基于at89s51超聲波避障智能小車(chē)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　姓名： </p><p>　　班級(jí)： </p><p>　　學(xué)號(hào)： </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(cè)距模塊................................4</p><p>　?。ǘ?、數(shù)碼管顯示模塊................................4</p><p>　　（三）、步進(jìn)電機(jī)控制模塊......................

4、........6</p><p>　　（四）、語(yǔ)音提示模塊..................................7</p><p>　　（五）、速度自控模塊..................................8</p><p>　　（六）、信號(hào)提示模塊..................................8</p&

5、gt;<p>　?。ㄆ撸纹瑱C(jī)控制模塊...............................8</p><p>　　四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)..................................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(lái)便捷的同時(shí)也帶來(lái)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(chē)能夠更加智能，就是說(shuō)事先能預(yù)測(cè)并顯示前面障礙物離車(chē)的距離，當(dāng)障礙

7、物距離很近時(shí)汽車(chē)會(huì)自動(dòng)采取一些措施避開(kāi)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(huì)看到能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能的智能小車(chē)。</p><p>　　關(guān)鍵字：超聲波、測(cè)量、避障、單片機(jī)、語(yǔ)音</p><p><b>　　一、總體方案概述</b></p><p>　　本小車(chē)使用一臺(tái)AT89S51單片機(jī)作為主控芯片，它通過(guò)超聲波測(cè)距來(lái)獲

8、取小車(chē)距離障礙物的距離，并且用數(shù)碼管實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)，在小車(chē)與障礙物的距離小于安全距離（用軟件設(shè)定）時(shí)，小車(chē)會(huì)發(fā)出“在距您車(chē)前方x（數(shù)碼顯示的實(shí)時(shí)距離）米的地方有一障礙物，請(qǐng)您注意避讓”的語(yǔ)音提示，并且拐彎，以避開(kāi)障礙物，同時(shí)會(huì)點(diǎn)亮相應(yīng)側(cè)邊的發(fā)光二極管作為提示信號(hào)。在避開(kāi)障礙物后，小車(chē)會(huì)沿直線前進(jìn)。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易智能小車(chē)分為幾個(gè)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)、超聲波路面檢測(cè)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(cè)距模塊</p><p>　　首先利用單片機(jī)輸出一個(gè)40kHz的觸發(fā)信號(hào)，把觸發(fā)信號(hào)通過(guò)TRIG管腳輸入

10、到超聲波測(cè)距模塊，再由超聲波測(cè)距模塊的發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)單片機(jī)通過(guò)軟件開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物返回，超聲波測(cè)距模塊的接收器收到反射波后通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)回應(yīng)信號(hào)并通過(guò)ECHO腳反饋給單片機(jī)，此時(shí)單片機(jī)就立即停止計(jì)時(shí)。時(shí)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(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離，即：S=VT/2，通過(guò)單片機(jī)來(lái)算出距離。</p>

11、<p>　?。ǘ?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(diǎn)亮內(nèi)部的發(fā)光二極管來(lái)發(fā)光。數(shù)碼管的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖所示：從（a）可看出，一位數(shù)碼管的引腳數(shù)是10個(gè)，顯示一個(gè)8字需要7個(gè)小段，另外還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，所

12、以其內(nèi)部一共有8個(gè)小的發(fā)光二極管，最后還有一個(gè)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(gè)引腳。而它們的公共端又分為共陽(yáng)極和共陰極。上頁(yè)圖的（b）和（c）分別為共陽(yáng)極和共陰極數(shù)碼管的原理圖。</p><p>　　本小車(chē)的數(shù)碼管采用的是4位共陽(yáng)極數(shù)碼管。所謂“共陽(yáng)”就是指其內(nèi)部的8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極全部接在一起，而它們的陰極是獨(dú)立的，通常在設(shè)計(jì)電路時(shí)一般把陽(yáng)極接VCC，當(dāng)我們給數(shù)碼管的任一個(gè)陰極加低電平時(shí)，對(duì)

