小車避障課程設(shè)計說明書

1、<p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 教育機(jī)器人避障 </p><p>　　院 系： 自動化測試與控制系 </p><p>　　班 級： </p><p>　　設(shè) 計 者： &l

2、t;/p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計時間： 2012.09 </p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　*注：此任務(wù)書由課程設(shè)計指導(dǎo)教師填

3、寫</p><p><b>　　課程設(shè)計開題報告</b></p><p>　　題 目：教育機(jī)器人避障</p><p>　　院 （系） 自動化測試與控制系 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　學(xué) 生 </p>

4、<p>　　學(xué) 號 </p><p>　　班 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　開題報告日期 2012.08.28 </p><p><b>　　2005年9月</b></p><

5、p>　　課題研究目的及意義：</p><p>　　隨著近些年來智能小車的流行，很多人都通過自己動手模仿制作一款智能小車來培養(yǎng)自己對單片機(jī)研究的興趣。伴隨而來的就是帶有不同功能不同硬件組裝而成的智能小車的誕生。通過對本課題---避障小車的研究開發(fā)，我們可以了解單片機(jī)開發(fā)過程，掌握單片機(jī)的各部分組成及功能。同時有利于程序編寫能力的提高。通過設(shè)計程序流程圖，建立編寫程序的基本思想。最后我們也可以提高個人遇到問題、

6、分析問題、解決問題的能力。</p><p>　　本次課程設(shè)計欲在動手實踐過程中提高自己編寫程序的能力，進(jìn)一步鞏固上學(xué)期對單片機(jī)課本內(nèi)容的理論學(xué)習(xí)，從課本走向日常生活。由于單片機(jī)具有顯著的優(yōu)點，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用：單片機(jī)廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化。單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用：微機(jī)控制的車床、鉆床等。單

7、片機(jī)在實時控制中的應(yīng)用：在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種實時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用：在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用：洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大

8、容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計，大家會帶著更多的熱情關(guān)注單片機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展過程，甚至投入到產(chǎn)品的開發(fā)中來。</p><p><b>　　研究內(nèi)容：</b></p><p>　　功能：能夠?qū)ξ矬w運動方向受到的阻礙作出各種躲避障礙的動作。 </p><p>　　超聲波

9、模塊原理：超聲模塊通過發(fā)射器向四面八方發(fā)射出去，發(fā)射出的超聲波在空氣中沿直線傳播，遇到障礙物后發(fā)生反射反應(yīng)。超聲波接收器收到被障礙物反射回的超聲波以后，經(jīng)由內(nèi)部計算得到障礙物的距離信號。 </p><p>　　圖（1） 避障小車</p><p>　　圖（2） 超聲波模塊</p><p>　　1.教育機(jī)器人簡介：</p><p><b

10、>　　教育機(jī)器人組成：</b></p><p>　　機(jī)器人的核心芯片為Atmel公司生產(chǎn)的8位AT89S52單片機(jī)，是一種高性能CMOS、低功耗的8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k Bytes Flash，運用ISP（in-system programmable）的可反復(fù)擦寫1000次；只讀程序存儲器器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及其引腳結(jié)構(gòu)。在實際工程應(yīng)

11、用中，功能強(qiáng)大的AT89S52已成為許多提供高性價比嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案。</p><p>　　教育機(jī)器人由一塊教學(xué)底板和車體部分組成，機(jī)器人的動作由伺服電機(jī)控制。伺服電機(jī)與單片機(jī)接口的連接，通過P1_0引腳的控制輸出用來控制右的伺服電機(jī)，而P1_1則用來控制左邊的伺服電機(jī)。</p><p>　　如圖所示為電機(jī)連接原理圖和實際接線圖</p><p>　　圖（

12、3）電機(jī)連接原理圖和實際接線圖</p><p>　　機(jī)器人伺服電機(jī)控制原理 ：</p><p>　　控制電機(jī)運動轉(zhuǎn)速的是高電平持續(xù)的時間，當(dāng)高電平持續(xù)時間為1.3ms時，電機(jī)順時針全速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)高電平持續(xù)時間1.7ms時，電機(jī)逆時針?biāo)傩D(zhuǎn)。 </p><p>　　圖（4）標(biāo)定后，電機(jī)靜止的脈沖序列</p><p>　　圖（5） 電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動的

13、脈沖序列</p><p>　　圖（6）電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動的脈沖序列</p><p>　　機(jī)器人伺服電機(jī)如何調(diào)零： </p><p>　　零速度點（1.5ms脈寬序列），一個順時針最大速度點（1.7ms脈寬序列），和一個逆時針的最大速度點（1.3ms脈寬序列），其中越靠近零速度點，速度越小，遠(yuǎn)離零點越大速度越大。 </p><p>　　通過發(fā)送一個

