智能汽车避障系统软件设计(附件)
文论述了基于单片机的智能避障小车的控制过程。智能避障小车是一个运用传感器、单片机、电机驱动及自动控制等技术来实现按照预先设定的模式下，不受人为管理时能够自动实现避障的高新科技。该技术已经应用于无人驾驶机动车，无人工厂，仓库，服务机器人等多种领域。
避障是智能小车应具备的基本功能之一，利用红外对管检测障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车速度和转向，从而实现自动避障的功能。其中小车驱动由L293D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，PWM，红外对管
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究意义 1
1.2 智能小车的避障系统 1
1.3 避障系统简介 2
1.4 智能车的发展现状 2
1.4.1 国外的发展现状 2
1.4.2 国内的发展现状 3
2 硬件系统简介 4
2.1 主控系统 4
2.2.1 CPU介绍 4
2.2.2 CPU功能 7
2.3 矩阵键盘与独立键盘 7
2.4 蜂鸣器简介 7
3 系统避障原理 8
3.1 避障传感器 8
3.2 避障方法 8
3.3 驱动模块 10
3.3.1 PWM调速系统 10
3.3.2 直流电机的驱动原理 11
3.3.3 直流电机的驱动电路 11
4 单片机应用系统软件 13
4.1 STC下载软件 13
4.2 Keil编译软件 14
5 系统软件设计方案 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
16
5.1 系统主程序流程图 16
5.2 避障系统流程图 17
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
附录A 21
1 绪论
1.1 课题的研究意义
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。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。
1.2 智能小车的避障系统
机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车（AVG—auto-guide vehicle）系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。
该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。CPU使用STC89C52单片机，配合软件编程实现。
1.3 避障系统简介
机器人被誉为是“二十世纪最伟大的发明”?之一，机器人的出现和应用，极大地推动了工业生产、航空航天、军事、医疗等领域的发展，也大大地便利了人们的生活。智能型车辆的出现为提高车辆行驶安全，探索未知领域提供了可能。在智能车辆的研究中，导航技术是实现其真正的智能化和完全的自主移动的关键技术。导航是指在没有人干预的情况下使得智能车辆有目的移动，并完成特定任务或者操作。为了更好地适应复杂环境下的导航，自主避障的功能就显得尤为重要，避障功能是代表移动机器人智能化的不可或缺的关键性能指标，也是无人驾驶的智能型车辆安全行驶的的重要保障。因此自主避障的研究对于推动和发展机器人技术，以及智能车辆的研究都有着较强的现实意义。?
自主避障的目的是在有障碍物的工作环境中，寻找一条从给定起点到目标点的适
当的运动路径，使得移动机器人或者智能车辆在行驶过程中能安全、无碰撞地绕过所有障碍物。
为了实现自主避障功能，科研人员作了大量的研究，所面临的基本问题主要集中在这两个方面：一是如何对环境信息进行获取；二是如何对获取的环境信息进行处理，并转化为称为避障控制信息。
1.4 智能车的发展现状
1.4.1 国外的发展现状
国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪20年代，它的法杖历程可分为三个阶段：
第一阶段：20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrent Electronic公司研究出了世界上第一台自主引导车系统，该系统只是一个运行在固定路线上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基础的特征即无人驾驶。最初研制该系统的目的只是为了提高仓库运输的自动化水平，应用领域局限于仓库内的物品运输。
第二阶段：从80年代中后期，世界主要发达国家对智能车辆开展卓有成就的研究，在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索;在美洲，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟，其目的之一就是研究发展智能车辆的可行性，并促进智能车辆技术进入实用化;在亚洲，日本于1996年成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶演剧协会，主要目的是研制自动车导航的方法，促进日本智能车辆的整体进步。
第三阶段：从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模的研究阶段。最为突出的是，美国卡内基-梅陇大学机器人研究所万能充了Navlab系列的自主车研究，取得了显著的成就。
目前，智能车的发展正处于第三阶段，这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车的发展方向。
1.4.2 国内的发展现状
I/O
I
I
I/O
P3.0-P3.7
10-17
10
11
