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摘 要

超声波避障系统可广泛应用于汽车自动驾驶，因此对其研究具有很重要的意义。本文采用STC89C52RC型号单片机作为控制核心，驱动模块采用L298N驱动芯片。首先，研究了超声波测距的工作原理；其次完成了避障系统的软硬件设计；最后通过测试实现了避障系统，测距精度符合设计要求。

关键词：超声波避障；单片机；驱动芯片；超声波测距；测距精度

Abstract: Ultrasonic obstacle avoidance system can be widely used in vehicle automatic driving, so it is of great significance to study it. In this paper, STC89C52RC single-chip microcomputer is used as the control core, and the driving module adopts L298N driver chip. First, the working principle of ultrasonic distance measurement is studied. Secondly, the hardware and software design of the obstacle avoidance system is completed. Finally, the obstacle avoidance system is realized through testing. The distance measurement accuracy meets the design requirements.

Key words: Ultrasonic obstacle avoidance; single chip microcomputer; drive chip; ultrasonic distance measurement; ranging accuracy

目 录

1 绪论 6

1.1课题研究的背景和意义 6

1.2国内外研究状况 6

1.3论文的结构安排 7

2避障系统的原理和总体设计 7

2.1工作原理 7

2.2 距离检测方案 8

2.3处理器的选择 9

3.硬件设计 10

3.1超声波测距模块 10

3.2驱动模块 10

3.3电源模块 10

3.4超声波发射系统电路 11

3.5 微控制器模块设计 12

4.软件设计 12

4.1 软件开发平台介绍，编程语言以及编程环境介绍 13

4.2 主程序流程图 14

5 系统调试与实验结果分析 15

5.1距离检测实验结果与误差分析 15

5.2避障小车系统实验结果与分析 16

结论 18

参考文献 19

致谢 20

附录 21

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

无人驾驶汽车采用车内安装的传感系统对路面状况进行感知，并对路线进行规划控制车辆到达目标地的一种智能汽车。他根据车载传感器感知路面环境，根据获得的有用信息做出相应反应，控制车辆运行速度和运行方向，令车辆安全行驶。

在人们的生活中，我们所感受到的大多数信息是依靠视力得来的。人类如果失去了视觉，那将会造成人类生活以及工作上的诸多困难，而人们接受信息后，就会经过大脑将其所接收到的信息进行处理，例如人们在行走过程中遇到障碍物进行行为上的躲避，而超声波避障可以尽量模仿人类的这一行为特性。现在人们研究的超声波避障轿车，可以帮助人们自动避开行驶过程中遇到的障碍物，可以减轻人们出行的压力，因此对社会和个人都有非常积极的意义。

1.2 国内外研究状况

现今社会中，智能机器人，机械臂的应用越来越广泛，智能可移动式机器人是现在重点研发的一个方向。早在多年前，国外就已经进行了这方面是实验，例如，谷歌公司研发出来的一款叫Google Driverless Car的新型全自动驾驶汽车，可以做到无人工驾驶上的车辆启动、前进行驶和车辆停止。从2012年开始，谷 歌公司就向公众展示了公司自主研发的新型全自动赛车，并命名为10^100，同年，美国内华达州公布一个关于无人驾驶汽车的新法案：无人驾驶汽车上路时间满3个月，该州的机动车驾驶管理局就有权利给这么一辆汽车颁发1张合法车牌。

此外为了区别于其他车辆，无人驾驶汽车用红色车牌。

图1-1 Google无人驾驶汽车

2014年7月，百度公司也开展了对无人驾驶汽车的研发。根据相关规定，该公司研发出的全自动无人驾驶汽车可以扫描道路上的交通指示牌，并识别出其具体要求，据悉，该全自动汽车包含了雷达扫描、相机拍照、全球卫星定位导航等必备功能，并且，为了车辆安全考虑，还配备了同步传感器。也就是说，驾驶员只要在导航软件中输入自己要去的目的地，汽车就可以自行启动前往目的地。在汽车运行期间，车辆会根据传感器设备上传路面状况进行数据分析，根据所得数据判断车辆接下来的行驶方向与运行速度。

1.3 论文的结构安排

本论文采用超声波定位和单片机技术，以此实现障碍物定位以及躲避障碍物的行为，并根据软件中设计好的相关数据实现小车前进方向上得控制，在完成实物后，对该实物进行研究分析，检验设计是否合理，以方便进一步的研究。

本论文的研究研究内容如下：

1.阐述论文研究背景，课题研究的意义，国内外相关机构研究的方向与案例，并指出本文在研究时的结构分配。

2.说明避障系统原理，对一些检测的方法进行选择和比较，在对其进行相关阐述。

3.对超声波避障系统进行硬件介绍，包括超声波测距模块、开发板、电源、信号发射器和接收器等。

4.介绍超声波避障系统的软件设计，软件开发平台，编程所用语言，并对其进行简单介绍，根据程序流程图了解程序最终实现目标。

5.对成品进行多种环境下的试验，并给出实物图片，以及饰演所得的实验数据。

最后对于该论文进行总结，找出不足之处并对该系统进行一些发展上的设想。

2 避障系统的原理和总体设计

2.1 工作原理

STC89C52RC

超声波发射电路

电源模块

超声波接收电路

驱动模块

马达

图2-1 避障系统框图

避障系统需要依靠超声波信号发射器发射出的声波信号经反射后的反射波获得障碍物的方位信息，并对该信号做出相关处理，令小车进行避障运行。对于周围障碍物方位需要传感器灵敏度不能太低但也不可以过高，传感器能够感知周围障碍物，认知环境并建立相关模型，根据设计，避障系统包含传感器、信号处理、电源、驱动等模块组成。

2.2 距离检测方案

2.2.1 红外线、激光雷达与超声波测距比较

距离测量的方法多种多样，比如采用最直观的量尺测量，又或是采用最直接但是未必准确的视距测量或者视差测量，在条件允许的情况下可以采用电磁波测量等等。而在这些测量的方法里，我们可以将其分为接触式与非接触式测距这两种测距方式。在本文中，自然采用非接触式测量，非接触式测量常用红外线测量、超声波测量或雷达激光测量。红外测距相对于其本身缺点来说优点更多一些，优点在于它的价格相对便宜，使用上更安全些，缺点就是它的精度并不是很高，在其方向性上也不过差强人意。激光测距的优点有精确度高，信号发送的距离相对于其他方式更远，但是它的制作工艺复杂，价格也就更高，对于本次设计，就不在考虑范围内，并且光学测距对环境要求要高，需要在干净的空气环境中进行测量，否则会对实验数据产生较大影响。综合考虑下，采用超声波测距则更容易获取的距离的信息，并且结构简单，成本相对低廉。并且超声波有频率高，波长短的特点，在距离一定的情况下沿着直线发射声波信号具有不错的束射和方向这些特性，我们可以根据超声波在单位时间内的传播速度V，信号发射和接收所用的时间T可以求出避障系统与障碍物之间的距离L，所以超声波可以用于避障。

2.2.2 超声波测距原理

超声波测距是依靠超声波发射装置发射超声波，之后再根据接收器接收声波所需要的时间差，进行距离的测量，它的特点和雷达有相似之处。超声波发射器向一个方向发射声波，根据发射的那一时刻开始计时，声波在空气介质里面传播，遇到大面积障碍物就会反弹，接收器收到返回信息就停止计时。根据公式：

L=(V×T)/2 （2-1）

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