超声波避障小车-设计说明书
电子校园网 编号：
HJJ-32-2021-001-LW
设计摘要：
本论文以STM32F103单片机为核心控制器，结合其他模块，设计了一种超声波避障系统。该系统包括中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用STM32F103单片机，用于获取输入数据并控制输出。输入部分包括HC-SR04超声波测距模块、DS18B20温度检测模块和供电电路。超声波模块用于检测障碍物和小车距离，温度模块用于检测环境温度。输出部分包括LCD1602显示模块、舵机模块和JDY-31蓝牙模块。LCD显示模块用于显示障碍物距离和温度，舵机模块用于控制小车方向，蓝牙模块用于手机远程控制小车。通过整合这些模块，本系统实现了超声波避障功能。当超声波模块检测到障碍物时，舵机模块会控制小车改变方向以避开障碍物。同时，温度数据和障碍物距离可以通过LCD显示模块展示出来。此外，通过蓝牙模块与手机连接，用户可以通过手机控制面板远程控制小车的前进、左转、右转和停止。总之，本论文设计了一种基于STM32F103单片机的超声波避障系统，通过整合多个模块，实现了准确检测障碍物、温度显示和远程控制的功能。该系统具有实用性和推广价值，可在校园生活和其他领域得到广泛应用。未来的研究可以进一步优化系统性能，扩展功能，并考虑与其他智能设备的互联互通。
关键词：单片机；蓝牙模块；超声波模块；温度检测模块
字数：10000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2.1 STM32F103C8T6单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 OLED显示模块
3.4 DS18B20传感器检测温度模块
3.5 超声波测距模块
4 系统程序设计
44.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 连接蓝牙检测实物测试
5.3 远程控制小车实物测试
5.4超声波检测实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
在进入20世纪以来，世界发展的总体大方向是“智能”。什么是智能？智能作为新时代产物，被定义为“它能够按照人类预先给定的模式，在某个特定的环境和条件下自动运行，不需要人为的管理，就可以完成预期所想要达到的或者更高级的目标。”
在当今这个社会的大背景下，所有人力不可及的事情都好像可以通过人类的智慧，让跟多的现代高科技产物代替人类去完成。我国作为世界上的经济大国，在科技领域已经取得不小的成就。但是在汽车制造业，我国跟世界上顶尖的之制造国还是有一定的差距。在顶尖的汽车中，都会应用到超声波的智能避障，当汽车于障碍物之间的距离小于一定距离的时候，系统就会提示车主，让车主做出相应的处理措施。若司机没有采取措施，汽车便会自行制动，避免发生危险。
在本设计中，通过程序的编写和硬件的调试，通过搭载在小车上的超声波测距仪判断障碍物距离，并在小车与障碍物距离小于编程中设定的值时，小车自己做出相应的动作，朝着没有障碍物的方向继续前行，完成开始设计时的目标。
1.2 国内外研究现状
在国外，机器人的发展有如下趋势。一方面机器人在制造业应用的范围越来越广阔，其标准化，模式化，网络化和智能化的程度越来越高，功能也越来越强大，并向着计算机技术和装备成套化的方向发展；另一方面，机器人向着非制造业应用以及为小型方向发展，如表演型机器人、服务型机器人、机器人玩具等。国外研究机构试图将机器人应用于人类活动的各个领域。
外太空探索、仓库管理、智能家庭清洁机器人、智能避障小车、儿童玩具以及人们日常所用到的手机、电脑等都充斥着智能，智能是这个社会发展的大方向，是社会发展的必然趋势，国外在这方面的研究早于我国，因此在这方面，我国还是比较落后于欧美及日本等发达国家。
辜鑫，张柏林设计出基于单片机的超声波避障智能小车，属于教学实验器材领域。其包括电源模块，单片机，显示单元，超声波探测器，距离设定单元，动力单元；所述的超声波探测器与单片机通过信号线连接，单片机与动力单元信号线连接，单片机通过显示单元通过信号线连接，距离设定单元与单片机通过信号线相连；电源模块与单片机电连接，且电源模块与单片机电连接。本实用新型装置提供基于单片机的超声波避障智能小车，其通过重新设计距离设定单元，动力单元实现小车超声波避障。
黄崇富，刘勇设计了以盛群HT46R232 MCU为主控芯片,利用红外传感技术、超声波测距技术、步进电机控制技术设计了超声波避障智能寻迹运物小车系统。设计的小车可以沿规定的线路自动寻迹前进并利用超声波避障。当到达指定地点时，利用压力传感器与步进电机卸载小车上的货物。该小车系统具有一定的智能性，经过改进后可应用于科学勘探等用途。
智能红外避障小车利用红外传感器对障碍物和行驶的路况进行判断，从而使小车能顺利地绕过障碍物。彭美定，邓鹏提出了一种基于STC89C52单片机的智能红外避障小车的设计与实现方法。该设计以两个直流电动机为主动力源进行驱动。电机驱动电路采用了L298N驱动芯片，通过红外传感器来采集信息，并送入主控单片机(STC89C52)进行处理，数据处理完成后执行相应动作，以达到自动控制的目的。本设计中避障模块采用红外线收发来完成，由控制单元处理数据后执行相应动作，实现了无人干预也可完成一系列动作的功能。
孙Q设计出基于STM32单片机四驱智能汽车，可准确实现履带避障功能。该车以单片机为控制核心，外接稳定电压电源模块、超声波传感模块和电机驱动模块。超声波传感器作为汽车的传感器模块来识别道路和障碍物信息。驱动模块采用BTN7971驱动芯片控制，不再使用常规汽车的普通驱动轮，采用麦克纳姆轮作为汽车的驱动轮。这种设计的汽车可以原地旋转和移动，更适合复杂的环境，可以快速稳定地实现精确的避障。智能汽车结构简单，易于实现。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于STM32F103单片机，通过整合HC-SR04超声波测距模块、DS18B20温度检测模块、LCD1602显示模块、舵机模块和JDY-31蓝牙模块等多个模块，实现了一种功能完善的超声波避障系统。该系统可以准确检测障碍物距离和环境温度，并通过LCD显示模块展示出来。当检测到障碍物时，舵机模块会控制小车改变方向以避开障碍物。同时，用户可以通过蓝牙模块与手机连接，通过手机控制面板远程控制小车的运动。实验结果表明，该系统具有稳定性、可靠性和操作简便性，具有广泛的应用前景。未来的研究可以进一步优化系统性能和扩展功能，实现与其他智能设备的互联互通。