30
O
地址锁存使能：在访问外部存储器时，输出脉冲锁存地址的低字节，在正常情况下，ALE输出信号恒定为1/6振荡频率。并可用作外部时钟或定时，注意每次访问外部数据时一个 ALE 脉冲将被忽略，ALE 可以通过置位SFR auxililary.0禁止，置位后ALE只能在执行MOVX指令时被激活。
1 绪论 1
1.1 课题的研究意义 1
1.2 智能小车的避障系统 1
1.3 避障系统简介 2
1.4 智能车的发展现状 2
1.4.1 国外的发展现状 2
1.4.2 国内的发展现状 3
2 硬件系统简介 4
2.1 主控系统 4
2.2.1 CPU介绍 4
2.2.2 CPU功能 7
2.3 矩阵键盘与独立键盘 7
2.4 蜂鸣器简介 7
3 系统避障原理 8
3.1 避障传感器 8
3.2 避障方法 8
3.3 驱动模块 10
3.3.1 PWM调速系统 10
3.3.2 直流电机的驱动原理 11
3.3.3 直流电机的驱动电路 11
4 单片机应用系统软件 13
4.1 STC下载软件 13
4.2 Keil编译软件 14
5 系统软件设计方案 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
16
5.1 系统主程序流程图 16
5.2 避障系统流程图 17
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
附录A 21
1 绪论
1.1 课题的研究意义
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。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。
1.2 智能小车的避障系统
机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车（AVG—auto-guide vehicle）系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。
该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。CPU使用STC89C52单片机，配合软件编程实现。
1.3 避障系统简介
机器人被誉为是“二十世纪最伟大的发明”?之一，机器人的出现和应用，极大地推动了工业生产、航空航天、军事、医疗等领域的发展，也大大地便利了人们的生活。智能型车辆的出现为提高车辆行驶安全，探索未知领域提供了可能。在智能车辆的研究中，导航技术是实现其真正的智能化和完全的自主移动的关键技术。导航是指在没有人干预的情况下使得智能车辆有目的移动，并完成特定任务或者操作。为了更好地适应复杂环境下的导航，自主避障的功能就显得尤为重要，避障功能是代表移动机器人智能化的不可或缺的关键性能指标，也是无人驾驶的智能型车辆安全行驶的的重要保障。因此自主避障的研究对于推动和发展机器人技术，以及智能车辆的研究都有着较强的现实意义。?
自主避障的目的是在有障碍物的工作环境中，寻找一条从给定起点到目标点的适
当的运动路径，使得移动机器人或者智能车辆在行驶过程中能安全、无碰撞地绕过所有障碍物。
为了实现自主避障功能，科研人员作了大量的研究，所面临的基本问题主要集中在这两个方面：一是如何对环境信息进行获取；二是如何对获取的环境信息进行处理，并转化为称为避障控制信息。
1.4 智能车的发展现状
1.4.1 国外的发展现状
国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪20年代，它的法杖历程可分为三个阶段：
第一阶段：20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrent Electronic公司研究出了世界上第一台自主引导车系统，该系统只是一个运行在固定路线上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基础的特征即无人驾驶。最初研制该系统的目的只是为了提高仓库运输的自动化水平，应用领域局限于仓库内的物品运输。
第二阶段：从80年代中后期，世界主要发达国家对智能车辆开展卓有成就的研究，在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索;在美洲，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟，其目的之一就是研究发展智能车辆的可行性，并促进智能车辆技术进入实用化;在亚洲，日本于1996年成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶演剧协会，主要目的是研制自动车导航的方法，促进日本智能车辆的整体进步。
第三阶段：从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模的研究阶段。最为突出的是，美国卡内基-梅陇大学机器人研究所万能充了Navlab系列的自主车研究，取得了显著的成就。
目前，智能车的发展正处于第三阶段，这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车的发展方向。
1.4.2 国内的发展现状
I/O
I
I
I/O
P3.0-P3.7
10-17
10
11
30
O
地址锁存使能：在访问外部存储器时，输出脉冲锁存地址的低字节，在正常情况下，ALE输出信号恒定为1/6振荡频率。并可用作外部时钟或定时，注意每次访问外部数据时一个 ALE 脉冲将被忽略，ALE 可以通过置位SFR auxililary.0禁止，置位后ALE只能在执行MOVX指令时被激活。
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