一种基于超声波的避障小车

摘要

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, 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的应用。

针对一种基于光电寻迹、超声波和光电接近开关的避障小车，通过对整体方案、电路、算法、调试、车辆参数的介绍，详尽地阐述移动机器人通过传感器系统感知外界环境和自身状态, 在复杂的环境中自主移动并完成相应的任务。超声波传感器以其独有的特征而被青睐。本文利用两个超声波传感器对障碍物进行定位, 从而使机器人顺利到达结构化环境中的目标。

该智能小车系统涉及计算机控制技术、路径识别、传感技术、电子设计、程序设计、机械设计等多个学科，在全国ROBOCUP机器人大赛中取得了优异的成绩，磨练我们的知识融合和实践动手能力的培养。

在此感谢学校学院的大力支持及指导老师悉心的教导。

第一章总体方案

本章主要简要地介绍系统总体方案的选定和总体设计思路，在后面的章节中将整个系统分为机械结构、控制模块、控制算法等三部分对智能车控制系统进行深入的介绍分析。

1.1 需求分析

设计一种基于光电寻迹的小车移动平台，借助超声波传感器、光电接近开关传感器的使用满足在一定的复杂的环境中自主寻迹移动、避障任务。

1.2 总体设计

通过学习和研究相关技术资料了解到，路径识别模块是系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣，因此确定路径识别模块的类型是决定系统总体方案的关键。

前能够用于智能车辆路径识别的传感器主要有光电传感器和CCD/CMOS传感器。光电传感器寻迹方案的优点是电路简单、信号处理速度快，但是其前瞻距离有限；CCD摄像头寻迹方案的优点则是可以更远更早地感知赛道的变化，但是信号处理却比较复杂，如何对摄像头记录的图像进行处理和识别，加快处理速度是摄像头方案的难点之一。在比较了两种传感器优劣之后，考虑到CCD传感器图像处理的困难后，决定选用应用广泛的光电传感器，相信通过选用大前瞻的光电传感器，加之精简的程序控制和较快的信息处理速度，光电传感器还是可以极好的控制效果的。

避障模块采用光电接近开关、超声波传感器配合使用检测地面突

起、不可穿越的障碍。优点是价格相对便宜，在满足系统的要求下具有较高的精度，能很好判断是否是地面突起或不可穿越的障碍。

1.3总体方案

系统采用ATMEL的8位微控制器ATmega128单片机作为核心控

制单元用于智能车系统的控制。在选定智能车系统采用光电传感器、超声波-光电接近开关避障方案后，路径信号经ATmega128 MCU的I/O 口输入处理后，用于赛车的运动控制决策，内部定时器T0模块发出PWM波，驱动直流电机对智能车进行加速、减速、转向控制，驱动伺服电机，使赛车能够自主行驶。系统总体方框图如图1.2。

图1.2系统总体方框图

根据系统方案设计，系统包括以下模块：ATmegal28主控模块、路径检测模块、电源模块、电机驱动模块、超声波避障模块、辅助调试模块等。各模块的作用如下：

ATmegal28主控模块，作为整个智能车的“大脑”，将采集光电传感器、超声波等传感器的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机和伺服电机完成对智能车的控制。

路径检测模块，是智能车的“眼睛”，可以通过一定的前瞻性，

提前感知前方的赛道信息，为智能车的“大脑”做出决策提供必要的依据和充足的反应时间。

电源模块，为整个系统提供合适而又稳定的电源。

电机驱动模块，驱动直流电机和伺服电机完成智能车的加减速控制和转向控制。

辅助调试模块主要用于智能车系统的功能调试、赛车状态监控等方面。

第二章硬件方案

根据总体方案设计，对机械结构的要求是：简单而高效，在不断的尝试后确定了以下的设计方案:

