基于超声波避障的电动童车控制器设计
基于超声波避障的电动童车控制器设计[20200211151904]
摘要
如今科技快速发展，汽车随处可见，智能化也越来越普及。本次设计主要是出于安全考虑，针对的对象主要是孩童及孩童的孩童车，希望通过超声波检测系统和单片机系统在必要时刻控制小车，使孩童及小车原理危险，并及时发出警报，提醒周围人群前去提供帮助。
本文首先介绍了单片机及超声波传感器的发展史，然后对整个系统进行设计，包括硬件的选型和软件的编写。程序的编写采用c语言。通过本次设计，发现基于超声波测距，单片机控制及PWM调速，可以让小车规避一些障碍物，从而起到保护的作用。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:单片机超声波电机驱动数码管显示
目 录
1 引言 1
1.1选题的背景及意义 1
1.2国内外研究现状及其发展 1
1.3本章小结 2
2 总体设计方案 3
2.1功能需求及硬件选择 3
2.2主控制芯片STC89C52 5
2.3超声波测距模块 7
2.3.1超声波传感器及其测距原理 7
2.3.2声波换能器特性 8
2.3.3超声波的问题 8
2.4电机驱动模块 9
2.5直流电机 10
2.6本章小结 12
3 硬件设计 13
3.1主控系统设计 14
3.1.1时钟电路 15
3.1.2复位电路 15
3.2电机驱动设计 16
3.3数码管显示设计 16
3.4超声波测距 17
3.5本章小结 19
4 软件设计 20
4.1软件设计流程 20
4.2数码管显示 20
4.3超声波测距 21
4.4直流电机驱动程序 23
4.5本章小结 24
5 智能避障小车调试 25
5.1硬件调试 25
5.2软件调试 25
5.3软硬件综合调试 25
5.4本章小结 27
6总结与展望 28
参考文献 29
致谢 30
附录 31
1 引言
1.1选题的背景及意义
随着时代的发展，科技越来越发达，人民的生活水平也是越来越高，汽车已经不再是高档奢侈品，而是逐渐进入了寻常的百姓家，最近甚至出台了相关消息，说是要限制汽车牌照的发放，由此可见，汽车的数量已经是非常的多了。然而，凡事都是有两面性的，汽车数量的增多，不仅仅意味着人民生活质量的提高，同时也带来了一个问题，那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问题。所以使汽车的安全性能得到加强实在是迫在眉睫。于是，智能化汽车的概念应时代的要求而产生了，可以想象一下，未来汽车行业必定是朝着智能化这条大方向行走的。在这样的背景之下，本次毕业设计开展了基于单片机的超声波智能小车的避障研究。另外值得一提的是，此次研究里运用到的超声波测距等知识，不仅在汽车的防撞、避障、倒车提醒等领域有着深远的应用空间，在液位长度测量等场合也有用武之地，当然还有航海、航天等诸多领域[18]。
通过本次毕业设计，我可以巩固以往所学的知识，进一步学习单片机原理及其应用，提高程序的编写能力；并培养我的自学能力，了解超声波的相关知识；训练动手能力，硬件调试、软件调试等等。
1.2国内外研究现状及其发展
欧美等发达国家不管是单片机还是超声波的研究也都已经非常的深入，市场上也早就已经有相关产品。在单片机的研究以及开发上，Intel公司的MCS-51系列就是其中最广为人知的，并且由于实用度高等优点，在世界范围内也拥有广泛的市场。20世纪开始，Intel公司不再独自占有单片机内核的制作能力，而是将其出售给其他厂家，至此，单片机的研发及制造进入了一个繁盛的时代 [15]。
