单片机智能小车自动避障设计研究(附件)【字数：10586】
摘 要本次毕业设计使用的是超声波测距传感器测量小车与正前方障碍物的距离，利用STM32单片机对超声波传感器进行配置并且采集传感器测试到的数据，然后通过单片机内部的程序对端口进行设置调节两个电机的转速，最后实现智能小车的自动避障功能。智能小车的控制系统选择ST半导体公司的STM32F103RB微控制器作为核心处理器，利用此芯片高速的数据处理能力和内部丰富的外设资源为小车提供一个功能强大并具有一定扩展性的硬件平台。在软件上使用模块化编程为以后的更新与升级提供了便利。小车的硬件系统包括超声波测距传感器、STM32单片机、L298N电机驱动模块、蜂鸣器报警模块、LCD1602液晶显示模块、电源模块。超声波测距传感器是用来测量小车与前方物体的距离，单片机是整个系统的大脑，控制着超声波测距模块和LCD1602液晶显示器，进行对测试到的距离进行处理，判断是否需要转弯绕过障碍物，实现小车的自动避障功能。该小车实现的主要功能有测量前方障碍物的距离、实时显示距离的大小、障碍物距离小于20CM时发出报警、自动避开障碍物等。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景与内容 1
1.2国内外研究现状 2
第二章 超声波测距与PWM波调速原理 3
2.1超声波测距原理 3
2.2 PWM波调速原理 4
第三章 硬件设计 6
3.1总体设计 6
3.2主控模块 6
3.3测距模块 7
3.4电机驱动模块 8
3.5显示模块 10
3.6报警模块 13
3.7电源模块 14
第四章 软件设计 16
4.1主程序流程 16
4.2编译与仿真软件介绍 17
第五章 研究总结与展望 21
5.1研究总结 21
5.2研究展望 21
致 谢 23
参考文献 24
附 录 25
第一章 绪论
1.1课题背景与内容
在当今电子信息技术飞速发展的时代，人们对智能技术越来越关注，希望智能技术能够帮助人类完成一些任务，从而大大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
改善了人类的生活。智能技术是一种全新的具有开创性的技术，是现在以及未来发展的重中之中，是提升创新能力的关键。所谓的智能技术就是能够解放人类的劳动，代替人类去做一些事情的技术。通过计算机控制机器，让机器可以的按照预设的功能去完成任务，人工智能机器甚至具有人类的学习能力和创新能力，比如近期的阿尔法围棋人工智能程序。总之未来的发展离不开智能技术。
智能技术在汽车方面的应用不仅使得出行更加舒适，而且提高了行驶安全，方便了操作。在智能小车方面的研究也吸引了众多的企业和人才，智能小车可以完成人类无法完成的任务或者是危险的任务减少人员伤亡，比如货物搬运、无人驾驶、防爆排险等。在复杂恶劣的环境下更加拥有优势，发展前景也是十分可观的。所谓的智能汽车就是是全面的复杂的综合系统，其中包括智能传感系统、自动驾驶系统、信息查询系统等。这些丰富的系统使得智能汽车拥有许多功能，比如当遇到障碍物时，能够自动提醒驾驶人或者自动停车；发生偷车行为时能够自动报警，记录偷车人的相貌；当驾驶人疲劳时可以自动巡航，并且保证车内人员安全。
我国经济在改革开放的政策发展下，增长的速度一直是世界前列。在这样的背景下人们拥有充裕的资金去购买汽车产品。那么拥有舒适环境并且功能齐全的汽车就会受到大众的关注。再加上我国人口众多市场巨大，国内外汽车厂商越来越看重这块大蛋糕，投入大量资金研究智能汽车。我国各高校在汽车这方面的研究也很关注，每个学校基本上都有车辆工程和自动化控制这些专业，也开展了相对应的竞赛，提升学生的能力。每年暑期的飞思卡尔智能小车竞赛就十分著名，吸引来全国各地高校的电子技术人才的参加。本此毕业设计就是在这样的背景下提出的，经过硬件的搭建和软件的编程，智能避障小车能够完成行驶、测距、避障等功能。基于单片机的智能避障小车采用STM32单片机作为主控芯片，它是由ST芯片厂家推出的，是一款功能强大并且价格低廉的微处理器，具有性能强大、成本低廉、能量消耗小的优点。选用这种型号的单片机作为主控模块是完全可以实现小车避障功能的。所谓的避障功能就是使用超声波测距模块来测量小车与正前方障碍物的间隔，如果测量到障碍物与小车距离小于20C时蜂鸣器发出滴滴滴的警报声，单片机根据距离控制左右两个电机速度大小实现差速转向，从而实现小车自动避障。
