 仅供个人学习 目录 摘要………………………………………………………………………………………2 ABSTRACT………………………………………………………………………………
…2 第一章绪论 (3) 1.1智能小车的意义和作用 (3) 1.2智能小车的现状 (3) 第二章方案设计与论证 (4) 2.1 主控系统 (4) 2.2 电机驱动模块 (4) 2.3 循迹模块 (6) 2.4 避障模块 (7) 2.5 机械系统 (7) 2.6电源模块 (8) 第三章硬件设计 (8) 3.1总体设计 (8) 3.2驱动电路 (9) 3.3信号检测模块 (10) 3.4主控电路 (11) 第四章软件设计 (12) 4.1主程序模块 (12) 4.2电机驱动程序 (12) 4.3循迹模
块 (13) 4.4避障模块 (15) 第五章制作安装与调试 (18) 结束语 (18) 致谢……………………………………………………………………………………… 19 参考文献 (19) 智能循迹避障小车 摘要：利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由 L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。 关键词：智能小车；STC89C52单片机； L298N；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Abstract：Based infrared detection of black lines and theroad obstacles, and use a STC89C52 MCU as the controlling core for the speed and direction, A electronic drived, which can automatic track and avoid the obstacle, was designed and fabricated. In which, the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52. Keywords: Smart Car。STC89C52 MCU。L298N。Infrared Emitting Diode 第一章绪论 1.1智能小车的意义和作用 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。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。 随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视