14、校準(zhǔn)信號到伺服電機(jī)，連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的零位信號為1.5ms。如果電機(jī)還沒有進(jìn)行零點標(biāo)定，如圖所示，用螺絲刀輕輕調(diào)節(jié)馬達(dá)上的電位器，直到馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動。</p><p><b>　　圖（7）調(diào)零</b></p><p>　　2.程序設(shè)計流程圖：</p><p>　　三．關(guān)鍵問題及解決辦法：</p><p><b>

15、　　關(guān)鍵問題：</b></p><p>　　1.通過單片機(jī)驅(qū)動小車前進(jìn)、后退、加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等的基本程序模塊；</p><p>　　2.分析怎樣控制輪子的旋轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)基本功能；</p><p>　　3．了解超聲波模塊的測距原理；</p><p>　　4.編寫超聲波測距子程序；</p><p>　　5

16、.調(diào)試，根據(jù)小車運行情況適當(dāng)改寫程序；</p><p><b>　　解決辦法：</b></p><p>　　1.仔細(xì)閱讀課程設(shè)計指導(dǎo)書，了解單片機(jī)如何控制伺服電機(jī)運轉(zhuǎn)；</p><p>　　2.具體分析小車模型，找到與小車運動方式相對應(yīng)的電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方式；</p><p>　　3.查找小車所用超聲波模塊型號，去網(wǎng)上搜索單片

17、機(jī)控制此超聲波的驅(qū)動程序，也可參考指導(dǎo)書相應(yīng)程序；</p><p>　　4.認(rèn)真觀察小車運行狀態(tài)，將錯誤的運行現(xiàn)象當(dāng)做正確的運行現(xiàn)象去分析，因為現(xiàn)象并沒有“對錯”，找到小車這樣運行的可能原因，然后修改調(diào)試。</p><p><b>　　課題完成情況：</b></p><p>　　經(jīng)過十天的努力，本次課程設(shè)計如期的完成了規(guī)定的任務(wù)：</p&

18、gt;<p>　　1)2012.8.27——2012.8.28：通過閱讀課程設(shè)計指導(dǎo)書，去網(wǎng)站查找單片機(jī)方面的資料，基本了解了小車避障的原理，本次課設(shè)采用的是超聲波模塊進(jìn)行距離測量，因為超聲波模塊可以提供無接觸的測量，從3cm到1.8m距離測量，可以用來辨別障礙物，同時可以非常容易的連接到微控制器上。通過此模塊，可以獲得在聲納范圍內(nèi)的確切的障礙物的距離，機(jī)器人就可以像蝙蝠一樣通過聲納來感知周圍的環(huán)境，同時根據(jù)障礙物的距離精

19、確地控制電機(jī)運行，從而讓機(jī)器人可以輕松地避開障礙物；</p><p>　　2)2012.8.29——2012.8.30：通過前兩天對基本知識的了解，繪制程序流程圖，并編寫簡單的小車運行程序，包括小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、加速、減速的程序；</p><p>　　3)2012.8.31——2012.9.3：研究算法，設(shè)計避障小車總體程序；</p><p>　　4)20

20、12.9.4——2012.9.5：調(diào)試小車；</p><p>　　5)2012.9.6——2012.9.7：撰寫避障小車說明書，并驗收。</p><p>　　附錄：小車避障程序：</p><p>　　/***************************************************************</p><p>

21、;　　程序名：小車避障程序</p><p>　　硬件支持：AT89S52</p><p>　　接口說明：P1_0控制右側(cè)伺服電機(jī)，P1_1控制左側(cè)伺服電機(jī)，P1_5接sin</p><p>　　**************************************************************/</p><p>　　#

22、include<reg51.h>//通用89C51頭文件</p><p>　　sbit sin=P1^5;</p><p>　　sbit p1=P1^0;</p><p>　　sbit p2=P1^1; //按位定義SFR中的存儲器名</p><p&g

23、t;　　unsigned int dis=0;</p><p>　　unsigned int Ltime,Htime,Time; //定義全局變量</p><p>　　/**************************************************************</p><p>　　函數(shù)名：納秒級CP

24、U延時函數(shù)</p><p>　　調(diào)用：delay(1)</p><p>　　參數(shù)：1~65535</p><p><b>　　返回值：無</b></p><p>　　結(jié)果：占用CPU方式延時與參數(shù)相等的納秒時間</p><p>　　*********************************