1.2国内外研究现状
在上个世纪80年代的时候，我国开始对无人驾驶汽车有了关注并进行研究开发。由于我国起步比较晚，突破性的研究进展比较缓慢，但是由于国家与各个企业的关注，发展的速度也是相当可观的，也取得了一些令人印象深刻的结果。国内许多大学对于智能驾驶技术也都有相关的研究项目，这些大学主要有：清华大学，国防科技大学，北京理工大学，上海交通大学，西安交通大学，同济大学，吉林大学，同济大学。尤其是中国科学院、合肥科学院在无人驾驶汽车技术取得了全国领先水平，在国内举行一些有关的比赛或者是活动时就会邀请这些比较著名的高校人才参加。13年时由我国研究生产的高水平的月球车随嫦娥三号登上月球，它可以自动导航爬坡，选择合适的前进方向，并进行相关的实验研究，向地球传输数据，为我国对月球的研究做出了巨大的贡献。
在国外，由于研究的时间长资金充足相关的技术已经比较成熟，现在智能技术快速发展，国外更加注重人机一体化，使得汽车具由思考的功能。智能汽车的发展可能颠覆当前汽车运输业的运营模式。目前，对智能车辆研究比较先进的由韩国理工大学，美国麻省理工学院，德国奔驰企业等。当如今的先进技术应用到到汽车中的时候，过去电影中才能看到的无人驾驶汽车似乎逐渐进入我们的现实生活。
第二章 超声波测距与PWM波调速原理
2.1超声波测距原理
超声波测距原理指的是利用超声波在空气中具有很好地指向性的特性，通过向某一方向发射超声波，当超声波遇到障碍物时就会返回，这时我们利用超声波接收器接受返回的超声波。通过对发射和接受到超声波的时间进行测量，再根据超声波在空气中传播的速度大概为340米/秒，根据公式就可以计算出超声波发射的起始位置与障碍物的直线距离。计算公式如下：
d = V * T/2 (1)
因为超声波也是一种声波,它在空气中的速度会随各种变量的变化而发生改变，其中温度就会对它的速度产生变化,表2.1指的是不同的温度对应着不同的声速。在我们使用到声速的时候时,如果温度的值变化的很小或者是在可接受的范围之内,我们就可以大概的认为声音的速度是不变的，这样可以更加方便的计算且误差不是很大。通常情况下，超声波的传播速度是334 米/秒,在对声速的影响变量的中看来，温度对它的速度影响是最大的，当要求精度很高时，我们就不能忽略温度的影响，根据研究表明当温度升高1 ℃时, 声音的速就会增加约0. 6 米/ 秒。当我们已经知值现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式为：
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景与内容 1
1.2国内外研究现状 2
第二章 超声波测距与PWM波调速原理 3
2.1超声波测距原理 3
2.2 PWM波调速原理 4
第三章 硬件设计 6
3.1总体设计 6
3.2主控模块 6
3.3测距模块 7
3.4电机驱动模块 8
3.5显示模块 10
3.6报警模块 13
3.7电源模块 14
第四章 软件设计 16
4.1主程序流程 16
4.2编译与仿真软件介绍 17
第五章 研究总结与展望 21
5.1研究总结 21
5.2研究展望 21
致 谢 23
参考文献 24
附 录 25
第一章 绪论
1.1课题背景与内容
在当今电子信息技术飞速发展的时代，人们对智能技术越来越关注，希望智能技术能够帮助人类完成一些任务，从而大大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
改善了人类的生活。智能技术是一种全新的具有开创性的技术，是现在以及未来发展的重中之中，是提升创新能力的关键。所谓的智能技术就是能够解放人类的劳动，代替人类去做一些事情的技术。通过计算机控制机器，让机器可以的按照预设的功能去完成任务，人工智能机器甚至具有人类的学习能力和创新能力，比如近期的阿尔法围棋人工智能程序。总之未来的发展离不开智能技术。
