超聲波智能避障小車的設(shè)計與實現(xiàn)

自避障小車誕生以來，它在很多領(lǐng)域都有涉及，如機械、電子和交通。各種用電器都在向智能化轉(zhuǎn)變，已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘５狞c點滴滴。在各種高端技術(shù)的驅(qū)使下，避障小車的各種部件已經(jīng)數(shù)以萬計，要想使避障小車自己動起來，就要有類似于人類眼睛的傳感器感知周圍的環(huán)境。目前的傳感器，在計算機超快的計算速度配合下，也只能傻瓜式感知周圍的環(huán)境。一般的避障控制系統(tǒng)，屬于一種簡單的自動引導(dǎo)系統(tǒng)，使智能避障小車能夠自己判斷障礙物所距自己的距離，在與設(shè)定值比較之后選擇較遠的距離朝其駛?cè)ァ?/span>

對我印象最深的如汶川大地震的抗震救災(zāi)工作，還有電視上經(jīng)常播出的排雷工作，很多地方人都沒有辦法到達，這就要靠避障小車來完成。這就需要避障小車具備類似于人類思考問題的能力，避開各種障礙物，最終到達需要自己的地方。機器人可以分為兩大類，其一是輪式機器人，其二是足式機器人，這次設(shè)計要完成的是智能避障小車，屬于前面的后者。對上面舉的兩個例子，智能避障小車的研究顯得很有必要。

1  小車的設(shè)計

1.1  硬件介紹

小車運行的控制方法多式多樣，本設(shè)計采用主流的微控制器--單片機，可以說單片機是小車的心臟和大腦，小車運行都依賴它的控制。本設(shè)計中主控采用我們耳熟能詳?shù)腟TC89C51單片機，它主要負責對電機的控制和距離的測量。雖然這款單片機自身沒有脈沖寬度調(diào)制模塊是一大遺憾，但可以通過編程產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制，這樣既能將資源發(fā)揮的淋漓盡致，還能很好的滿足使用需求。

利用單片機作為該系統(tǒng)的大腦，用其指揮行進中的小車，以實現(xiàn)智能避障功能。將我們的系統(tǒng)剖開來看，其致命點在于實現(xiàn)小車的智能避障，而此時單片機的優(yōu)點就體現(xiàn)出來了，控制起來比較簡單，使用起來比較方便，操作起來比較敏捷。這樣一來，它就可以體現(xiàn)其可位尋址操作功能、充分發(fā)揮其資源豐富、并且有強大的控制功能、價格低廉等一系列優(yōu)點。對智能避障小車的控制起到了不可替代的作用。

1.2  軟件介紹

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，到現(xiàn)如今為止已經(jīng)有多個版本，它的功能十分強大，不僅可以用來仿真EDA，而且也可以自己創(chuàng)作原件，比如仿真單片機，以及外圍元件。Proteus的另一個強大之處在于它可以實現(xiàn)從原理布圖到PCB的設(shè)計，完美實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的設(shè)計體系。

該設(shè)計采用的是Keil  C51開發(fā)實現(xiàn)的。Keil C51是美國Keil Software出品的，主要用于51系列兼容單片機C語言軟件的開發(fā)。C和匯編語言作比較的話，優(yōu)勢非常明顯，用戶非常容易學(xué)懂。Keil軟件也有完整的環(huán)境，其中包括C的編譯環(huán)境、define、連接器、庫管理、仿真調(diào)試器等。用一個集成的環(huán)境把這些部分組合在了一起。

1.3  功能分析

本設(shè)計大體上可以分為以下幾個部分：單片機控制系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、超聲波測距系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。它們之間的聯(lián)系如圖1 

圖1  總體框架圖

超聲波來測量小車和障礙物之間的距離，并通過數(shù)碼管顯示出來，單片機控制超聲波和電機模塊共同實現(xiàn)小車的智能避障。

1.3.1  驅(qū)動功能分析

在小車的四個輪子上安裝有直流電機，能夠驅(qū)動智能避障小車前進，使用芯片L293D讓直流電機轉(zhuǎn)起來，通過使用電平信號，通過信號的高低，把單片機的輸出信號，傳給智能小車的電機驅(qū)動模塊，然后通過電機驅(qū)動模塊，進一步驅(qū)動電機，最終實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)動的控制。該部分用STC89C51單片機來實現(xiàn)主要控制，以L293D電機驅(qū)動芯片為輔助，驅(qū)動智能避障小車能直線行駛和轉(zhuǎn)彎。L293D四個引腳（OUT1、OUT2、OUT3、OUT4）可以分別接電機，完全驅(qū)動兩個電機。剩下的兩個En1和En1為使能端，可以通過電壓控制電機的轉(zhuǎn)速。

1.3.2  檢測功能分析

本設(shè)計中，當單片機輸出一個高電平，然后將該電平給超聲波電路中的穩(wěn)壓器時，穩(wěn)壓器將輸出電壓，并將該電壓提供給超聲信號的發(fā)射部分電路。此時，微處理器定時器T0，將以中斷方式產(chǎn)生脈沖序列，由軟件觸發(fā)一個超聲波信號。該震蕩信號，通過兩個10位二進制計數(shù)器，輸出一個100級分頻的信號，若該信號變高，則說明定時器T0中斷，然后通過鎖存器級反相器后，發(fā)射該超聲波信號。

1.4  單片機的選擇

本課題使用的是STC89C51系列單片機，用它作為該智能避障小車的控制模塊主要部分，通過STC89C51系列的單片機，應(yīng)用相關(guān)程序來控制小車運動情況，進而實現(xiàn)對小車運動的自動化控制，常見的相關(guān)系列單片機最小系統(tǒng)如圖2 

圖2  相關(guān)系列單片機最小系統(tǒng)

2  小車的實現(xiàn) 

圖3  超聲波智能避障小車

3  結(jié)語

在完成設(shè)計和實現(xiàn)后，對整體進行了測試，以保證小車能夠正常運行。調(diào)試是不可缺少的步驟，在調(diào)試中，先擬出調(diào)試思路，按照調(diào)試思路嚴格測試。在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，直至達到理想效果。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://m.00559.cn/w/qk/21223.html