第一章緒論

1.1項目研究背景及意義：智能作為現代社會的新產物，是以后的發展方向，他可以按照預先設定的模式在一個特定的環境里自動的運作，無需人為管理，便可以完成預期所要達到的或是更高的目標。本設計主要體現多功能小車的智能模式，設計中的理論方案、分析方法及特色與創新點等可以為自動運輸機器人、采礦勘探機器人、家用自動清潔機器人等自動半自動機器人的設計與普及有一定的參考意義。同時小車可以作為玩具的發展對象，為中國玩具市場技術含量的缺乏進行一定的彌補，實現經濟收益，形成商業價值。超聲波作為智能車避障的一種重要手段，以其避障實現方便，計算簡單，易于做到實時控制，測量精度也能達到實用的要求，在未來汽車智能化進程中必將得到廣泛應用。我國作為一個世界大國，在高科技領域也必須占據一席之地，未來汽車的智能化是汽車產業發展必然的，在這種情況下研究超聲波在智能車避障上的應用具有深遠意義，這將對我國未來智能汽車的研究在世界高科技領域占據領先地位具有重要作用。本智能小車系統最誘人的前景就是可用于未來的智能汽車上了，當駕駛員因疏忽或打瞌睡時這樣的智能汽車的設計就能體現出它的作用。如果汽車偏離車道或距障礙物小于安全距離時，汽車就會發出警報，提醒駕駛員注意，如果駕駛員沒有及時作出反應，汽車就會自動減速或停靠于路邊。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備。這樣的小車在科學考察探測車上也有廣闊的應用前景，在科學考察中，有很多危險且人們無法涉足的地方，這時，智能科學考察車就能夠派上用場，在它上面裝上攝像機，代替人們進行許多無法進行的工作。

　　本設計題目為智能避障小車設計，主要研究小車的避障功能，小車遇到障礙物時，當距離障礙物大于40cm，PWM信號自增，驅動電機加速，小車加速前進，當小于30cm時，PWM信號自減，驅動電機減速，小車減速前進，并且小車采取相應的避障措施。這里探測裝置必不可少，因為超聲波在距離檢測方面的較準確定位。所以采用超聲波傳感器作為探測裝置，由于超聲波遇到障礙物時發生像光一樣的反射和散射，在經過多次發射之后再回到超聲波檢測端口會產生較嚴重的路程差，從而影響對距離的檢測進而影響對障礙物的較準確定位。通過軟件內部校準優化消除外部物理條件造成的誤差從而達到對障礙物的較準確定位。1.3直流電機的發展：直流電動機在冶金、礦山、化工、交通、機械、紡織、航空等領域中已經得到廣泛的應用。而以往直流電動機的控制只是簡單的控制，很難進行調速，不能實現智能化。如今，直流電動機的調速控制已經離不開單片機的支持，單片機應用技術的飛速發展促進了自動控制技術的發展，使人類社會步入了自動化時代，單片機應用技術與其他學科領域交叉融合，促進了學科發展和專業更新，引發了新 興交叉學科與技術的不斷涌現。現代科學技術的飛速發展，改變了世界，也改變了人類的生活。由于單片機的體積小、重量輕、功能強、抗干擾能力強、控制靈活、應用方便、價格低廉等特點，計算機性能的不斷提高，單片機的應用也更加廣泛特別是在各種領域的控制、自動化等方面。在實際應用中，電動機作為把電能轉換為機械能的主要設備，一是要具有較高的能量轉換效率；二是應能根據生產工藝的要求調整轉速。電動機的調速性能如何對提高產品質量、提高勞動生產率和節省電能有著直接的決定性影響。因此，調速技術一直是研究的熱點。直流電機由于具有速度控制容易，啟動制動性能良好，且能在寬范圍內平滑調速等特點而在電力、冶金、機械制造等工業部門中得到廣泛應用。直流電動機轉速的控制方法可分為兩類：勵磁控制閥與電樞電壓控制法。勵磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小但低俗時受到磁場飽和的限制，高速時受到換向火花和轉向器結構強度的限制，而且由于勵磁線圈電感較大動態響應較差。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調速的電樞電壓控制法。傳統的改變端電壓的方法是通過調節電阻來實現的，但這種調壓方法效率低。隨著電力電子技術的發展，創造了許多新的電樞電壓控制方法。其中脈寬調制（Pulse Width Modulation，PWM）是常用的一種調速方法。其基本原理是用改變電機電樞電壓的接通和斷開的時間比（即占空比）來控制馬達的速度，在脈寬調速系統中當電機通電時，其速度增加，電機斷電時其速度降低。只要按照一定的規律改變通斷電的時間，就可使電機的速度保持在一穩定值上。