超声波的应用方面，超声波测距的使用领域相当的广泛，譬如说建筑上测量楼间距离及楼房高度，譬如说有工业上利用超声波测量井深等等。除了测距，用超声波探索的应用方面也是相当广泛的，诸如航海，天文等都依靠超声波有了长足的发展。此外超声波还有清洗等应用。顺带一提，我们国家将超声波利用在医疗方面起步稍微偏晚，直到20世纪50年代初，利用超声波进行治疗工作的医院也还不是很多。1950年，在北京，我国第一次将超声波治疗机投入实用，并且成功的治疗了结石，肿瘤等疾病，超声波频率为800KHz。由此为起点，我国将超声波技术逐步推广，慢慢的，就有了国产的仪器。在1957年，我国的第一篇关于超声波技术用于医疗的报告文献公开发表。然后到了70年代，全国的各大型医院基本都拥有了超声波治疗技术。
至于本次设计主要研究的超声波用在测距方面，与超声波用于医疗一样，国内是从50年代开始对超声波测距进行研究与探索的，时至今日，也已经取得了巨大的突破和喜人的成果。最近几年，技术的发展更是到达了日新月异的地步，单片机技术被运用的地方被逐步的开发出来，而利用单片机，设计超声波测距仪的方法思路有可能得到大幅度的简化。
至于国外对于超声波的研究，则比中国更早。19世纪都还没到，就有一位叫做Langevin的外国科学家，提出了在水下使用发射及接受超声波，用于检测潜艇以及进行特定的信息交流。到了19世纪初，一位叫做Sokolov的学者提出了利用超声波，可以检测金属内部是否有断裂等问题的观点，并加以了研究。然后到了1946年，Pellam和Galt两名科学家提出了著名的脉冲回波检测法，可以说，时至今日这也是为人们最普遍使用的超声波测距方法。此外，值得一提的是，同样大概是在19世纪初，德国的Beergmann就著有了《ULTRASONIC》一书，内容包括了很多早期的超声波资料，为后世研究超声波起到了重要的基奠作用。
1.3本章小结
本章是论文的绪论部分，首先介绍了基于单片机的超声波测距的意义以及发展前景，然后对单片机以及超声波产业历史、现状及发展趋势进行叙述
2 总体设计方案
2.1功能需求及硬件选择
本次毕业设计的要求是智能避障小车，而要做到避障，首先也是必须要进行的就是距离的采集，而距离采集的方法是多种多样的，通过查阅相关资料，总结出以下几种距离采集的方法：
1、超声波测距
超声波测距作为被广泛应用的一种测距手段，在市面上也已得到了充分的发挥，比如倒车雷达等，都是基于超声波传感器而开发出的。超声波的优点比较多，其测距稳定，快速，范围较广，捕捉速度较为快速。更为重要的是：超声波测距对环境的要求比较低：
首先色彩和光照对它的影响较低，即使物体是透明的或者是具有漫反射性质的，其都可以准确识别，因此可以工作于黑暗的环境和有烟雾的环境；
其次电磁场和其他的电磁干扰对超声波测距的准确性也并无太大的影响，因此它可以被使用于电磁干扰强的恶劣环境；
最后，超声波传感器的成本比较低，就市场调查而言，便宜的超声波传感器只要6元，比起其他的测距方法节约了不少；超声波传感器的编程较为简单，并且信息处理准确，并且由于它体积较小，便于小型化和集成化。当然，超声波测距也是有缺点的，虽说它对环境的适应能力较强，但还是有弱点，比如温度，气流等，另外，超声波测距是有盲区的，不仅是指左右，对于过细的障碍物，超声波的探查也有一定的问题。
2、雷达测距
雷达测距的优点是快速，稳定，准确并且范围较宽，它的工作原理也与超声波测距类似，利用雷达发出的电磁波的速度等于光速，在静止的情况下，只要得到雷达发出电磁波并经过障碍物反弹接受到电磁波的时间，乘以光速再除以2就可以得到距离。但是雷达测距对天气要求比较高，雷雨天气会受到到较大影响，而且相对于其他几个测距方法来说，成本较高，而且雷达测距还必须满足电磁兼容，这会提高很多的工作量。
3、红外线测距
红外线测距同样成本不高，但是探测距离过近，并且测量范围较狭窄，这就要求小车有很强的制动性能，由于我采用了直流电机，要做到短距离制动很困难（要求大概3cm之内制动，而直流电机至少10cm），故舍弃。
