基于距离感知的自动玩具小车系统的设计实现毕业论文(编辑修改稿)

基于距离感知的自动玩具小车系统的设计实现毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

后者金属齿 的 ， 两者标称的扭力也差很多 的。 春天 sr403p 和 Dynamixel AX12+是 机械 机器人专用 私服 舵机 ，不同的是前者是国产 的，后者是韩国生产的 ，两者都是金属齿 的 标称扭力 都在 13kg 以上，但前者 国产 只是改改样子的模拟 私服 舵机，后者则是RS485 串口通信 控制 ，具有位置反馈 电路 ，而且还具有速度反馈 功能 与温度反馈功能的数字私服舵机，两者在性能以及 价格上相差很大 的。 除了体积 外，外形和扭力也有 不同选择， 私服 舵机的反应速度 以及 虚位也要考虑 进去 ，一般 私服 舵机的标称反应速度常见 为 秒/60176。 和 秒 /60176。 ， 有些 好些的舵机有 秒 /60176。 等的，数值 越 小反应就快。 厂商所提供的 私服 舵机规格资料 中 ， 一般 都会包含 有 外形尺寸 大小 (mm)、 扭力 (kg/cm)、 速度 (秒/60176。 )、测试 供电 电压 选择 (V)及 私服 舵机 重量 (g)等基本 参考 资料。 扭力的 基本 单位是 kg/cm，合肥学院计算机科学与技术系毕业论文 8 意思是在摆臂长度 为 1 CM 处 时 ，能吊起 多少 公斤重的物体。 这就是力臂 大小 的观念，因此摆臂长度愈长， 就会导致 扭力愈小。 速度的单位 一般 是 sec/60176。 ，意思是舵机转动 60176。 所需要 的 作用 时 间。 电 压 也 会 直 接 影 响 舵 机 转动 的 性 能 ， 例如 Futaba S9001 在 时 平均 扭力 在 为 、速度 平均 为 秒 /60176。 ，在 时扭力 平均 为 、速度 平均 为 秒 /60176。 若无特别注明， JR 的 私服 舵机都是以 为 供电测试电压， Futaba 则是以 作为 供电 测试电压。 速度 响应 快、扭力 很 大的舵机，除了价格贵 外，还会伴随着 高耗电的特点。 因此 在 使用高级的舵机时， 一定 必搭配高品质 的 、高容量的 好 电池，能提供稳定且充裕的 电量。 如今 市面上的 私服舵机鱼龙混杂，总的 来说仿品不如正品 好 ，便宜的不如贵的 好 ，塑料齿的不如金属齿的 好 ，老的不如新的 好 ，国内的不如外国的 好 等等，大家不必过于追求极致 根据 自身的设计满足要求即可 ，根据自身购买力选择够用的就 行 了。 舵机控制原理及编程方法 、 供电 说明： 常用 私服 舵机的额定工作电压 一般 为 6V，可以使用 LM1117 等 稳压 芯片提供 6V 的电压，如果为了简化硬件电路 的设计直接使用 7805 稳压 芯片稳压 5V 的供电影响也不是很大，但最好与 单片机进行分开 的 供电，否则会造成单片机无法正常工作。 因为 私服舵机启动电流很大会影响同一个电路中的电流变化。 、 PWM 信号 连接说明： 一般来说可以将私服舵机 信号 线连接至 52 单片机的任意引脚， 对于 52 单片机需通过定时器模块 输 出 PWM 才能进行控制 转动。 但是如果连接 电路 像飞思卡尔之类的芯片 那样 ， 由于飞思卡尔内部带有 PWM 模块 控制 ， 可以直接输出 PWM 信号 大小 ， 此时应将 PWM信号 线 连于专用的 PWM 输出引脚上。 、 控制原理 ： 舵机的控制信号周期为 S 为 20MS 的脉宽调制 （ PWM ） 信号 ， 其中脉冲宽度( ( 占空比 ) )从 , 与之 相对应的舵盘位置为 0 － 180 度 ， 呈线性 的 变化。 即 私服 舵机控制 转动 时 ， 需要给周期为 S 为 20MS 的 PWM( 方波 ) ) 信号 输入 ， 改变脉冲宽度 变化 ( ( 占空比 ) ) ，就可以改变其转动的角度 变化。 下图 26 即为 对应的 PWM 信号 所对应的相应转动的角度。 