13、應(yīng)的那個(gè)發(fā)光二極管就點(diǎn)亮了。</p><p>　　當(dāng)使用多位一體數(shù)碼管時(shí)，它們內(nèi)部的公共端是獨(dú)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(dú)立的公共端可以控制多位數(shù)碼管中哪一位點(diǎn)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(xiě)：</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(jì)算出顯示各個(gè)數(shù)字所對(duì)應(yīng)的P0口輸出的二進(jìn)制編碼。例如如果要顯示一個(gè)“0”，對(duì)照上面的（a）圖，我們需要點(diǎn)亮數(shù)碼管中的a、b、c、d、e、f，而g和dp不點(diǎn)亮，故a、b、c、d、e、f、g、dp對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼就為：00000011。再對(duì)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(duì)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(diǎn)的數(shù)字段碼表</p><p>　　

16、3、數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示距離</p><p>　　用單片機(jī)控制四位共陽(yáng)7段數(shù)碼管來(lái)動(dòng)態(tài)顯示出測(cè)量距離。在總體電路圖中是通過(guò)單片機(jī)的P1 I/O口來(lái)控制數(shù)碼管的段選，通過(guò)P3.0到P3.3四個(gè)I/O口來(lái)控制四位數(shù)碼管的位顯示，具體的顯示是通過(guò)單片機(jī)的軟件來(lái)控制數(shù)碼管的數(shù)據(jù)顯示，把單片機(jī)計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)距離實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)。</p><p>　　（三）、步進(jìn)電機(jī)控制模塊</p><p

17、>　　此模塊是用來(lái)作為小車(chē)前進(jìn)的動(dòng)力和控制小車(chē)的避障。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)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(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的工作，而步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖可以通過(guò)單片機(jī)來(lái)輸出。但由于步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)需要較大的工作電流，因此需要用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)，如圖4所示，我們用ULN2803芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，并且用單片機(jī)的P0

18、 I/O口來(lái)給ULN2803芯片輸入不同頻率的脈沖，再通過(guò)ULN2803來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　本小車(chē)使用的是兩個(gè)四相五線的步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。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(gè)輸出端，其對(duì)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(gè)I/O口依次輸出高電平。電機(jī)勵(lì)磁表如下所示：</p>

19、<p>　　小車(chē)的前面兩個(gè)輪子分別用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一樣的時(shí)候，車(chē)子將沿直線前進(jìn)，而兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不一樣的時(shí)候，車(chē)子就會(huì)拐彎，例如，左邊的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速比右邊的快的話，車(chē)子將向右邊拐彎，只要控制好兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比和不同轉(zhuǎn)速的時(shí)間，就可以精確的控制小車(chē)的避障行為。</p><p>　?。ㄋ模⒄Z(yǔ)音提示模塊</p><p>　　此模塊是用來(lái)提供語(yǔ)音提示的

20、，當(dāng)小車(chē)距離障礙物距離（這個(gè)距離可以自行設(shè)定）很近時(shí)，小車(chē)的控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出“在距您車(chē)前方x米的地方有一障礙物，請(qǐng)您注意避讓”的語(yǔ)音提示。</p><p>　　此功能是用ISD1760語(yǔ)音芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，預(yù)先給語(yǔ)音芯片錄入“在距您車(chē)前方”，“米的地方有一障礙物，請(qǐng)您注意避讓”，“0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6” ，“7”，“8”，“9”，“10”等語(yǔ)音信息，在通過(guò)單片機(jī)程序來(lái)控制語(yǔ)音芯片的定點(diǎn)放音，

21、來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示。</p><p>　　由總體電路圖，用單片機(jī)的P2.2到P2.5四個(gè)I/O口來(lái)控制ISD1760語(yǔ)音芯片的定點(diǎn)放音。</p><p>　　ISD1760工作原理：如圖所示，通過(guò)REC鍵來(lái)進(jìn)行錄音，錄音時(shí)要一直按住REC鍵，錄完一段語(yǔ)音后松開(kāi)REC鍵，按動(dòng)PLAY鍵可以對(duì)剛才的錄音播放出來(lái)；VOL鍵可以加減音量，每按動(dòng)一次VOL鍵，聲音就增大一級(jí)，由于只有8級(jí)音量調(diào)節(jié)，所以在

