2013届 分 类 号：TP242 单位代码：10452
毕业论文（设计）
超声波测距在机器人避障中的应用
姓 名
刘涛涛 学 号 200909140401 年 级 2009 专 业
电气工程及其自动化 系 （院）
汽车学院
指导教师 王红梅
年 月 日
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摘 要
移动机器人在工作的时候不可避免地受到障碍物的干扰，障碍物会严重影响机器人的工作效率，碰撞时更会使机器人损坏，所以实现机器人的自动避障非常重要。本论文提出了基于超声波传感器测距的移动机器人的模糊避障系统，采用单片机AT89C51为核心，用超声波测距的方法检测障碍物，通过单片机对信号的处理，驱动电机的转向，左右前进与后退，从而达到自动避障的功能。
通过实践得出模糊避障控制机理和策略易于接受和理解，便于应用开发，模糊避障算法对环境有很大的适应性，机器人能在不同的环境条件下实现了避障。
关键词： AT89C51单片机、移动机器人、超声波传感器
I
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Abstract
Mobile robot to work when I inevitably subject to interference from obstructions, obstructions will seriously affect the efficiency of the robot, collision damage and even make robots, robot automatic obstacle avoidance is very important. This paper presents a fuzzy obstacle avoidance system based on ultrasonic sensors ranging mobile robot using AT89C51 microcontroller as the core, the obstacle detection method using ultrasonic ranging, single-chip signal processing, drive motor steering, left and right, forward and backward , so as to achieve the automatic obstacle avoidance function.
Through practice on fuzzy obstacle avoidance control mechanism and strategy is easy to accept and understand, easy application development, fuzzy obstacle avoidance algorithm has great adaptability to the environment, the robot obstacle avoidance in different environmental conditions .
Keywords: AT89C51 microcontroller；bile robot；Ultrasonic sensors
II
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目 录
绪 论 ..................................................................... 1 1课题设计目的及意义 .................................................... 1 1.1设计的目的 ......................................................... 1 1.2设计的意义 ......................................................... 1 2超声波测距仪的设计思路 ................................................ 1 2.1超声波测距原理 ..................................................... 1 3课题设计的任务和要求 .................................................. 2 第一章 超声波测距系统硬件设计 ............................................. 2 1 系统设计 .............................................................. 2 2 51系列单片机的功能特点 ............................................... 3 3系统硬件结构的设计 .................................................... 3 3.1 单片机显示电路原理 ................................................ 4 3.2 超声波发射电路 .................................................... 4 3.3 超声波检测接收电路 ................................................ 4 3.4超声波测距系统的总电路 ............................................. 5 第二章 超声波测距系统的软件设计 ........................................... 5 1 超声波测距仪的算法设计 ................................................ 5 2主程序流程图 .......................................................... 6 3超声波发生子程序和超声波接收中断程序 .................................. 7 4 系统的软硬件的调试 .................................................... 7 第三章 超声波测距系统在智能机器人中的应用 ................................. 7 1 避障系统设计思想 ...................................................... 8 2 硬件设计 .............................................................. 8 3 软件设计 .............................................................. 9 总结 ..................................................................... 12 致谢 ..................................................................... 13 参 考 文 献 .............................................................. 14 附 录 .................................................................... 15
III
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绪 论
1课题设计目的及意义
1.1设计的目的
随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。 1.2设计的意义
随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。
2超声波测距仪的设计思路
2.1超声波测距原理
发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。
表1-1 超声波波速与温度的关系表
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