智能扫地避障.doc

课程设计 设计题目：自动扫地机控制系统设计 学 院：专 业：班级：姓 名：指导教师：目 录 1. 课程设计要求 1 2. 系统功能分析与方案确定 1 3. 系统主要硬件电路模块设计 1 3.1超声波测距电路模块 1 3.2直流电机电路模块 2 3.3单片机CPU最小系统 3 3.4单片机硬件端口分配 4 4. 程序软件设计与分析 4 4.1系统软件分析及详细技术文件设计 4 4.2系统软件主程序设计 5 4.3中断程序的设计 6 4.4其他程序的设计 7 4.4.1电机程序模块设计 7 5. 后续有待完善和提高的工作 7 6.总结 7 附录 8 1. 课程设计要求 设计一个智能扫地机的控制系统，要求具有如下具体功能： 可控制直流电机实现前进，后退，转弯； 可实现扫地机遇到障碍物自动避障； 2. 系统功能分析与方案确定 于本次课程设计训练的目的，我还是倾向于使用直流电动机和HY－SRF05超声波模块。根据设计要求的功能，结合单片机课程所学的知识，分析如下： 系统要求工作时能够自动运行和自动避障功能，我们可以用开发板附件电动机元件和超声波元件来完成以上要求。系统要求自动运行，可设定在开发板通电情况下执行电机开启运行。而系统要求自动避障，可通过超声波元件接收和发送超声波，经过单片机的处理测出距离，从而根据距离判断扫地机是否也遇到障碍后退转弯。在测出距离大于10cm时继续前进；小于10cm而大于5cm时执行转弯；小于5cm时执行后退，后退到小于10cm大于5cm后执行转弯。 3. 系统主要硬件电路模块设计 根据上述分析确定的设计方案，本系统主要设计和使用了超声波测距电路模块、直流电机电路模块，前者属于输入模块，后者属于输出模块。下面就这两个模块的设计分别论述。 3.1超声波测距电路模块 超声波测距电路模块电路如图3.1所示。其基本工作原理： 采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号； 模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回； 有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2; 图3.1　超声波模块HY-SRF05电路图 3.2直流电机电路模块 本系统采用5V微型直流电机，通过H桥式电路驱动电机，电路如图3.2。H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。 图3.2 H桥式驱动电路 3.3单片机CPU最小系统 本系统CPU采用宏晶科技推出的STC89C52RC,它是一款高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指定代码完全兼容传统8051单片机，有E2PROM功能，内部集成MAX810专用复位电路，外部晶振20M以下时可以省略外部复位电路。本系统对全部I/O端口做了上拉电阻设计，考虑到程序代码不到2K字节，完全可以使用片内ROM空间，故将EA引脚接高位。如图3.3所示。 图3.3　单片机最小系统 3.4单片机硬件端口分配 为合理利用单片机的端口资源，并且兼顾程序设计的便利，将系统的输出和输入端口作如表3.1配置。 表3.1 单片机端口配置表 单片机端口 外围接口电路硬件模块 P3.2，P3.3，GND，+5V 超声波测距电路模块 P1.0-P1.1，P2.0-P2.1 直流电动机电路模块 4. 程序软件设计与分析 4.1系统软件分析及详细技术文件设计 作为一个完整的智能避障自动运行系统，其每个动作细节都是确定和符合设计要求的，这些动作细节就是软件的设计过程和任务。如同设计一个更为详细的产品使用说明书，这个工作必须由设计研发者设计、完成。 根据本次课程设计提出的功能要求，整个系统功能可以分为两种状态：没有障碍的直线运动以及遇到障碍避障运动。在直线运动状态时，该系统是自动直线运行，我们在单片机模拟时直接打开开发板的电源电机就一直朝一个方向运行。当系统检测到前方有障碍物时，若障碍物离系统距离小于5cm就执行后退动作；若大于5cm小于10cm则执行转弯动作；如大于10cm就不执行任何动作。 由此可见，以上的避障处理是通过中断程序来实现的。详细的技术文件设计如下： 上电后，首先完成该系统的自动运行动作和完成中断的初始化。在初始化结束之后，系统进入了避障检测状态：检测当前该系统离障碍物的距离，判断是否执行相应的操作。 4.2系统软件主程序设计 系统软件的主程序包括初始化、自动运行动作和判断障碍物