图2.1 智能车器件布局图

2.1智能车后轮减速齿轮机构调整

模型车后轮采用RS-380SH 电机驱动，电机轴与后轮轴之间的传

动比为18：76（电机轴齿轮齿数为18，后轴传动齿数为76）。齿轮传动机构对车模的驱动能力有很大的影响。齿轮传动部分安装位置的不恰当，会大大增加电机驱动后轮的负载，会严重影响最终成绩。调整的原则是：两传动齿轮轴保持平行, 齿轮间的配合间隙要合适，过松容易打坏齿轮，过紧又会增加传动阻力，浪费动力；传动部分要轻松、顺畅，不能有迟滞或周期性振动的现象。判断齿轮传动是否良好的依据是，听一下电机带动后轮空转时的声音。声音刺耳响亮，说明齿轮间的配合间隙过大，传动中有撞齿现象；声音闷而且有迟滞，则说明齿轮间的配合间隙过小，或者两齿轮轴不平行，电机负载变大。调整好的齿轮传动噪音很小，并且不会有碰撞类的杂音，后轮减速齿轮机构就基本上调整好了，动力传递十分流畅。

2.2 其它机械结构的调整

另外，在模型车的机械结构方面还有很多可以改进的地方，比如说车轮、悬架、底盘、车身高度等。

此外，我们还对模型车的前后悬架弹簧的预紧力进行调节，选用不同弹性系统的弹簧等方法进行了改进，并且对车身高度，以及底盘的形状和质量、后轮的轮距等，都进行了相应的改进和调整，均取得了不错效果。

2.3 主控板设计

2.3.1 电源管理模块

图2.2 电源管理模块原理图

电源模块对于一个控制系统来说极其重要，关系到整个系统是否能够正常工作，因此在设计控制系统时应选好合适的电源。

采用7.2V 2000mAh Ni-cd供电，而单片机系统、路径识别的光电传感器、光电码编码器等均需要5V电源，伺服电机工作电压范围4V 到6V（为提高伺服电机响应速度，采用7.2V 供电），直流电机可以使用7.2V 2000mAh Ni-cd蓄电池直接供电，智能车电压调节电路示例见图3。

5V电源模块用于为单片机系统、传感器模块等供电。常用的电源有串联型线性稳压电源（LM2940、7805等）和开关型稳压电源（LM2596、LM2575等）两大类。前者具有纹波小、电路结构简单的优点，但是效率较低，功耗大；后者功耗小，效率高，但电路却比较复杂，电路的纹波大。对于单片机，需要提供稳定的5V电源，由于LM2940的稳压的线性度非常好，所以选用LM2940-5单独对其进行供电；而其它模块则需要通过较大的电流，而LM2596-5，转换效率高，

带载能力大，缺点是其纹波电压大，不适合做单片机电源，不过对其它模块供电还是能保证充电的电源。利用LM2940-5和LM2596-5对控制系统和执行部分开供电，可以有效地防止各器件之间发生干扰，以及电流不足的问题，使得系统能够稳定地工作

2.3.2 电机驱动模块

图2.3 电机驱动模块原理图

电机驱动采用33886作为驱动芯片，MCU通过IN1引脚输入PWM 波，以调节33886的DNC口的输出电压,调节电机转速的快慢，并且在IN2口输入电压以调节电机的反转和制动功能。

2.3.3 主控板设计

图2.4 MC9S12DG128主控板电路图

智能车系统以ATmega128为控制核心，单片机在控制系统所需要使用的管脚如下，主要包括了传感器控制与检测部分、电机驱动部分、ECT部分、调试接口以及其它常用电路的接口等。

2.3.4 接口模块

图2.5 接口模块原理图

接口模块的作用即外部设备单片机的接口，分别有电机接口，转向主舵机接口，伺服电机接口，电源接口。

2.3.5 信号采集模块

超声波避障小车开题报告

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文）设计题目：超声波避障小车院系：电气学院自动化测试与控制系班级：设计者：学号：指导教师：周庆东设计时间：9.2~9.13 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书