合肥学院计算机科学与技术系毕业论文 9 图 26 舵机输出转角与输入脉冲的关系 、 编程产生 PWM 信号 的方法： 由于 52单片机 不像飞思卡尔那些更加高端的控制芯片有自己单独 的 引脚来专门产生 PWM信号 ，所以 52 单片机 只能通过定时器来模拟产生相应的所需求的 PWM 信号 ， 以下 软件编程定时器产生一个 5MS的 定时，每隔 5MS 产生 一个 中断 ，通过中断处理子函数编程控制达到 PWM 的 产生。 /* 定时器 01 初始化 */ void TIM0init(void) { TMOD|=0x11。 //定时器 1 工作方式 1 (超声波 )，定时器 0 私服舵机 TH1=0x00。 TL1=0x00。 TH0=0xff。 TL0=0xa3。 // 晶振， ET1=1。 ET0=1。 EA=1。 TR0=1。 //定时器开始 IE=0x82。 } 中断处理函数产生 相应的 PWM， 其中定义单片机引脚 sbit pwm=P0^2。 //PWM 信号输出口 ， 所以单片机 会 产生一个 随 角度标识 angle 值 变化的 PWM 信号 ，从而达到控制控制小车私服舵机转向的目的。 void Time1_Int() interrupt 1//舵机 { TH0=0xff。 //定时 器 0 高位重新 赋值，因为定时中断溢出导致寄存器的值清零 TL0=0xa3。 //低位 合肥学院计算机科学与技术系毕业论文 10 if(countangle)//判断 次数是否小于角度标识 pwm=1。 //确实小于， pwm 输出高电平 else pwm=0。 //大于则输出低电平 count=(count+1)。 // 次数加 1 count=count%40。 //次数始终保持为 40 即保持周期为 20ms } 、 舵机 Futaba S3003 使用说明 经过 对本设计的功能要求 的 评估 采用 Futaba S3003 型 舵机，能很好的完成相关 设计 功能 , 此舵机主要用于实现小车的转向功能 ， 如下图 27 所示 ． 图 27 舵机 选用 型号 、 舵机 接线图 合肥学院计算机科学与技术系毕业论文 11 图 28 实物 连接图 超声波模块 的 设计 与实现 超声波模块 简介 当今 社会超声波的使用非常广泛，超声波测距也是应用到了极致，海洋领域对超声波的应用大多数是通过超声波测量海底深度 等 ， 汽车 行业对超声波的应用也是相当的广泛的 ， 利用超声波 测量 前后车之间的距离，报警感知汽车的安全状态 等等。 本次 设计使用使用 超声波主要是用来对小 车前方物体的感知，从而达到 追踪 的目的。 设计 开始时想用 3个 超声波模块放在小车的前端用来对每一个方位的小车进行控制，但是发现相互之间存在严重的干扰，最后只采用一个超声波和 2个 红外传感器来实现最终的 设计。 首先来了解一下 超声波的 具体工作原理和编程方法。 超声波 模块引脚说明 单片机 合肥学院计算机科学与技术系毕业论文 12 图 29 超声波 实物图 GND ： 电源负极 Trig ： 控制端接 Echo ： 接收端 VCC ： 电源正极 测距原理 超声波传感器 设计 主要 由 发射器和接收器两大部分 组成 ，大 家 都知道 超声波在空气中传播的速度为 340m/s , 本设计 只需要计算出从发射 开始 到接收 完成 之间的时间差就可以 通过计算 算出距离。 具体的作法 为 超声波发射器向某 个 方向发射超声波，在发射时刻的同时计时开始 ， 超声波在空气中传播 过程中 ，途中碰到障碍物就立即返回来 一个 波 ， 超声波接收器一旦 收到反射波就立即停止计时。 （ 超声波在空气中的传播速度大概 为 340m/s ， 根据计时器记录 出 的时间 t， 就可以计算出发射点距障碍物的距离 s， 即： s=340t/2 ）。 传感器时序图 目前市面上有 好多 专门的集发 射和接收于一体的超声波传感器 ，此次设计用 HC SR04 型传感器 ， 左边为接收头 ， 右边为发射头 ， 共引出 4个引脚 ， 一个电源正极（ 5V ）， 一个电源地 GND ， Trig 为触发信号触发控制端 口 ， Echo为回响信号端 口。 