1绪论

1.1研究背景

科学技术在不断被发展，人们越来越关注人工智能，因为无人自动驾驶它不需要人来控制，自动控制是它的优点以及突出点，因此也受到越来越多的人的关注，而且无人驾驶这项技术可以很好的运用到我们的生活中，无人驾驶的小车它具备了自己行动的能力，而且有人工智能和大数据的帮助，事故率也一定会大大降低。但是目前因为相关技术的不成熟，所以可以见到这种无人驾驶的自动小车并没有普及开来，在不久的将来，随着避障技术的发展以及普遍应用，无人驾驶的自动小车一定会普及开来，服务于社会，造福人类。

1.2研究意义

无人驾驶的避障小车，它是多种技术的结合体。它的自动行驶控制能力就体现了自动控制技术，它的避障功能就体现了各种传感器的功能，包括了信息处理、机械、自动化、相关领域的知识，最重要的它实现的自动避障更是人工智能的一种体现。它根据周围环境的变化以及自身的情况具有自己的判断，这种控制记忆执行动作等功能，完全是机电一体化产品。

避障小车在生活中得到的实用，例如智能家居中的移动扫地机器人，在进行工作时，既要完成打扫卫生的工作，也需要在打扫时对于家具、人进行避障，这是一种避障技术的体现。随着技术的发展，避障小车的许多指标已经达到了工业级别的要求，因此在许多恶劣的工作环境中，避障小车就可以代替人去搬运货物、检测设备等工作，就需要小车对避障的精度十分准确。

1.3避障小车技术发展概况

无人驾驶的避障小车，它是多种技术的结合体，也是多个行业的结合，是自动控制、机械、电子信息工程等技术的结合。在工业上，由于其指标达到了工业指标，所以工业上的应用很广泛，例如，可以在挖矿中在地下探测矿源，并把信息返回到地面，可以看到它完全可以适应这些恶劣的环境，所以说在未来的发展中无人驾驶的避障小车前途无量，最重要的就是可以改善我们的生活，对于社会以及工业整个领域都是极大的进步。

在中国大陆地区,“七五"阶段起始于对于移动物体探索的科学技术的研究与开发工作;并且通过国家科技部下属的中国高科发展规划委员会(简称：中国八六三)的项目批准和实施过程中明确提出了关于远程控制、自动导航及反辐射探测车等方面的科研项目内容及其具体目标要求等等一系列相关问题都已经得到了充分而又全面地解决并取得了显著成效！这个时期的国外已经研究这项技术20年之久了，美国也对地面移动机器人立项并且制订了地面无人作战战略计划，德国和奔驰公司合作研究出了两辆试验车。这两辆车可以实现高速行驶并且在交通拥挤的时候使用的低速驾驶技术对当今的无人驾驶的影响都很大，对于无人驾驶的小车的普及有着很大的影响。

在九十年代之后，随着传感器技术的发展以及信息处理技术的不断提高，自动避障小车的研究在控制技术的支持下进行了更深层次的研究。我国对它的研究也是突飞猛进的，各大高校的成果层出不穷。现在超声波避障技术比较方便而且易于实现，所以就成为了现在非常常见的避障方法。

1.4单片机发展概况

第一阶段：单片机初级阶段

这段时期最具有特点最突出的单片微型计算机就是MCS48，它生产自英特尔，这段时期制造工艺很落后，制造出的单片机虽然各个功能齐备，但是以现在的技术对比就显得很不精细，8位中央处理器并行的Input/Output接口，八位的计数定时器。问题最大的就是此时的Input/Output接口不能够实现串行通信，并且和现在的单片微型计算机相比寻址范围也特别小。

第二阶段：单片机的完善阶段

这段时期最具有特点的是MCS51系列单片机，这个单片机和上一阶段相比，并行的Input/Output接口可以实现串行通信了，并且中断处理系统从一级变成了多级，和上一阶段相比还有一个重要的变化就是定时/计数器的位数从8位变成了16位，存储器的容量也增大了许多，最大的变化就是寻址范围夸大了，变成了64位了。

第三阶段：单片机巩固和推新阶段

这段时期相比于全两个阶段，完善了许多功能，并且发展迅速，新产生了32位的单片机，同时专用单片机也被生产出来。

第四阶段：单片机全面发展阶段

这个时期，也就是我们所处的这个时期，是单片机发展最好的时期，许许多多专用于这个领域或者单纯实现某个功能的单片机随着发展都被发明出来，不仅有着大容量存储、相比之前超强的计算能力以及计算速度，而且能运用到更多的领域。相比之前现在的类型也更多了，有专用型的单片机，有通用型的单片机，也有只能某个领域实现单一功能的单片机。