25、*****************************/</p><p>　　void delay(unsigned int i)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　i=i/10;</b></p><p>　　while(--i);</p><

26、;p><b>　　} </b></p><p>　　/**************************************************************</p><p>　　函數(shù)名：CPU延時函數(shù) </p><p>　　調(diào)用：delay1（1）</p><p>　　參數(shù)：1~65535

27、</p><p><b>　　返回值：無</b></p><p>　　結(jié)果：占用CPU方式延時與參數(shù)相等的時間</p><p>　　**************************************************************/</p><p>　　void delay1(unsigned

28、int i)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(--i);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**************************************************************</p&g

29、t;<p>　　函數(shù)名：超聲波測距程序</p><p>　　調(diào)用：getx（1）</p><p><b>　　參數(shù)：1~255</b></p><p><b>　　返回值：無</b></p><p>　　結(jié)果：測量與障礙物之間的距離</p><p>　　****

30、*********************************************************/</p><p>　　void getx(unsigned char a)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TH0=0;</b></p><p>&

31、lt;b>　　TL0=0;</b></p><p><b>　　if(a)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　sin=0;</b></p><p><b>　　sin=1;</b></p&g

32、t;<p>　　delay1(1);</p><p><b>　　sin=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　while(sin);</p><p>　　while(!sin);</p><p><b>　　TR0

33、=1;</b></p><p>　　while(sin);</p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p>　　Ltime=TL0;</p><p>　　Htime=TH0;</p><p>　　Time=Htime*256+Ltime;</p><

34、;p>　　dis=Time/(2*29);</p><p><b>　　} </b></p><p>　　/**************************************************************</p><p>　　函數(shù)名：小車左轉(zhuǎn)程序</p><p><b>

35、;　　調(diào)用：left()</b></p><p><b>　　參數(shù)：無</b></p><p><b>　　返回值：無</b></p><p><b>　　結(jié)果：小車左轉(zhuǎn)</b></p><p>　　*********************************

36、*****************************/ </p><p>　　void left()</p><p>　　{ unsigned char y;</p><p>　　for(y=0;y<18;y++)</p><p><b>

37、;　　{</b></p><p><b>　　p1 =1;</b></p><p>　　delay(1300);</p><p><b>　　p1 =0;</b></p><p>　　delay(20000);</p><p><b>　　p2 =1;&

38、lt;/b></p><p>　　delay(1300);</p><p><b>　　p2 =0;</b></p><p>　　delay(20000);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></

39、p><p>　　/**************************************************************</p><p>　　函數(shù)名：小車右轉(zhuǎn)程序</p><p>　　調(diào)用：right（）</p><p><b>　　參數(shù)：無</b></p><p><b&

40、gt;　　返回值：無</b></p><p><b>　　結(jié)果：小車右轉(zhuǎn)</b></p><p>　　**************************************************************/</p><p>　　void right()</p><p>　　{unsign

41、ed char y;</p><p>　　for(y=0;y<18;y++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　p1 =1;</b></p><p>　　delay(1700);</p><p><b>　　p1 =0;<

42、;/b></p><p>　　delay(20000);</p><p><b>　　p2 =1;</b></p><p>　　delay(1700);</p><p><b>　　p2 =0;</b></p><p>　　delay(20000);</p>

43、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**************************************************************</p><p>　　函數(shù)名：小車前進(jìn)程序</p><p>　　調(diào)用

44、：forward（）</p><p><b>　　參數(shù)：無</b></p><p><b>　　返回值：無</b></p><p><b>　　結(jié)果：小車前進(jìn)</b></p><p>　　*********************************************

45、*****************/</p><p>　　void forward()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　for(i=0;i<5;i++)</p><p><b>　

46、　{p1 =1;</b></p><p>　　delay(1300);</p><p><b>　　p1 =0;</b></p><p>　　delay(20000);</p><p><b>　　p2 =1;</b></p><p>　　delay(1700);

47、</p><p><b>　　p2 =0;</b></p><p>　　delay(20000);}</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************************************************************<

48、;/p><p><b>　　函數(shù)名：主函數(shù)</b></p><p><b>　　調(diào)用：main（）</b></p><p><b>　　參數(shù)：無</b></p><p><b>　　返回值：無</b></p><p><b>

49、　　結(jié)果：</b></p><p>　　****************************************************************/</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01;</p&