下面介绍一个超声波传感器的时序图 210。 本次 设计提供的超声波 模块 合肥学院计算机科学与技术系毕业论文 13 图 210 超声波时序图 通过时序图 可以看到， 在使用时，触发控制端 Trig首先必须 送出 一个 10us 以上的高电平 ， 然后等待发射头声波信号 开始 输出 ，一旦有信号输出 了 ，回响信号端会产生 一个 高电平 ， 此刻 开始计时。 随后声波信号 处 在空气中传播， 一旦 遇到障碍物会反射 一部分 回来 ， 当反射回来的信号到达接收头后 ，此时 回响 信号端会由高电平变为低电平 ，停止计时。 此时我们就可以算出检测 物体 与车之间 的距离 S=340*(t1 2 t2)/2 ( t1 为开始计时时间 ， t2 为停止计时时间 ，注意距离为一边的距离 ， 所以时间应该除以 2) 超声波 编程思路要点 当触发控制端 Trig 给 出 10us 以上的高电平后， 模块内部会 就会 产生 8 个 40kHZ 的脉冲电平 信号 ，此 时由模块内部自动产生 的 ，对于编程 控制 时不用管 （ 其实此模块上自身集成了一块单片机用于脉冲的产生）。 使用时 ， 触发控制端 Trig 的高电平测量周期建议 60ms 以上 ， 以防止发射信号对回响信号的干扰。 而且 不利于近距离的多个使用干扰很大。 超声波 模块的编程 由 以上设计 基础 之后可以很方便的编写出相应的代码如下所示： void DelayUs2x(uchar t) { 合肥学院计算机科学与技术系毕业论文 14 while(t)。 } 以上 为 US级 的延时函数 ， 因为晶振的为 ， 一个机器周期大概为 1us。 一个 while语句的执行好几个 us，所以 DelayUs2x(10)函数 延时大于 10US；通过专门 的延时编程 软件可以编写出相对准确的延时函数，本 设计只需大概 延时即可，对延时 要求 精度不是太高，这里就不详细介绍精确的延时函数 了。 void DelayMs(uchar t) { while(t) { //大致延时 1mS DelayUs2x(245)。 DelayUs2x(245)。 } } 以上 为 MS级 的延时函数，中间调用了 US级 的延时函数， t=1时 ，大 概延时 1MS； void chaoshengbo() { TRIG=1。 //触发信号是高电平脉冲，宽度大于 10us DelayUs2x(10)。 延时 10US以上 TRIG=0。 while(!ECHO)。 //等待高电平 TR1=1。 while(ECHO)。 //等待低电平 TR1=0。 S=TH1*256+TL1。 //取出定时器值高 8位和低 8位合并 合肥学院计算机科学与技术系毕业论文 15 S=S/58。 //为什么除以 58等于厘米， Y米 =（ X秒 *344） /2 // X秒 =（ 2*Y米） /344 X秒 =*Y米 厘米 =微秒 /58 if(S=25) //如果 测量的距离大于 25厘米 {n=1。 } //标志位 n值赋值 1， 响应结果是控制小车前进 if(S25amp。 amp。 S20) //如果 测量的距离 在 2025CM之间 {n=0。 } //标志位 n值赋值 0， 响应结果是控制小车 停止 If(S20) //如果 测量距离小于 20厘米 {n=1。 } //标志位 n值赋值 1， 响应结果是控制小车 后退 TH1=0。 TL1=0。 //清除定时器 0寄存器中的值 用于 下一次的再次测量 } 超声 波传感器测距的主要作用是用来通过测量小车与物体之间的距离，从而判断小车是前进，后退，还是停止。 小车的移动 设计与实现 小车的 移动 设计 离不开电机驱动模块对电机 的 驱动所以有必要介绍一下小车的电源模块和小车的电机驱动 模块 ， 由于这两个模块是集成在一起的 以下 统称为电机驱动模块。 驱动模块简介 本 设计 选择的 L298N 驱动模。