基于at89s51超聲波避障智能小車課程設(shè)計

1、<p>　　姓名： </p><p>　　班級： </p><p>　　學(xué)號： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要.

2、..........................................3</p><p>　　一、總體方案概述.......................................3</p><p>　　二、總體電路原理圖....................................3</p><p>　　三、各模塊功能介紹.....

3、............................4</p><p>　　（一）、超聲波測距模塊................................4</p><p>　　（二）、數(shù)碼管顯示模塊................................4</p><p>　?。ㄈ?、步進(jìn)電機(jī)控制模塊......................

4、........6</p><p>　?。ㄋ模?、語音提示模塊..................................7</p><p>　　（五）、速度自控模塊..................................8</p><p>　?。⑿盘柼崾灸K..................................8</p&

5、gt;<p>　?。ㄆ撸?、單片機(jī)控制模塊...............................8</p><p>　　四、系統(tǒng)軟件設(shè)計..................................9</p><p>　　五、元件清單.....................................10</p><p>　　六、應(yīng)用

6、前景.....................................10</p><p>　　六、參考文獻(xiàn).....................................11</p><p>　　摘要：現(xiàn)今發(fā)達(dá)的交通在給人們帶來便捷的同時也帶來了許多的交通事故。發(fā)生交通事故的因素有很多。當(dāng)然，如果我們的汽車能夠更加智能，就是說事先能預(yù)測并顯示前面障礙物離車的距離，當(dāng)障礙

7、物距離很近時汽車會自動采取一些措施避開障礙物，這樣就能夠在很大程度上避免這些事故的發(fā)生。在本論文中，我們將會看到能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能的智能小車。</p><p>　　關(guān)鍵字：超聲波、測量、避障、單片機(jī)、語音</p><p><b>　　一、總體方案概述</b></p><p>　　本小車使用一臺AT89S51單片機(jī)作為主控芯片，它通過超聲波測距來獲

8、取小車距離障礙物的距離，并且用數(shù)碼管實時的顯示出來，在小車與障礙物的距離小于安全距離（用軟件設(shè)定）時，小車會發(fā)出“在距您車前方x（數(shù)碼顯示的實時距離）米的地方有一障礙物，請您注意避讓”的語音提示，并且拐彎，以避開障礙物，同時會點亮相應(yīng)側(cè)邊的發(fā)光二極管作為提示信號。在避開障礙物后，小車會沿直線前進(jìn)。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計的簡易智能小車分為幾個模塊：單片機(jī)控制系統(tǒng)、超聲波路面檢測系統(tǒng)、前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎控制電機(jī)以及

9、方向指示燈系統(tǒng)。它們之間的相互關(guān)系如下圖1所示。</p><p><b>　　二、總體電路原理圖</b></p><p><b>　　三、各模塊功能介紹</b></p><p>　?。ㄒ唬⒊暡y距模塊</p><p>　　首先利用單片機(jī)輸出一個40kHz的觸發(fā)信號，把觸發(fā)信號通過TRIG管腳輸入

10、到超聲波測距模塊，再由超聲波測距模塊的發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時單片機(jī)通過軟件開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物返回，超聲波測距模塊的接收器收到反射波后通過產(chǎn)生一個回應(yīng)信號并通過ECHO腳反饋給單片機(jī)，此時單片機(jī)就立即停止計時。時序圖如圖1所示。由于超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離，即：S=VT/2，通過單片機(jī)來算出距離。</p>

11、<p>　?。ǘ?、數(shù)碼管顯示模塊</p><p><b>　　1、數(shù)碼管顯示原理</b></p><p>　　數(shù)碼管有一位、雙位、四位等幾種。而不管將幾位數(shù)碼管連在一起，數(shù)碼管和顯示原理都是一樣的，都是靠點亮內(nèi)部的發(fā)光二極管來發(fā)光。數(shù)碼管的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如下頁圖所示：從（a）可看出，一位數(shù)碼管的引腳數(shù)是10個，顯示一個8字需要7個小段，另外還有一個小數(shù)點，所

12、以其內(nèi)部一共有8個小的發(fā)光二極管，最后還有一個公共端，生產(chǎn)商為了封裝統(tǒng)一，單位數(shù)碼管都封裝10個引腳。而它們的公共端又分為共陽極和共陰極。上頁圖的（b）和（c）分別為共陽極和共陰極數(shù)碼管的原理圖。</p><p>　　本小車的數(shù)碼管采用的是4位共陽極數(shù)碼管。所謂“共陽”就是指其內(nèi)部的8個發(fā)光二極管的陽極全部接在一起，而它們的陰極是獨立的，通常在設(shè)計電路時一般把陽極接VCC，當(dāng)我們給數(shù)碼管的任一個陰極加低電平時，對