我们生活的附近处处都有单片机的影子，单片机应用广泛改变了我们的生活，同时随着计算机、自动化、电子信息等学科的发展，单片机还会继续进步，并且能够更好的运用到更多领域，为我们的生活增添色彩。

2确定系统方案以及选择主要元件

2.1系统方案的确定

该设计的硬件部分包含了基本单元STC89C52、用于驱动车轮和电机的L298N模块、用以测量车辆到障碍物的距离的超声波探测设备、用来展示车辆位置信息的液晶屏幕组件、按钮输入装置以及当车辆接近潜在威胁区域时会启动警示音响的蜂鸣器警告线路。

实现本系统功能的步骤如下：首先，小车地盘前部的超声波传感器负责检测小车与障碍物之间的距离。一旦检测到距离，传感器会将距离信号发送至系统的主控模块，也就是单片微型计算机。主控模块会对信号进行分析和判断，并通过LCD屏幕展示结果。根据距离信号的判断，系统会做出相应的控制操作。若距离大于安全距离，系统将继续进行之前的运动；若距离在安全距离和危险距离之间，系统会通过驱动模块发出控制信号，使电机转速下降以减速。在小车运行过程中，如果超声波传感器检测到车头与前方障碍物的距离低于危险距离，系统会触发后轮紧急制动，并发出警报声。

本系统设计以单片微型计算机STC89C52最小系统作为主控模块，并且是能够对整个避障小车的各个模块起到控制的功能，利用在KEIL软件下进行C语言编程，实现它的控制功能。对于小型车辆的驱动力部分，我们利用编程生成各种形式的PWM信号，依据L298N驱动器组件的逻辑来调整其对直流马达速度与方向的操控，从而实现全局的小型车辆移动流程管理。同时，我们也需借助超声波检测设备在测量车辆与障碍物的间距时，以超声波发送及接受时间作为基础，经由编程算出该距离值，并将此数据传输到主要控制单元中以便进一步分析决策，最终决定车辆接下来的动作。

2.2主要器件的选择

2.2.1控制模块

最小系统STC89C52被用来设计本系统中所有的控制功能，它是一种51单片机，具备对小车数据读取和采集的功能，可根据信号采集进行控制，实现对小车转速、转向和避免障碍物等控制。

2.2.2测距模块

本系统设计在小车避障中需要得知的最重要一个数据就是小车和障碍物之间的距离，因此需要用到传感器。常见的和测量距离相关的就是红外线光电传感器、超声波传感器，他们各有优点与缺点。和光电传感器相比，超声波受环境影响的因素较小，小车的工作环境是在空气中，光电传感器会受到空气中灰尘的影响，而选择超声波传感器受到的影响就很小，而且在工业上如果扩大使用的话，条件就会更苛刻，例如在化工厂等可能存在毒气有害物质的场所，光电传感器的准确度还会受到光的折射等因素影响，与超声波传感器的测距效果相差会更多。

最重要的是超声波具有极好的传递性，在小车所工作的环境中介质就是空气，超声波能在空气中很好的传播，并且它的结构简单，原理操作都很简单，可以很快的得知测量距离，运算也简便，同时误差也小，不光满足我们的的需要，在工业级的精度上，超声波测距也可以达到。

2.2.3 电机驱动模块

该系统的构建主要集中于对车辆行进的操控方面，我们使用了L298N驱动力集成器件来实现这一目标。它是一种双H桥式直流马达驱动力集成元件，可应用于两相或四相电动机的设计中。利用其接受标准TransistorTransistor Logic(TTL)逻辑电压输入的能力，可以有效地调整马达的转向、逆向及刹停状态。

它具有四通道逻辑电路，ENA端子和ENB端子是驱动模块的使能端，在接收在程序的控制下由单片微型计算机也就是系统的主控模块发出的PWM波后进行调速。在使能端接收信号为0时，电机不再转动，也就是不工作了，既不会正转也不会反转。当能源接收端发出1信号时，依据其输入端也就是int端的四个端子in1、in2、in3、in4的电压高低配置，使得电机进入正转、反转和制动模式。

当小车发现其与障碍物的距离不足危险区时，我们需要执行紧急刹车并向后撤退。由于l298n完全具备这个能力，所以我们可以顺利地完成这项任务。

2.2.4 电源模块

在本系统的构建过程中，我们使用到的各个组件所需的工作电压是5V。然而，为了实现这个目标，需要通过交流电来获得稳定的直流电压作为电源。但这会带来问题，因为连接电线的过程可能对车辆造成干扰，特别是在识别障碍物的时候，有可能会误判成电线而导致其无法正确地避免碰撞。

因此，我们选择了干电池作为系统的供电方式。每个电池的电压设定为1. 5v，四个干电池的电压则是6v。再经过7805稳压模块处理后可以提供稳定的+5V工作电压。