50、gt;<p><b>　　EA=1;</b></p><p>　　ET0=1;TR0=1; //定時器T0初始化，T/C方式寄存器TMOD選擇工作方式為16位T/C，開啟T/C0，允許中斷</p><p>　　forward();</p><p><b>

51、;　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　getx(1); </b></p><p>　　if(dis>10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　fo

52、rward();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　left();</b></p><p><b>　

53、　getx(1);</b></p><p>　　if(dis>10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　forward();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b>

54、</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　right();</b></p><p><b>　　right();</b></p><p><b>　　getx(1);</b></p><p>　　if(d

55、is>10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　forward();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b><

56、;/p><p><b>　　right();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>&

57、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　問題與解決方案：</b></p><p><b>　　問題：</b></p><p><b>　　編程思路；</b></p><p>　　小車“一頓一頓”前進(jìn)問題；

58、</p><p>　　程序燒不進(jìn)單片機(jī)內(nèi)；</p><p>　　小車可能撞到障礙物然后才會拐彎；</p><p><b>　　解決方案：</b></p><p>　　設(shè)計任務(wù)拿到手中無從下手，我到圖書館中查找了一些書籍，大略將杜洋的《愛上單片機(jī)》一書翻閱了一遍，他提倡了一種“虛擬積木”的方法，積木里包含單片機(jī)C語言編程常

59、用的函數(shù)模塊與語句，編寫一般程序只要復(fù)制、黏貼，應(yīng)用程序即可搞定。</p><p><b>　　第一步：畫流程圖；</b></p><p>　　第二步：將流程圖中的區(qū)塊變成具體的程序語句；</p><p>　　第三步：按照流程圖編寫主函數(shù)；</p><p>　　編程的盡頭有三件東西：應(yīng)用程序，驅(qū)動程序與算法。通過對這本書

60、的閱讀，我對本次課程設(shè)計有了基本的思路與著手點。</p><p>　　首先將這種現(xiàn)象當(dāng)做一種正確現(xiàn)象去分析，我們通過再次分析所編寫的程序，發(fā)現(xiàn)小車只執(zhí)行一遍forward()函數(shù)就繼續(xù)前進(jìn)了，于是我們在forward()程序中加進(jìn)了一個for循環(huán)，但事實證明用處并不大，小車仍然有“一頓一頓”的現(xiàn)象，只不過相隔兩次之間運行的距離稍遠(yuǎn)一些。靜下來繼續(xù)分析，我們會發(fā)現(xiàn)，小車之所以會產(chǎn)生這種現(xiàn)象使由于小車在運行完forw

61、ard（）程序之后，在進(jìn)行測距程序運行過程中所用時間過長，修改思路有兩種：一是重新編寫測距程序模塊，這也是我們最初只想到的方法，后來在老師的指導(dǎo)下，通過改變延時程序的時間，最終實現(xiàn)了理想結(jié)果。</p><p>　　先取下超聲波測距模塊，帶程序燒進(jìn)去后再重新安上即可；</p><p>　　小車的速度稍有些快，我們可以通過改變小車的速度來實現(xiàn)，我想也可通過用PWM引腳進(jìn)行控制，通過改變占空比，

62、從而控制小車速度，但由于時間關(guān)系，并未嘗試。</p><p><b>　　心得體會：</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計，培養(yǎng)了我對單片機(jī)研究的濃厚興趣。之前一直停留于書本上的理論知識，稍顯枯燥乏味，但當(dāng)將其運用于實際生活中時，單片機(jī)顯得很好玩。而且通過自己的動手實踐，將理論與實踐相結(jié)合，才將之前一些死記硬背的知識點真正的記住了。</p>&l

63、t;p>　　課程設(shè)計只是一個開始，課程設(shè)計期間我在網(wǎng)絡(luò)上找到了好多個關(guān)于單片機(jī)設(shè)計實物方面的網(wǎng)站，上面有大家自己手工制作的小創(chuàng)意，以后有機(jī)會可以不時地去研究一下，對自己也是大有裨益。</p><p>　　通過與同學(xué)的討論研究，此次課程設(shè)計才得以順利完成，感謝同學(xué)們的幫助，也感謝老師的指點，愿未來道路上我們共同進(jìn)步。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b>

64、</p><p>　　杜洋 愛上單片機(jī).2版 北京·人民郵電出版社 2011年10月</p><p>　　胡瑞強(qiáng) 李成偉 周慶東 于彤彥 單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計指導(dǎo)書 哈爾濱·測控技術(shù)與儀器實驗中心 2012年7月</p><p>　　張毅剛 單片機(jī)原理及應(yīng)用 北京·高等教育出版社2012.01月</p>