　　單片機以及微處理器控制系統的發展：單片微型計算機的誕生是計算機發展史上的一個新的里程碑。近年來，隨著技術的發展和進步，以及市場對產品功能和性能的要求不斷提高，直流電動機的應用更加廣泛，尤其是在智能機器人中的應用。直流電動機的起動和調速性能、過載能力強等特點顯得十分重要，為了能夠適應發展的要求，單閉環直流電動機的調速控制系統得到了很大的發展。而作為單片嵌入式系統的核心—單片機，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、大存儲容量和強I/O 功能等方向發展。隨著計算機檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機已越來越廣泛地應用在各種領域的控制、自動化、智能化等方面，特別是在直流電動機的調速控制系統中。這是因為單片機具有很多優點：體積小，功能全，抗干擾能力強，可靠性高，結構合理，指令豐富，控制功能強，造價低等。所以選用單片機作為控制系統的核心以提高整個系統的可靠性和可行性。早期直流傳動的控制系統采用模擬分離器件構成，由于模擬器件有其固有的缺點，如存在溫漂、零漂電壓，構成系統的器件較多，使得模擬直流傳動系統的控制精度及可靠性較低。隨著計算機控制技術的發展，微處理器已經廣泛使用于直流傳動系統，實現了全數字化控制。由于微處理器以數字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強。

　　所以，全數字直流調速控制精度、可靠性和穩定性比模擬直流調速系統大大提高。所以，直流傳動控制采用微處理器實現全數字化，使直流調速系統進入一個嶄新的階段。微處理器誕生于上個世紀七十年代，隨著集成電路大規模及超大規模集成電路制造工藝的迅速發展，微處理器的性價比越來越高。此外，由于電力電子技術的發展，制作工藝的提升，使得大功率電子器件的性能迅速提高。為微處理器普遍用于控制電機提供了可能，利用微處理器控制電機完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機的各種潛在能力得到充分的發揮，使電機的性能更符合工業生產使用要求，還促進了電機生產商研發出各種如步進電機、無刷直流電機、開關磁阻電動機等便于控制且實用的新型電機，使電機的發展出現了新的變化。對于簡單的微處理器控制電機，只需利用用微處理器控制繼電器、電子開關元器件，使電路開通或關斷就可實現對電機的控制。現在帶微處理器的可編程控制器，已經在各種的機床設備和各種的生產流水線中普遍得到應用，通過對可編程控制器進行編程就可以實現對電機的規律化控制。對于復雜的微處理器控制電機，則要利用微處理器控制電機的電壓、電流、轉矩、轉速、轉角等，使電機按給定的指令準確工作。通過微處理器控制，可使電機的性能有很大的提高。目前相比直流電機和交流電機他們各有所長，如直流電機調速性能好，但帶有機械換向器，有機械磨損及換向火花等問題；交流電機，不論是異步電機還是同步電機，結構都比直流電機簡單，工作也比直流電機可靠，但在頻率恒定的電網上運行時，它們的速度不能方便而經濟地調節。高性能的微處理器如DSP （DIGITAL SIGNAL PROCESSOR 即數字信號處理器）的出現，為采用新的控制理論和控制策略提供了良好的物質基礎，使電機傳動的自動化程度大為提高。在先進的數控機床等數控位置伺服系統，已經采用了如DSP 等的高速微處理器，其執行速度可達數百萬兆以上每秒，且具有適合的矩陣運算。

　　設計思路：直流電機PWM控制系統的主要功能包括：實現對直流電機的加速、減速，并且可以調整電機的轉速，能夠很方便的實現電機的智能控制。主體電路：即直流電機PWM 控制模塊。這部分電路主要由AT89S52 單片機的I/O 端口、定時計數器、外部中斷擴展等控制直流電機的加速、減速以及電機的正轉和反轉，并且可以調整電機的轉速，能夠很方便的實現電機的智能控制。其間是通過AT89S52 單片機產生脈寬可調的脈沖信號并輸入到L298 驅動芯片來控制直流電機工作的。該直流電機PWM 控制系統由以下電路模塊組成：設計控制部分：主要由AT89S52 單片機的外部中斷擴展電路組成。直流電機PWM控制實現部分主要由一些二極管、電機和L298 直流電機驅動模塊組成。設計顯示部分：LED 數碼顯示部分，實現對超聲波測的距離的實時顯示。