*注：此任务书由课程设计指导教师填

开题报告 1立项依据 1.1立项目的（1）设计一辆利用超声波传感器来实现避障功能的小车，使小车对其运动方向受到的阻碍作出各种躲避障碍的动作。（2）进一步学习单片机原理及其应用，提高程序的编写能力。（3）掌握单片机系统外扩器件的连接与使用，了解超声波传感器的工作原理。（4）掌握软件和硬件调试的基本技巧与方法。 1.2立项意义在当今社会，汽车成为了越来越普遍，人们不可缺少的交通工具。但汽车的不断增加，随之而来就是越来越多的交通事故。交通事故成为了现在越来越严重的安全隐患。所以随着汽车工业的快速发展，我们必须加强对汽车安全性能的考虑。所以，智能汽车概念应运而生，他既是汽车产业的机遇也是汽车产业的挑战。汽车的智能化必将是未来汽车产业发展的趋势，在这样的背景下，我们开展了基于超声波的智能小车的避障研究。超声波作为智能车避障的一种重要手段，以其避障实现方便，计算简单，易于做到实时控制，测量精度也能达到实用的要求，在未来汽车智能化进程中必将得到广泛应用。我国作为一个世界大国，在高科技领域也必须占据一席之地，未来汽车的智能化是汽车产业发展必然的，在这种情况下研究超声波在智能车避障上的应用具有深远意义，这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科技领域占据领先地位具有重要作用。 2主要设计内容及方案 2.1总体方案系统采用51单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制,在超声波检测到障碍物之后,主控芯片根据距离值控制直流电机的转动,在与障碍物距离较大的情况下，快速前进，在与障碍物距离较小但还未到达临界转弯方向值的时候，慢速前进。在与障碍物距离很近需要转向避障时，方案上将尝试进行转向，来进行避障。 2.2设计原理该智能车系统可分为三个主要模块：单片机主控核心模块，传感器避障模块，电机驱动模块。系统主要原理是：通过超声波避障模块（即感测模块）实时监测路面情况并及时传输给单片机。由单片机主控核心模块根据感测模块给予的信息控制小车两电机转动工作状态。电机驱动模块驱动两电机转动，实现前进或者左、右转。

智能超声波避障小车地设计与制作

江阴职业技术学院项目设计报告项目：超声波避障小车的设计与制作专业学生姓名班级学号指导教师完成日期

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，它具有制作成本低廉，电路结构简单，程序调试方便等优点。由于具有很强的趣味性，智能小车深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱。本论文介绍的是具有自动避障功能的智能小车的设计与制作（以下简称智能小车），论文对智能小车的方案选择，设计思路，以及软硬件的功能和工作原理进行了详细的分析和论述。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。

Abstract Smart cars can be programmed to perform a specific task means the miniaturization of robot, it has to make cost is low, circuit simple structure, convenient program test. Because of it has strong interest, intelligent robot car favored by the majority of the university students' enthusiasts and love. This paper introduces the is a automatic obstacle avoidance function of intelligent car design and production (hereinafter referred to as the smart car), the thesis to the intelligence of the car scheme selection, design idea, and the implementation of hardware and software function and working principle of a detailed analysis and discusses. After practice acceptance test, this intelligent car circuit structure is simple, convenient debug, fast, flexible system reflect, correct and feasible design scheme, each index is steady and reliable.

红外避障小车讲解

目的：本毕业设计是红外蔽障小车的设计，通过设计使学生系统的熟悉和掌握单片机控制系统设计方面的内容体系、开发流程和程序设计，培养学生具有综合运用所学的理论知识去开拓创新及解决实际问题的能力。培养学生掌握设计题的思想和方法，树立严肃认真的工作作风、培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术文献的能力。同时是为了掌握电路设计的方法和技巧。如何将学习到的理论知识运用到实际当中去，怎样能够活学活用，深入的了解电子元器件的使用方法，了解各种元器件的基本用途和方法，能够灵活敏捷的判断电路中出现的故障，学会独立设计电路，积累更多的设计经验，加强焊接能力和技巧，完成基本的要求。并能完美的完成这次实训。目录一、任务书...............................P1 二、引言..............................P2 二、要求与发挥...........................P4 三、设计摘要.............................P6 四、模块方案比较.......................P7 1.避障模块 2.驱动模块