摘要
如今科技快速发展，汽车随处可见，智能化也越来越普及。本次设计主要是出于安全考虑，针对的对象主要是孩童及孩童的孩童车，希望通过超声波检测系统和单片机系统在必要时刻控制小车，使孩童及小车原理危险，并及时发出警报，提醒周围人群前去提供帮助。
本文首先介绍了单片机及超声波传感器的发展史，然后对整个系统进行设计，包括硬件的选型和软件的编写。程序的编写采用c语言。通过本次设计，发现基于超声波测距，单片机控制及PWM调速，可以让小车规避一些障碍物，从而起到保护的作用。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:单片机超声波电机驱动数码管显示
目 录
1 引言 1
1.1选题的背景及意义 1
1.2国内外研究现状及其发展 1
1.3本章小结 2
2 总体设计方案 3
2.1功能需求及硬件选择 3
2.2主控制芯片STC89C52 5
2.3超声波测距模块 7
2.3.1超声波传感器及其测距原理 7
2.3.2声波换能器特性 8
2.3.3超声波的问题 8
2.4电机驱动模块 9
2.5直流电机 10
2.6本章小结 12
3 硬件设计 13
3.1主控系统设计 14
3.1.1时钟电路 15
3.1.2复位电路 15
3.2电机驱动设计 16
3.3数码管显示设计 16
3.4超声波测距 17
3.5本章小结 19
4 软件设计 20
4.1软件设计流程 20
4.2数码管显示 20
4.3超声波测距 21
4.4直流电机驱动程序 23
4.5本章小结 24
5 智能避障小车调试 25
5.1硬件调试 25
5.2软件调试 25
5.3软硬件综合调试 25
5.4本章小结 27
6总结与展望 28
参考文献 29
致谢 30
附录 31
1 引言
1.1选题的背景及意义
随着时代的发展，科技越来越发达，人民的生活水平也是越来越高，汽车已经不再是高档奢侈品，而是逐渐进入了寻常的百姓家，最近甚至出台了相关消息，说是要限制汽车牌照的发放，由此可见，汽车的数量已经是非常的多了。然而，凡事都是有两面性的，汽车数量的增多，不仅仅意味着人民生活质量的提高，同时也带来了一个问题，那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问题。所以使汽车的安全性能得到加强实在是迫在眉睫。于是，智能化汽车的概念应时代的要求而产生了，可以想象一下，未来汽车行业必定是朝着智能化这条大方向行走的。在这样的背景之下，本次毕业设计开展了基于单片机的超声波智能小车的避障研究。另外值得一提的是，此次研究里运用到的超声波测距等知识，不仅在汽车的防撞、避障、倒车提醒等领域有着深远的应用空间，在液位长度测量等场合也有用武之地，当然还有航海、航天等诸多领域[18]。
通过本次毕业设计，我可以巩固以往所学的知识，进一步学习单片机原理及其应用，提高程序的编写能力；并培养我的自学能力，了解超声波的相关知识；训练动手能力，硬件调试、软件调试等等。
1.2国内外研究现状及其发展
欧美等发达国家不管是单片机还是超声波的研究也都已经非常的深入，市场上也早就已经有相关产品。在单片机的研究以及开发上，Intel公司的MCS-51系列就是其中最广为人知的，并且由于实用度高等优点，在世界范围内也拥有广泛的市场。20世纪开始，Intel公司不再独自占有单片机内核的制作能力，而是将其出售给其他厂家，至此，单片机的研发及制造进入了一个繁盛的时代 [15]。