13、應(yīng)的那個發(fā)光二極管就點亮了。</p><p>　　當(dāng)使用多位一體數(shù)碼管時，它們內(nèi)部的公共端是獨立的，而負(fù)責(zé)顯示什么數(shù)字的段線全部都是連在一起的，獨立的公共端可以控制多位數(shù)碼管中哪一位點亮。通常我們把公共端叫做“位選線”，連在一起的段線叫做“段選線”。</p><p>　　2、顯示部分C源程序的編寫：</p><p>　　由于在本電子鐘中4位數(shù)碼管的段選線是直接接在單

14、片機(jī)的P0口的，所以我們首先應(yīng)該計算出顯示各個數(shù)字所對應(yīng)的P0口輸出的二進(jìn)制編碼。例如如果要顯示一個“0”，對照上面的（a）圖，我們需要點亮數(shù)碼管中的a、b、c、d、e、f，而g和dp不點亮，故a、b、c、d、e、f、g、dp對應(yīng)的二進(jìn)制編碼就為：00000011。再對照數(shù)碼管段選線與單片機(jī)連接的順序就可得要賦給單片機(jī)P0口的值應(yīng)為10100000，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制就是a0。同理可以得到其它數(shù)字對應(yīng)的十六進(jìn)制編碼：</p>

15、<p>　　uchar code table[10]={0xa0,0xbe,0x62,0x2a,0x3c,0x29,0x21,0xba,0x20,0x28};</p><p>　　uchar code table_dot[10]={0x80,0x9e,0x42,0x0a,0x1c,0x09,0x01,0x9a,0x00,0x08};//帶小數(shù)點的數(shù)字段碼表</p><p>　　

16、3、數(shù)碼管實時顯示距離</p><p>　　用單片機(jī)控制四位共陽7段數(shù)碼管來動態(tài)顯示出測量距離。在總體電路圖中是通過單片機(jī)的P1 I/O口來控制數(shù)碼管的段選，通過P3.0到P3.3四個I/O口來控制四位數(shù)碼管的位顯示，具體的顯示是通過單片機(jī)的軟件來控制數(shù)碼管的數(shù)據(jù)顯示，把單片機(jī)計算出來的數(shù)據(jù)距離實時的顯示出來。</p><p>　?。ㄈ⒉竭M(jìn)電機(jī)控制模塊</p><p

17、>　　此模塊是用來作為小車前進(jìn)的動力和控制小車的避障。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是通過脈沖來驅(qū)動的，其步距角和轉(zhuǎn)速只與輸入的脈沖頻率有關(guān)，頻率越快，其轉(zhuǎn)速越快，因此，只需要控制驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率來控制步進(jìn)電機(jī)的工作，而步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動脈沖可以通過單片機(jī)來輸出。但由于步進(jìn)電機(jī)工作時需要較大的工作電流，因此需要用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片來驅(qū)動，如圖4所示，我們用ULN2803芯片來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，并且用單片機(jī)的P0

18、 I/O口來給ULN2803芯片輸入不同頻率的脈沖，再通過ULN2803來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　本小車使用的是兩個四相五線的步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動。我們知道，四相五線步進(jìn)電機(jī)共有五根線，其中紅色的接電源的正極，剩下的四根分別接在了ULN2803芯片的四個輸出端，其對應(yīng)的輸入端則接在了單片機(jī)的P1.0~P1.3端口，要使電機(jī)工作，則只需讓四個I/O口依次輸出高電平。電機(jī)勵磁表如下所示：</p>

19、<p>　　小車的前面兩個輪子分別用兩個步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動，當(dāng)兩個步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一樣的時候，車子將沿直線前進(jìn)，而兩個步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不一樣的時候，車子就會拐彎，例如，左邊的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速比右邊的快的話，車子將向右邊拐彎，只要控制好兩個步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比和不同轉(zhuǎn)速的時間，就可以精確的控制小車的避障行為。</p><p>　　（四）、語音提示模塊</p><p>　　此模塊是用來提供語音提示的

20、，當(dāng)小車距離障礙物距離（這個距離可以自行設(shè)定）很近時，小車的控制系統(tǒng)會發(fā)出“在距您車前方x米的地方有一障礙物，請您注意避讓”的語音提示。</p><p>　　此功能是用ISD1760語音芯片來實現(xiàn)，預(yù)先給語音芯片錄入“在距您車前方”，“米的地方有一障礙物，請您注意避讓”，“0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6” ，“7”，“8”，“9”，“10”等語音信息，在通過單片機(jī)程序來控制語音芯片的定點放音，