3.控制模块五、程序设计.........................P9 1.程序流程图 2.程序编写六、工作原理.........................P13 七、结论............................P13 八、参考文献........................P14 九、毕业设计（论文）成绩评定表.....P15 任务：利用单片机、红外实现避障，要求具有下述功能： 1.小车前进可以避开（前、左、右）20cm的障碍物； 2.实现下车前进时，不碰障碍物； 3.具有声音播报功能。引言随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器、A/D转换器、D/A转换器等多种电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展，目前人

超声波避障小车论文

河南科技学院新科学院2012届本科毕业论文智能小车运动控制技术研究学生姓名：xxx 所在院系：新科学院信工系所学专业：计算机科学与技术导师姓名：xxx 完成时间：2012年5 月5日

智能小车运动控制技术研究摘要本系统采用STC89C52单片机为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，然后把数据传送给单片机，当超声波检测到距离小车前方20CM有障碍物时单片机就发出指令让小车左转一定角度，然后停止运行继续探测.如果前方20CM没有障碍物就直走，否则继续左转一定角度。如此通过超声波不断的循环检测周边环境的情况进行自动避障。该系统在驱动方面采用L298驱动4个直流电机带动小车运行。并且，用PWM系统调速,控制小车前进的速度。关键词：STC89C52，PWM调速，电动小车，超声波 I

SMART CAR MOTION CONTROL TECHNOLOGY Abstract The system uses STC89C52 single chip to control the core,The use of ultrasonic sensors to detect road obstacles,Then send data to the microcontroller,When ultrasonic testing to distance the car in front of 20CM there is an obstacle, the microcontroller issued a directive to allow the car to turn left at an angle,Then stop the run to continue detection,If the front 20CM there are no obstructions on the straight,Otherwise, continue to turn left at an angle,So by the ultrasonic continuous loop to detect the surrounding environment, the automatic obstacle avoidance,This system L298 drive 4 DC motors to drive the car running in the drive,And speed control of the PWM system to control the forward speed of the car. Keywords:STC89C52;PWM control;electric car; ultrasonic II

超声波避障小车程序设计

/****************************************************************************** *****************************/ //5路超声波避障实验：51单片机 + HC-SR04超声波 // /******************************************************************************************* ****************/ #include //器件配置文件 #include #define RX1 P3_6 //小车左侧超声波HC-SR04接收端 #define TX1 P1_7 //发送端 #define RX2 P3_3 //左前方超声波 #define TX2 P0_2 #define RX3 P2_4 //正前方超声波 #define TX3 P2_5 #define RX4 P3_5 //右前方超声波 #define TX4 P3_4 #define RX5 P3_7 //右侧超声波 #define TX5 P1_6 #define Left_moto_pwm P1_5 //PWM信号端 #define Right_moto_pwm P1_4 //PWM信号端 //定义小车驱动模块输入IO口 sbit IN1=P1^0; sbit IN2=P1^1; sbit IN3=P1^2; sbit IN4=P1^3; sbit EN1=P1^4; sbit EN2=P1^5; bit Right_moto_stop=1; bit Left_moto_stop =1; #define Left_moto_go {IN1=0,IN2=1,EN1=1;} //左电机向前走 #define Left_moto_back {IN1=1,IN2=0,EN1=1;} //左边电机向后走 #define Left_moto_Stop {EN1=0;} //左边电机停转 #define Right_moto_go {IN3=1,IN4=0,EN2=1;} //右边电机向前走 #define Right_moto_back {IN3=0,IN4=1,EN2=1;} //右边电机向后走 #define Right_moto_Stop {EN2=0;} //右边电机停转 unsigned char pwm_val_left =0;//变量定义 unsigned char push_val_left =0;// 左电机占空比N/20 unsigned char pwm_val_right =0; unsigned char push_val_right=0;// 右电机占空比N/20 unsigned int time=0; unsigned int timer=0; unsigned long S1=0; unsigned long S2=0; unsigned long S3=0; unsigned long S4=0;