22、第9次按動(dòng)VOL鍵時(shí)，聲音又回到了最小音量；ERASE鍵可以對(duì)已經(jīng)錄入的語(yǔ)音進(jìn)行擦除，短按此鍵可以擦除上一段錄音，長(zhǎng)按此鍵可以擦除所有錄音；通過(guò)SS、SCLK、MISO、MOSI腳與單片機(jī)進(jìn)行SPI通信，單片機(jī)就是通過(guò)這幾個(gè)腳實(shí)現(xiàn)對(duì)ISD1760的定點(diǎn)放音。</p><p>　　（五）、速度自控模塊</p><p>　　此模塊的功能是通過(guò)按鍵自行輸入一個(gè)速度后，小車(chē)就會(huì)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(guò)S2、S3來(lái)輸入設(shè)定的速度，此時(shí)是通過(guò)數(shù)碼管來(lái)顯示輸入的數(shù)字，設(shè)定結(jié)束后，小車(chē)就會(huì)按照此速度前進(jìn)，不過(guò)這只是一個(gè)象征性的速度，實(shí)際前進(jìn)速度并不是輸入的速度，而是以速度的快慢來(lái)反映這一功能的。</p><p>　?。?、信號(hào)提示模塊</p><p>　　此功能就是相當(dāng)于汽車(chē)的轉(zhuǎn)向燈和剎車(chē)燈。</p&g

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

25、t;/p><p>　　單片機(jī)通過(guò)計(jì)時(shí)器記錄超聲波發(fā)射和接受的時(shí)間差，來(lái)計(jì)算出小車(chē)距離障礙物的距離，控制P1口的高低電平來(lái)控制數(shù)碼管顯示，通過(guò)輸出不同頻率的脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的工作，通過(guò)SPI協(xié)議與ISD1760語(yǔ)音芯片進(jìn)行通信，來(lái)控制語(yǔ)音芯片的定點(diǎn)放音，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示功能。</p><p><b>　　四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本

26、設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑定時(shí)子程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(duì)超聲波探測(cè)器產(chǎn)生的外部中斷進(jìn)行處理，如果超出預(yù)定的危險(xiǎn)距離就左轉(zhuǎn)進(jìn)行避障。遙控中斷服務(wù)子程序完成對(duì)遙控信號(hào)產(chǎn)生的外部中斷進(jìn)行處理，對(duì)不同的遙控信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。在定時(shí)中斷服務(wù)子程序，完成定時(shí)與里程的計(jì)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(chē)系統(tǒng)最誘人的前景就是可用于未來(lái)的智能汽車(chē)上了。當(dāng)駕駛員因疏忽或打瞌睡時(shí)這樣的智能汽車(chē)的設(shè)計(jì)就能體現(xiàn)出它的作用。如果汽車(chē)偏離車(chē)道或距障礙物小于安全距離時(shí)，汽車(chē)就會(huì)發(fā)出報(bào)警，提醒駕駛員注意，如果駕駛員沒(méi)有及時(shí)作出反應(yīng)，汽車(chē)就會(huì)自動(dòng)減速或停靠于路邊。<

28、;/p><p>　　這樣的小車(chē)還可以用于月球探測(cè)等的無(wú)人探月車(chē)，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(lái)登月做好充分準(zhǔn)備。</p><p>　　這樣的小車(chē)在科學(xué)考察探測(cè)車(chē)上也有廣闊的應(yīng)用前景。在科學(xué)考察中，有許多很危險(xiǎn)且人們無(wú)法涉足的地方，這時(shí)，智能科學(xué)考察車(chē)就能夠派上用場(chǎng)，在它上面裝上攝像機(jī)，代替人們進(jìn)行許多無(wú)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(yǔ)言教程——入門(mén)、提高、開(kāi)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(kāi)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