数控技术 基于单片机的智能避障小车 张开翔 （四川省成都七中嘉祥外国语学校，四川成都６１００００） 摘要：本文设计一款基于红外避障、超声波测距的原理，检测并计算小车距离周围障碍物的距离，通过控制小车后轮两电机的差速调 速来实现小车的转向控制。经实际测试，智能避障小车取得了良好的实验效果。 关键词：单片机；避障小车；超声波测距 中图分类号：ＴＰ２４２．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９４１６（２０１７）０９—０００１—０２ 智能避障小车作为智能移动机器人一种，具有行动灵活，操作 方便等优点，避障小车上可以装载各种功能的传感器及数据处理模 块，其中避障功能是保证智能小车在行进过程中行进方向自行调 节，避免发生碰撞是智能小车重要组成部分。自动避障功能的小车 设计包括小车的机械结构、传感器、Ｌ２９ ８Ｎ电机驱动模块以及 ＡＴ８９Ｓ５２单片机软件设计等。目前很多小车都采用单个传感器实现 单面避障，存在探测速度慢，避障成功率低等问题 １。因此设计了一 款全方位避障的智能小车系统，采用红外单点避障和超声波避障相 结合的模式来实现全方位探测，有效提高避障的效率和成功率。 １系统设计 智能避障小车模型主要由ＡＴ８９Ｓ５２单片机控制板、小车底板、 传感器模块、电机驱动和电机模块、ＬＣＤ显示模块等构成。智能避障 小车采用亚克力作为底盘，小车的前轮为万向轮，小车后轮分别由 个电机控制。通过对后轮两个电机转速的差速控制来实现小车运 动的控制。小车核心控制模块采用ＡＴ８９Ｓ５２单片机最小系统板用来 一接收和处理红外传感器、超声波传感器信号数 ｌ。从而发出小车相 关执行操作指令，系统功能如图ｌ所示。 ２硬件系统设计 ２．１单片机控制模块 Ｉ 电源模块 图１系统功能 ｌ 智能避障小车主控芯片采用了ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴ８９Ｓ５２芯片， 该单片机负责小车传感器数据的采集、读取，并控制小车电机驱动 实现小车行动方向等控制。 ２．２传感器模块 图２电路设计 收稿日期：２０１７—０９—２１ 作者简介：张开翔，男，四川成都人，就读于四川省成都七中嘉祥外国语学校。 数控技术 『滓拉术 ｉ ２．３显示模块 盖ｉｆ 鹏 ＬＣＤ显示屏，负责显示处理器处理的超声波信号，并且将距离 模块内部 发出信号 二 厂—］——一—— 显示，采用了１６０２ ＬＣＤ显示模块。 ２．４电机驱动模块 ｔｍｌｔｌ￣信号…ｌ 回晌电平输出 Ｉ 与检测距离成比例～图３超声测距程序 智能小车的前进驱动主要是通过步进电机驱动的，驱动模块设 计采用Ｌ２９８Ｎ芯片，该芯片是一款高电压，大电流电机驱动芯片。可 以驱动直流电动机和步进电动机，采用标准逻辑电平信号控制。具 有两个使能控制端。驱动电机的正转、反转、停止。 ３软件设计及实现 ３．１超声测距程序设计 如图３所示，根据超声波模块时序图，单片机ＩＯ口设计输出脉冲 触发信号（１ｖｒＬ信号高电平１０ｕｓ以上），超声波模块将循环产生８个 ４０ＫＨＺ的周期脉冲电平信号，单片机检测连接检测回波的引脚，一 旦该引脚检测到信ｇ－￣升沿，单片机内部启动定时器计算高电平的 时间。高电平的宽度与所测的距离成正比［４１。距离＝高电平时间 声 速／２。 ３－２系统软件流程图 系统软件流程图４所示，智能避障小车上电后直行，单片机 ＡＴ８９Ｓ５２采集红外传感器数据和超声波检测的数据，判断前方是否 有障碍物，如果没有障碍物可以左转、右转、倒车和直行。如果遇到 障碍物就停止前进并启动蜂鸣器报警 １。 ３．３实验结果 通过进行测试，成功实现了小车的智能避障功能，超声波的距 离可以达到８０ｃｍ，根据超声波所测的距离，小车能够探测到是否存 在障碍物，实现判断暂停、后退、前进或转向等操作，达到预期目标。 小车实物如图５所示。 ４结语 图４系统软件流程 本文设计实现了一种实用的智能避障小车系统设计方法，完成 了智能小车结构设计、电路硬件的设计及控制软件代码的开发，成 功实现避障的功能，该系统有控制过程简单、成本低、抗干扰能力强 等特点。可以广泛用于智能自动物流车、智能车玩具等领域，在工业 智能机器人领域也有一定的实用价值。 参考文献 ［１］郭天祥．新概念５１单片机Ｃ语言教程——入门、提高、开发、 小车正面图 小车背面图 拓展全攻略［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００９． 图５ ［２］宋戈，黄鹤松，员玉良。蒋海峰．５１单片机应用开发范例大全［Ｈ］．北 人民邮电出版社。２Ｏ１０． 智能小车传感器分为红外传感器和超声波传感器。红外传感器 京：数字电子技术基础（第四版）［Ｍ］．北京：高等教育出版社， 发射和接受红外光，用于对近处物体的探测和识别，将探测到的物 ［３］阎石．体信号通过电平信号送给单片机；超声波模块发射和接受超声波， 用于测量障碍物的距离，并且辅助避开障碍物。超声波测距原理：使 换能器向介质发射脉冲，声波遇到被测物体后反射回来接收，若声 速为Ｃ，第一个回波到达时刻与发射脉冲时刻相差为ｔ，则小车与目标 之间的距离ｓ＝ｃ，ｔ／２￣ 。电路设计如图２所示。 １９９８． ［４］刘伏文，王春华．ＭＣＳ一５ｌ单片机存储器结构详解［Ｊ］．电子制作， ２００７。（１ ０）：５６—５９． ［５］安岩．自动循迹智能小车的设计［Ｊ］．苏州科技学院学报：工程技术 版，２０１ ０，（１）：７２－７５． Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｂａｓｅｄ ＩｎｔｅＨｉｇｅｎｔ Ｏｂｓｔａｃｌｅ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ Ｔｈｅ ｃａｒ Ｚｈａｎｇ Ｋａｉｘｉａｎｇ （Ｓｉｃｈｕａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｅｖｅｎ Ｊｉａｘｉａｎｇ Ｆｏｒｅｉｇｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１００００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ａｎｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆａ ｃａｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｏｂｓｔａｃｌｅｓ，ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆｔｈｅ ｃａｒ ｒｅａｒ ｗｈｅｅｌ ｍｏｔｏｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｃａｒ ｔＶ￣Ｏ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｔｅｓｔ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｔｒｏｌｌｅｙ ｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｇｏｏｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｏｂｓｔａｃｌｅ ａｖｏｉｄａｎｃｅ ｔｒｏｌｌｅｙ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｉｎｇ