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。

基于51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

毕业论文：智能避障小车

毕业论文：智能避障小车摘要避障是智能小车应具备的基本功能之一以P89C51RA芯片为核心采集前方障碍信息并对智能小车进行控制选用红外避障传感器检测智能小车前方的障碍物设计了智能小车的自动避障系统并阐述其工作原理该系统设计简单成本低实时性好在室环境中取得了预期的实验结果使智能小车无碰撞到达目的地关键词P89C51RA智能红外避障传感器 Abstract The obstacle avoidance is one of the main functions that an independently intelligent carriage should be provided Use the P89C51RA as a key component collecting the environmental information and controlling the intelligent carriage a kind of obstacle avoidance system of intelligent carriage is designed In this system infrared obstacle avoidance sensors are used to detect the barrieswhich are front of distance between the intelligent carriage and the barriers The systems design is simple and has lower cost and better real time features And at the same time this system has obtained anticipated experimental results in the indoor environment That is the intelligent carriage can arrive at the destination without any collision Keywords P89C51RA intelligent infrared obstacle avoidance sensors

超声波避障小车设计

Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文）设计题目：超声波避障小车院系：电气工程及自动化班级： 1 21 设计者：张佳炜学号： 11 0316 指导教师：周庆东设计时间： .09.14- .09.25 哈尔滨工业大学

课程设计考核表题目：超声波避障小车学生姓名：张佳炜班级： 1 21 学号： 11 0316 实验部分考核总结报告评分总成绩：指导教师签字：

哈尔滨工业大学课程设计任务书

智能超声波避障小车

智能超声波避障小车：班级：学号：

目录摘要 (3) 一、总体方案概述 (3) 二、总体电路原理图 (3) 三、各模块功能介绍 (4) （一）、超声波测距模块 (4) （二）、步进电机控制模块 (5) （三）、单片机控制模块 (6) 四、系统软件设计 (6) 五、应用前景 (7) 六、参考文献 (8)

摘要：现今发达的交通在给人们带来便捷的同时也带来了许多的交通事故。发生交通事故的因素有很多。当然，如果我们的汽车能够更加智能，就是说事先能预测并显示前面障碍物离车的距离，当障碍物距离很近时汽车会自动采取一些措施避开障碍物，这样就能够在很大程度上避免这些事故的发生。在本论文中，我们将会看到能够实现这一功能的智能小车。关键字：超声波、测量、避障、单片机一、总体方案概述本小车使用一台AT89S51单片机作为主控芯片，它通过超声波测距来获取小车距离障碍物的距离，并且用数码管实时的显示出来，在小车与障碍物的距离小于安全距离（用软件设定）时，小车会发出“在距您车前方x（数码显示的实时距离）米的地方有一障碍物，请您注意避让”的语音提示，并且拐弯，以避开障碍物，同时会点亮相应侧边的发光二极管作为提示信号。在避开障碍物后，小车会沿直线前进。本系统设计的简易智能小车分为几个模块：单片机控制系统、超声波路面检测系统、前进、转弯控制电机以及方向指示灯系统。它们之间的相互关系如下图1所示。二、总体电路原理图图1：智能小车简要原理框架图

三、各模块功能介绍（一）、超声波测距模块首先利用单片机输出一个40kHz的触发信号，把触发信号通过TRIG管脚输入到超声波测距模块，再由超声波测距模块的发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时单片机通过软件开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物返回，超声波测距模块的接收器收到反射波后通过产生一个回应信号并通过ECHO脚反馈给单片机，此时单片机就立即停止计时。时序图如图1所示。由于超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离，即：S=VT/2，通过单片机来算出距离。图1：超声波模块时序图