超声波的应用方面，超声波测距的使用领域相当的广泛，譬如说建筑上测量楼间距离及楼房高度，譬如说有工业上利用超声波测量井深等等。除了测距，用超声波探索的应用方面也是相当广泛的，诸如航海，天文等都依靠超声波有了长足的发展。此外超声波还有清洗等应用。顺带一提，我们国家将超声波利用在医疗方面起步稍微偏晚，直到20世纪50年代初，利用超声波进行治疗工作的医院也还不是很多。1950年，在北京，我国第一次将超声波治疗机投入实用，并且成功的治疗了结石，肿瘤等疾病，超声波频率为800KHz。由此为起点，我国将超声波技术逐步推广，慢慢的，就有了国产的仪器。在1957年，我国的第一篇关于超声波技术用于医疗的报告文献公开发表。然后到了70年代，全国的各大型医院基本都拥有了超声波治疗技术。
至于本次设计主要研究的超声波用在测距方面，与超声波用于医疗一样，国内是从50年代开始对超声波测距进行研究与探索的，时至今日，也已经取得了巨大的突破和喜人的成果。最近几年，技术的发展更是到达了日新月异的地步，单片机技术被运用的地方被逐步的开发出来，而利用单片机，设计超声波测距仪的方法思路有可能得到大幅度的简化。
至于国外对于超声波的研究，则比中国更早。19世纪都还没到，就有一位叫做Langevin的外国科学家，提出了在水下使用发射及接受超声波，用于检测潜艇以及进行特定的信息交流。到了19世纪初，一位叫做Sokolov的学者提出了利用超声波，可以检测金属内部是否有断裂等问题的观点，并加以了研究。然后到了1946年，Pellam和Galt两名科学家提出了著名的脉冲回波检测法，可以说，时至今日这也是为人们最普遍使用的超声波测距方法。此外，值得一提的是，同样大概是在19世纪初，德国的Beergmann就著有了《ULTRASONIC》一书，内容包括了很多早期的超声波资料，为后世研究超声波起到了重要的基奠作用。
1.3本章小结
本章是论文的绪论部分，首先介绍了基于单片机的超声波测距的意义以及发展前景，然后对单片机以及超声波产业历史、现状及发展趋势进行叙述
2 总体设计方案
2.1功能需求及硬件选择
本次毕业设计的要求是智能避障小车，而要做到避障，首先也是必须要进行的就是距离的采集，而距离采集的方法是多种多样的，通过查阅相关资料，总结出以下几种距离采集的方法：
1、超声波测距
超声波测距作为被广泛应用的一种测距手段，在市面上也已得到了充分的发挥，比如倒车雷达等，都是基于超声波传感器而开发出的。超声波的优点比较多，其测距稳定，快速，范围较广，捕捉速度较为快速。更为重要的是：超声波测距对环境的要求比较低：
首先色彩和光照对它的影响较低，即使物体是透明的或者是具有漫反射性质的，其都可以准确识别，因此可以工作于黑暗的环境和有烟雾的环境；
其次电磁场和其他的电磁干扰对超声波测距的准确性也并无太大的影响，因此它可以被使用于电磁干扰强的恶劣环境；
最后，超声波传感器的成本比较低，就市场调查而言，便宜的超声波传感器只要6元，比起其他的测距方法节约了不少；超声波传感器的编程较为简单，并且信息处理准确，并且由于它体积较小，便于小型化和集成化。当然，超声波测距也是有缺点的，虽说它对环境的适应能力较强，但还是有弱点，比如温度，气流等，另外，超声波测距是有盲区的，不仅是指左右，对于过细的障碍物，超声波的探查也有一定的问题。
2、雷达测距
雷达测距的优点是快速，稳定，准确并且范围较宽，它的工作原理也与超声波测距类似，利用雷达发出的电磁波的速度等于光速，在静止的情况下，只要得到雷达发出电磁波并经过障碍物反弹接受到电磁波的时间，乘以光速再除以2就可以得到距离。但是雷达测距对天气要求比较高，雷雨天气会受到到较大影响，而且相对于其他几个测距方法来说，成本较高，而且雷达测距还必须满足电磁兼容，这会提高很多的工作量。
3、红外线测距
红外线测距同样成本不高，但是探测距离过近，并且测量范围较狭窄，这就要求小车有很强的制动性能，由于我采用了直流电机，要做到短距离制动很困难（要求大概3cm之内制动，而直流电机至少10cm），故舍弃。
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