21、來實現(xiàn)語音提示。</p><p>　　由總體電路圖，用單片機(jī)的P2.2到P2.5四個I/O口來控制ISD1760語音芯片的定點放音。</p><p>　　ISD1760工作原理：如圖所示，通過REC鍵來進(jìn)行錄音，錄音時要一直按住REC鍵，錄完一段語音后松開REC鍵，按動PLAY鍵可以對剛才的錄音播放出來；VOL鍵可以加減音量，每按動一次VOL鍵，聲音就增大一級，由于只有8級音量調(diào)節(jié)，所以在

22、第9次按動VOL鍵時，聲音又回到了最小音量；ERASE鍵可以對已經(jīng)錄入的語音進(jìn)行擦除，短按此鍵可以擦除上一段錄音，長按此鍵可以擦除所有錄音；通過SS、SCLK、MISO、MOSI腳與單片機(jī)進(jìn)行SPI通信，單片機(jī)就是通過這幾個腳實現(xiàn)對ISD1760的定點放音。</p><p>　　（五）、速度自控模塊</p><p>　　此模塊的功能是通過按鍵自行輸入一個速度后，小車就會按照輸入的速度進(jìn)行直

23、線前進(jìn)，直到遇到障礙物。</p><p>　　如圖所示，通過S2、S3來輸入設(shè)定的速度，此時是通過數(shù)碼管來顯示輸入的數(shù)字，設(shè)定結(jié)束后，小車就會按照此速度前進(jìn)，不過這只是一個象征性的速度，實際前進(jìn)速度并不是輸入的速度，而是以速度的快慢來反映這一功能的。</p><p>　?。?、信號提示模塊</p><p>　　此功能就是相當(dāng)于汽車的轉(zhuǎn)向燈和剎車燈。</p&g

24、t;<p>　　把L2、L3、L4、L5四個發(fā)光二極管分別安裝在小車的四個角上，當(dāng)小車在拐彎時相應(yīng)側(cè)邊的發(fā)光二極管點亮，并且閃動；當(dāng)小車在減速時小車后面的發(fā)光二極管點亮且閃動。</p><p>　　（七）、單片機(jī)控制模塊</p><p>　　此模塊是小車的最重要部分，它控制著超聲波測距模塊、數(shù)碼管顯示模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、語音提示模塊、速度自控模塊和信號提示模塊的工作。&l

25、t;/p><p>　　單片機(jī)通過計時器記錄超聲波發(fā)射和接受的時間差，來計算出小車距離障礙物的距離，控制P1口的高低電平來控制數(shù)碼管顯示，通過輸出不同頻率的脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)的工作，通過SPI協(xié)議與ISD1760語音芯片進(jìn)行通信，來控制語音芯片的定點放音，實現(xiàn)語音提示功能。</p><p><b>　　四、系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　本

26、設(shè)計系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑定時子程序、電機(jī)驅(qū)動子程序﹑中斷子程序、顯示子程序﹑調(diào)速子程序﹑算法子程序構(gòu)成。主程序流程圖如圖2所示。其中：避障中斷服務(wù)子程序完成對超聲波探測器產(chǎn)生的外部中斷進(jìn)行處理，如果超出預(yù)定的危險距離就左轉(zhuǎn)進(jìn)行避障。遙控中斷服務(wù)子程序完成對遙控信號產(chǎn)生的外部中斷進(jìn)行處理，對不同的遙控信號產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號。在定時中斷服務(wù)子程序，完成定時與里程的計算。</p><p><b>

27、;　　五、原件清單</b></p><p><b>　　五、應(yīng)用前景</b></p><p>　　本智能小車系統(tǒng)最誘人的前景就是可用于未來的智能汽車上了。當(dāng)駕駛員因疏忽或打瞌睡時這樣的智能汽車的設(shè)計就能體現(xiàn)出它的作用。如果汽車偏離車道或距障礙物小于安全距離時，汽車就會發(fā)出報警，提醒駕駛員注意，如果駕駛員沒有及時作出反應(yīng)，汽車就會自動減速或停靠于路邊。<

28、;/p><p>　　這樣的小車還可以用于月球探測等的無人探月車，幫助我們傳達(dá)月球上更多的信息，讓我們更加的了解月球，為將來登月做好充分準(zhǔn)備。</p><p>　　這樣的小車在科學(xué)考察探測車上也有廣闊的應(yīng)用前景。在科學(xué)考察中，有許多很危險且人們無法涉足的地方，這時，智能科學(xué)考察車就能夠派上用場，在它上面裝上攝像機(jī)，代替人們進(jìn)行許多無法進(jìn)行的工作。</p><p><

29、b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略.北京：電子工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[2] 宋戈，黃鶴松，員玉良，蔣海峰.51單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)范例大全.北京：人民郵電出版社，2010</p><p>　　[3] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.北京：高等教