超声波避障小车设计

Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文）设计题目：超声波避障小车院系：电气工程及自动化班级：1201121 设计者：张佳炜学号：1120110316 指导教师：周庆东设计时间：2012.09.14-2012.09.25 哈尔滨工业大学

课程设计考核表题目：超声波避障小车学生姓名：张佳炜班级：1201121 学号：1120110316 实验部分考核总结报告评分总成绩：指导教师签字：

哈尔滨工业大学课程设计任务书

开题报告 1立项依据 1.1立项目的（1）设计一辆利用超声波传感器来实现避障功能的小车，使小车对其运动方向受到的阻碍作出各种躲避障碍的动作。（2）深入学习单片机原理及其应用，提高程序的编写能力。（3）掌握单片机系统外围电路的设计，了解超声波传感器的工作原理。（4）掌握软件和硬件调试的基本技巧与方法。 1.2立项意义汽车作为人们不可缺少的交通工具，给人类带来了极大的便利，但随着汽车的量越来越多，交通事故也越来越多。交通事故成为了现在越来越严重的安全隐患。我们必须加强对汽车安全性能的考虑。随着电子技术、信息技术、网络技术的发展，智能汽车概念应运而生，将电子信息网络和汽车接合起来实现汽车的智能化，是传统汽车产业的机遇也是的挑战。汽车的智能化必将是未来汽车产业发展的趋势，在这样的背景下，我们开展了基于超声波的智能小车的避障研究。超声波具有穿透力强、方向性好、操作简单、方便、快速和安全等的特点，在很多领域有着广泛的应用前景。超声波作为智能车避障的传感信号，以其避障实现方便，计算简单，易于做到实时控制，测量精度也能达到实用的要求，在未来汽车智能化进程中必将得到广泛应用。作为一个发展大国，应该把握未来汽车产业发展的方向，在这种情况下研究超声波在智能车避障上的应用具有深远意义，这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科技领域占据领先地位具有重要作用。 2主要设计内容及方案 2.1总体方案系统采用51单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制,在超声波检测到障碍物之后,主控芯片根据距离值控制直流电机的转动,在与障碍物距离较大的情况下，快速前进，在与障碍物距离较小但还未到达临界转弯方向值的时候，慢速前进。在与障碍物距离很近需要转向避障时，方案上将尝试进行转向，来进行避障。 2.2设计原理该智能车系统可分为三个主要模块：单片机主控核心模块，传感器避障模块，电机驱动模块。系统主要原理是：通过超声波避障模块（即感测模块）实时监测路面情况并及

超声波避障技术设计说明

南京理工大学毕业设计说明书(论文) 作者 : 薛玉洁号： 6 教学点 : 工业职业技术学院专业 : 电子工程题目 : 超声波在小车避障技术的应用设计指导者： (姓名) (专业技术职务) 评阅者： (姓名) (专业技术职务) 倪瑛副教授副教授戴娟

2013 年 5 月毕业设计说明书（论文）中文摘要

毕业设计说明书（论文）外文摘要

目次 1 引言 (1) 1.1 研究背景与意义 (1) 2 超声波的避障技术 (4) 2.1 小车的避障技术 (4) 2.2 超声波的传播特性 (5) 2.3 超声波测距技术 (5) 2.4 基于单片机的超声波测距系统 (6) 2.5 超声波的衰减 (6) 3 超声波避障系统硬件设计 (8) 3.1 方案概述 (8) 3.2 方案设计 (8) 3.3 元器件介绍 (9) 3.4 超声波发射系统电路 (16) 3.5 超声波接收系统电路 (16) 3.6 相关软件、电路模块和器件清单。 (17) 4 超声波避障系统的软件设计 (19) 4.1 直流电机控制软件设计 (19) 4.2 超声波测距模块软件设计 (19) 4.3 超声波避障技术软件设计 (21) 4.4 软件与硬件的整合软件与硬件的整合 (22) 5 超声波避障系统调试 (23) 5.1 调试过程 (23) 5.2 问题分析 (26) 5.3 误差分析 (26) 致 (29) 参考文献 (30)