智能技术在汽车方面的应用不仅使得出行更加舒适，而且提高了行驶安全，方便了操作。在智能小车方面的研究也吸引了众多的企业和人才，智能小车可以完成人类无法完成的任务或者是危险的任务减少人员伤亡，比如货物搬运、无人驾驶、防爆排险等。在复杂恶劣的环境下更加拥有优势，发展前景也是十分可观的。所谓的智能汽车就是是全面的复杂的综合系统，其中包括智能传感系统、自动驾驶系统、信息查询系统等。这些丰富的系统使得智能汽车拥有许多功能，比如当遇到障碍物时，能够自动提醒驾驶人或者自动停车；发生偷车行为时能够自动报警，记录偷车人的相貌；当驾驶人疲劳时可以自动巡航，并且保证车内人员安全。
我国经济在改革开放的政策发展下，增长的速度一直是世界前列。在这样的背景下人们拥有充裕的资金去购买汽车产品。那么拥有舒适环境并且功能齐全的汽车就会受到大众的关注。再加上我国人口众多市场巨大，国内外汽车厂商越来越看重这块大蛋糕，投入大量资金研究智能汽车。我国各高校在汽车这方面的研究也很关注，每个学校基本上都有车辆工程和自动化控制这些专业，也开展了相对应的竞赛，提升学生的能力。每年暑期的飞思卡尔智能小车竞赛就十分著名，吸引来全国各地高校的电子技术人才的参加。本此毕业设计就是在这样的背景下提出的，经过硬件的搭建和软件的编程，智能避障小车能够完成行驶、测距、避障等功能。基于单片机的智能避障小车采用STM32单片机作为主控芯片，它是由ST芯片厂家推出的，是一款功能强大并且价格低廉的微处理器，具有性能强大、成本低廉、能量消耗小的优点。选用这种型号的单片机作为主控模块是完全可以实现小车避障功能的。所谓的避障功能就是使用超声波测距模块来测量小车与正前方障碍物的间隔，如果测量到障碍物与小车距离小于20C时蜂鸣器发出滴滴滴的警报声，单片机根据距离控制左右两个电机速度大小实现差速转向，从而实现小车自动避障。
1.2国内外研究现状
在上个世纪80年代的时候，我国开始对无人驾驶汽车有了关注并进行研究开发。由于我国起步比较晚，突破性的研究进展比较缓慢，但是由于国家与各个企业的关注，发展的速度也是相当可观的，也取得了一些令人印象深刻的结果。国内许多大学对于智能驾驶技术也都有相关的研究项目，这些大学主要有：清华大学，国防科技大学，北京理工大学，上海交通大学，西安交通大学，同济大学，吉林大学，同济大学。尤其是中国科学院、合肥科学院在无人驾驶汽车技术取得了全国领先水平，在国内举行一些有关的比赛或者是活动时就会邀请这些比较著名的高校人才参加。13年时由我国研究生产的高水平的月球车随嫦娥三号登上月球，它可以自动导航爬坡，选择合适的前进方向，并进行相关的实验研究，向地球传输数据，为我国对月球的研究做出了巨大的贡献。
在国外，由于研究的时间长资金充足相关的技术已经比较成熟，现在智能技术快速发展，国外更加注重人机一体化，使得汽车具由思考的功能。智能汽车的发展可能颠覆当前汽车运输业的运营模式。目前，对智能车辆研究比较先进的由韩国理工大学，美国麻省理工学院，德国奔驰企业等。当如今的先进技术应用到到汽车中的时候，过去电影中才能看到的无人驾驶汽车似乎逐渐进入我们的现实生活。
第二章 超声波测距与PWM波调速原理
2.1超声波测距原理
超声波测距原理指的是利用超声波在空气中具有很好地指向性的特性，通过向某一方向发射超声波，当超声波遇到障碍物时就会返回，这时我们利用超声波接收器接受返回的超声波。通过对发射和接受到超声波的时间进行测量，再根据超声波在空气中传播的速度大概为340米/秒，根据公式就可以计算出超声波发射的起始位置与障碍物的直线距离。计算公式如下：
d = V * T/2 (1)
因为超声波也是一种声波,它在空气中的速度会随各种变量的变化而发生改变，其中温度就会对它的速度产生变化,表2.1指的是不同的温度对应着不同的声速。在我们使用到声速的时候时,如果温度的值变化的很小或者是在可接受的范围之内,我们就可以大概的认为声音的速度是不变的，这样可以更加方便的计算且误差不是很大。通常情况下，超声波的传播速度是334 米/秒,在对声速的影响变量的中看来，温度对它的速度影响是最大的，当要求精度很高时，我们就不能忽略温度的影响，根据研究表明当温度升高1 ℃时, 声音的速就会增加约0. 6 米/ 秒。当我们已经知值现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式为：
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