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自控原理课程设计说明书
基于单片机的自动避障小车设计
院系 航空航天工程学部（院） 专业
班号 学号 姓名 指导教师
沈阳航空航天大学
2016年7月
沈阳航空航天大学课程设计说明书 摘 要
摘 要
本论文介绍了利用超声波传感器实现小车自动避障的设计，能在有障碍物的情况下判断并能够提前自动躲避。自动避障是基于自动避障小车的机器人系统。课程设计中采用反射式超声波传感器采集外界信号，超声波传感器采集信号传输到单片机的外部中断0（INT0）引脚，再由单片机判断是否有信号输入，计算距离，从而控制电机，躲避障碍物。系统控制核心采用STC89C52单片机，电机驱动芯片采用L298N，利用直流电机的差速行进来控制避障小车的转向，超声波传感器采用HC-SR04型。该技术可以应用于儿童智能玩具开发、隧道或管道检测，无人驾驶机动车、无人工厂、仓库、服务机器人等领域，而且该技术较易实现，结构简单，可以大大方便人们的日常生活并产生经济收益。
关键词 超声波模块 自动避障 单片机STC89C52
沈阳航空航天大学课程设计说明书 目录
目 录
第1章 引言……………………………………………………………………l 1.l 研究背景…………………………………………………………………1 1.2 本设计任务和主要内容……………………………………………………1 第2章 总体方案…………………………………………………………2 2.1 总体方案概述………………………………………………………………2 2.2 设计思路……………………………………………………………………2 2.3 总体电路原理图…………………………………………………………3 第3章 各模块功能介绍…………………………………………………4
3.1 障碍物测距系统……………………………………………………………4 3.2 驱动模块…………………………………………………………………5 3.3 电源模块…………………………………………………………………6 3.4 主控模块…………………………………………………………………7 第4章 软件设计…………………………………………………………9
4.1 程序设计流程图……………………………………………………………9 4.2 关键子程序设计……………………………………………………………10 4.2.1 PWM产生原理及程序设计…………………………………………10 4.2.2 超声波接收与发送程序设计………………………………………13 4.2.3 距离计算程序设计………………………………………………13 第5章 设计安装与调试……………………………………………………15 5.l 小车的设计与安装…………………………………………………………15
5.2 小车调试……………………………………………………………………15 5.3 调试中遇到的问题…………………………………………………………16 第6章 总结……………………………………………………………………………19
参考文献 ……………………………………………………………………………20 附录 …………………………………………………………………………………21
沈阳航空航天大学课程设计说明书 第1章 引言
第1章 引 言
本课程设计是以STC89C52单片机为控制核心，该单片机具有功耗低、抗干扰能力强等优点且应用广泛。超声波传感器检测小车与障碍物之间的距离，单片机对障碍物位置信息进行判断，根据预先设置的规则及障碍物当前位置信息输出 PWM 波控制电机转弯、调速完成避障。外加路面障碍物感测模块——HC-SR04超声波传感器完成对前方路面情况的实时检测，检测小车到障碍物的距离并把所采集的信息传输给单片机，单片机根据前方路面情况做出恰当的处理，进而控制小车的行驶。
1.1 研究背景
自主式移动机器是人们对机器人智能化程度要求不断提高的必然产物。它需要电子信息、计算机、智能控制等很多知识的支持。随着近几年年来现代通信技术和信息处理技术的快速发展，使得自主式移动机器人不再局限于实验室和军事应用领域，它己经越来越普及到人们的日常生活和工作环境中.在环境未知的情况下，实现自主导航定位和路径规划是目前研发移动机器人的一个基本并且重要的问题，是移动机器人在未知环境中锁定目标完成任务的前提条件。机器人在行走和探索的过程中，为避免造成机器人本体的损坏以及设备的损坏，使机器人无论在什么环境下都能够正常工作，避障行为是必不可少的。现实作业环境要求机器人的定位与避障技术能够适应更复杂的环境，完成更精确任务。在未知环境中，传统的机器人避障技术往往适应能力差，实时性与准确性不高，无法达到预期效果。采用超声波测距技术，有效地解决了机器人在复杂环境中的实时避障问题并且提高了定位的准确性，为自主移动机器人的研究与应用提供了一种有效的技术手段。
美国斯坦福国际研究所的Nils Nilssen和Charles Rosen等人，在1969年至1972年研制了移动式机器人Shakey。该机器人安装了摄像机、测距传感器、力学传感器等器件，具有自主移动和路径规划的功能。由于多传感器的复杂程度较高，且当时处理器的速度低，使机器人的环境探测与路径规划的连线性很差。1970年前
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沈阳航空航天大学课程设计说明书 第1章 引言
苏联设计的自主驾驶的月球车驶入月球，标志着移动机器人进入航天领域的应用。
在上世纪90年代，电子信息技术突飞猛进，使移动机器人的感知能力以及决策能力相应的得到了质的提高。从而使移动机器人开始由实验室扩充到人们的各个生活工作领域，向实用化民用化发展。在1994年4月，美国宇航局资助研制了“丹蒂II”移动机器人。科学家为了实现机器人的远程探险任务，研制了一种八足行走方式。科研人员使机器人的卫星通信系统与网络连接，然后他们通过网络控制和监视该机器人的行动。机器人“索杰纳”在1997年成功登上火星。索杰纳是在火星上真正从事科学考察工作的第一台机器人车辆，它是一辆自主式的机器人车辆，同时又可从地面对它进行遥控。索杰纳能够敏捷迅速的在火星表面躲避障碍物和按计划移动。研发实力领先全球的美国宇航局目前正在开发月球采矿机器人“RASSOR\该机器人可以通过机械手臂在月球上行走，攀爬以及钻井挖掘。美国宇航局的设计初衷是通过机器人挖掘月球表面的水和冰的成分来转化为火箭使用燃料或宇航员呼吸的空气，但目前看来机器人有能力采集更多月球上的土壤或矿物质。按照计划，该机器人2014年就将正式开展测试。2008年的美国大片《机器人总动员》讲述的机器人太空作业后将物质运回地球这样的场景，也许在几年内就会变成现实。随着电子技术、计算机技术等科技发展，科技进步改变着人们的生活方式。移动机器人的使用场合越来越多。移动机器人不再只局限于特殊行业，开始走向家庭、娱乐场所、医院、车间等人们的日常生活工作环境。2002年美国iRobot公司正式开启家用机器人市场，推出经济实用的iRobot机器人吸尘器。吸尘器能够自主在室内移动躲避家居障碍。因此，不论是在高尖端行业还是日常民用产业，对智能自主式移动机器人的研究己成为了国内外研究的热点。
1.2 本设计任务和主要内容
本设计是对以单片机STC89C52为核心的系统根据超声波感测模块传输的前方路面信息控制小车行驶走向的软、硬件设计开发。系统要能够做到准确及时监测前方路面信息并传输给主控模块，做到根据前方路面信息及时调整小车的走向，实现及时避开障碍物的功能。
主要内容是：
① 感测模块实时监测路面情况并及时传输给单片机；
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