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。

超声波测距及红外避障小车的设计

超声波测距及红外避障小车的设计发表时间：2018-06-11T11:51:58.193Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：赵勇柳青张腾文 [导读] 摘要：介绍一种超声波测距及红外避障小车的设计，根据功能需求，进行系统方案设计，进而进行系统模块设计。（沈阳理工大学信息科学与工程学院辽宁沈阳 110159）摘要：介绍一种超声波测距及红外避障小车的设计，根据功能需求，进行系统方案设计，进而进行系统模块设计。本小车将超声波测距和红外避障结合起来，增加了系统的可实现性。关键词：超声波测距；红外避障；小车；设计概论在当今世界，复杂的环境不断对科技提出越来越高的要求，要求我们探寻更为合适的技术来适应复杂环境的变化。超声波测距因其可以直接测量近距离目标，纵向分辨率高，适用范围广，方向性强，并具备不受光线、烟雾、电磁干扰等因素影响，且覆盖面积大等优势被广泛应用；红外避障则是通过检测红外光遇到障碍物反射来感知障碍物的存在，反馈至控制器，单片机进行驱动报警以有效避障。本智能小车将超声波测距技术和红外避障技术相结合，为现代智能化生活中，非接触特殊环境下的探测及测距、安全保护、车载倒车等提供可靠、实时有效的保障。 1.功能需求该超声波测距及红外避障小车将测距功能和避障功能相结合，在获得距离信息的基础上进行有效避障，并将距离显示在LCD1602液晶显示屏上，当距离小于一定数值时，小车将转向。小车使用电机进行驱动，采用AT89S52单片机作为核心控制器进行有效控制。 2.系统方案设计本智能小车由超声波测距系统、温度补偿系统、摄像头传输系统、红外避障系统、WIFI系统、显示系统六部分组成。小车的运行由AT89S52芯片作为核心控制器，测距和红外避障由超声波传感器和红外传感器进行数据采集，显示系统部分由LCD1602液晶显示屏来完成，温度传感器采集外界环境温度进行温度补偿，摄像头和WIFI模块完成画面的传输和设备的控制，如图1所示。图1 系统硬件组成 3.系统模块设计 3.1超声波测距模块本小车设计的测距系统采用脉冲回波法测距，以AT89S52芯片为核心，通过超声波传感器发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到返回波时就立即停止计时。如果设超声波的传播速度为计时器记录的时间为，可计算出发射距离障碍物面的距离，即 3.2温度补偿模块温度补偿模块主要是对温度进行补偿，以减小测距误差。温度传感器主要运用的是DS18B20。每次温度测量前，首先会将温度寄存器和低温度系数振荡器预置-55℃所对应的基数值，而高温度系数振荡器会根据环境温度确定一个振荡周期。然后，低温度系数振荡器开始振荡，对应的计数器对振荡脉冲进行减计数，直到计数器中被预置的值减为0。此时，温度寄存器的值加1，而低温度系数振荡器的值重新被预置到-55℃所对应的基数值，如此重复直到高温度系数振荡器停振，此时，温度寄存器的值就是所要测的温度值。 3.3摄像头和WIFI模块摄像头将道路实时画面传输到手机或PC等终端设备上，操作者可以直观地了解到道路信息。通过手机或PC上的WIFI与在小车上的WIFI模块相协同，可以在手机或PC端控制小车的前进、后退、拐弯等动作，该系统便于灵活控制小车动作、易于操作。 3.4红外避障模块避障传感器利用物体的反射性质来实现避障功能。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失；如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头，传感器检测到这一信号，确认正前方有障碍物，并将信号传给单片机，单片机对信号进行系统的处理分析，从而协调小车两轮工作，完成躲避障碍物的动作。 3.5显示模块将测得的温度和距离通过传感器送入到单片机中进行处理，将处理后的结果显示在液晶上，可以直观地读出温度和距离参数，使参数可视化，便于实时监测测距精度。

Arduino智能避障小车避障程序

Arduino智能避障小车避障程序首先建立一个名为modulecar.ino的主程序。 // modulecar.ino，玩转智能小车主程序 #include //导入舵机库 #include //导入NwePing库 // 对照系统配线方案依次指定各I/O const int ENA = 3 ; //左电机PWM const int IN1 = 4 ; //左电机正 const int IN2 = 5 ; //左电机负 const int ENB = 6 ; //右电机PWM const int IN3 = 7 ; //右电机正 const int IN4 = 8 ; //右电机负 const int trigger = 9 ; //定义超声波传感器发射脚为D9 const int echo = 10 ; //定义传感器接收脚为D10 const int max_read = 300; //设定传感器最大探测距离。 int no_good = 35; //*设定35cm警戒距离。 int read_ahead; //实际距离读数。 Servo sensorStation; //设定传感器平台。 NewPing sensor(trigger, echo, max_read); //设定传感器引脚和最大读数//系统初始化 void setup() { Serial.begin(9600); //启用串行监视器可以给调试带来极大便利 sensorStation.attach(11); //把D11分配给舵机

pinMode(ENA, OUTPUT); //依次设定各I/O属性 pinMode(IN1, OUTPUT); pinMode(IN2, OUTPUT); pinMode(ENB, OUTPUT); pinMode(IN3, OUTPUT); pinMode(IN4, OUTPUT); pinMode(trigger, OUTPUT); pinMode(echo, INPUT); sensorStation.write(90); //舵机复位至90? delay(6000); //上电等待6s后进入主循环 } //主程序 void loop() { read_ahead = readDistance(); //调用readDistance()函数读出前方距离Serial.println("AHEAD:"); Serial.println(read_ahead); //串行监视器显示机器人前方距离 if (read_ahead < no_good) //如果前方距离小于警戒值 { fastStop(); //就令机器人紧急刹车 waTch(); //然后左右查看，分析得出最佳路线 goForward(); //*此处调用看似多余，但可以确保机器人高速运转下动作的连贯性 }

毕业设计+智能循迹避障小车设计

单片机系统课程设计轮式移动机器人的设计学院：通信与电子工程学院班级：电子131 姓名：初清晨学号： 2013131013 同组成员：孟庆阳张轩指导老师：王艳春日期： 2015年12月24日

组员分工 1、组长：张轩，实物焊接，报告整理，程序设计 2、组员：孟庆阳，实物焊接，仿真测试，报告整理 3、组员：初清晨，实物焊接，报告整理，仿真测试

目录摘要 (1) 第一章绪论 (2) 1.1智能小车的意义和作用 (2) 1.2智能小车的现状 (3) 第二章方案设计与论证 (3) 2.1 主控系统 (3) 2.2 电机驱动模块 (4) 2.3 循迹模块 (5) 2.4 避障模块 (6) 2.5 机械系统 (7) 2.6电源模块 (7) 第三章硬件设计 (7) 3.1 AT89S52单片机的简介 (8) 3.2总体设计 (11) 3.3驱动电路 (12) 3.4信号检测模块 (13) 3.5主控电路 (14) 第四章软件设计 (15) 4.1主程序框图 (15) 4.2电机驱动程序 (15) 4.3循迹模块 (16) 4.4避障模块 (20) 结束语 (25) 致谢 (26) 附录一循迹加红外避障综合程序 (28) 附录二实物图 (32)

摘要随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等用途。智能电动小车就是其中的一个体现。设计者可以通过软件编程实现它的行进、循迹、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示，无需人工干预。因此，智能电动小车具有再编程的特性，是机器人的一种。本设计采用AT89S52单片机加电机驱动电路和红外遥控及循迹模块还有红外接收一体化传感器设计而成，采用模块化的设计方案，运用红外遥控器控制小车的前进、后退、左转、右转、启动和停止。关键词：智能小车；STC89C52单片机；L9110；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Abstract：Based infrared detection of black lines and the road 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

智能超声波避障小车

智能超声波避障小车姓名：班级：学号：