浅析智能循迹避障小车的电子制作

汪 焕 池州学院 247000

【文章摘要】

智能循迹避障小车主要是由红外线避障系统、无线通讯发射及接收系统、电机驱动系统、供电系统与电动小车五个部分所组成的。小车在具体的运行过程当中能够使用遥控器对小车实现任意控制的目的，比如前进、后退、左转与右转等各种基本动作，如果遇到相应的障碍物，小车还具备自动避开的功能。

【关键词】

智能；循迹避障；小车

0 引言

伴随着汽车工业领域以及电子信息控制理论的进一步发展，汽车的智能化与自动化程度不断提升。目前阶段普遍的光电管黑白线循迹智能车通常不具备避障功能或者智能避障算法存在一定的缺陷，从而容易使得避障效果不太理想。智能循迹避障小车主要是以光电管的循迹智能车作为设计基础，可以在运行过程中可以实现智能避障的功能，而且通过无线通讯功能达到远程状态监控与人工远程控制的目标。

1 系统的硬件设计

1.1 系统的总体设计

智能循迹避障小车的系统硬件主要包含了CPU 模块、路径识别模块、路径识别模块、车速和距离检测模块、智能避障模块和无线通讯模块等部分所构成。

1.2 路径识别模块

路径识别模块使用红外对管可以达到识别路面信息的目的。选取四个红外对管根据一字形相应地排列在小车的车头底部，邻近的两个光电管的相互间隔距离大概为2cm，因为行走路径轨迹主要是由黑线所指示的，落在黑线区域范围内的光电二极管所接收到的反射光线强度和白色的有所区别，所以根据检测到黑线的光电管位置能够判断出小车的行走方向，能够在在电路板上设计出四个相应的LED， 用于显示红外管的实际工作状态与小车需要进行调整的行走方向。

1.3 车速和距离检测模块

在小车的车轮侧面位置需要安装相应的四个磁钢，在车轮外侧的合适位置需要固安装一个霍尔传感器。小车在行走时通过车轮可以带动磁钢转动，小车的车轮转动一周的同时霍尔开关输出四个脉冲信号，然后把脉冲信号发送到单片机进行相应的处理分析。小车在行走过程中和霍尔开关的输出脉冲关系能够表示成:s=(n/4)*16。

1.4 智能避障模块

如果前进方向的路径被障碍物所挡住时，小车是不能正常通过的。使用超声波传感器检测周围的障碍物状况，同时使用合适的算法可以使小车能够绕开障碍物而继续向前行走。使用T/R-40-12 型号的超声波传感器用于检测前进方向障碍物体的实际检测元件，其中心频率通常是40KHz。如果LM567 的输入信号超过25mV 时，输出端从高电平信号转变为低电平信号，然后送到单片机进行处理。在小车侧身位置需要安装若干个红外对管传感器，主要用于避免车身和障碍物出现碰撞现象，其具体的数目一般是取决于小车本身的长度。如果单片机检测到前进路线上存在一定的障碍物时，如果车头和障碍物的实际距离超过小车宽度时，小车则会减速前进。然后小车开始向右拐弯，沿着障碍物达到绕过的目的，在这时候需要确保车身左侧位置的各个红外对管能够检测到和障碍物的最小距离是小车宽度。假如小车在进行绕行过程中车头位置的红外传感器检测到黑线后，在车身左侧位置的红外对管与障碍物最小距离不小于车身的前提下，小车会开始调整相应的姿态，准备继续进行循迹功能。

1.5 无线通讯模块

方案一: 使用有线方式。单片机和电脑之间的通讯功能大部分使用串行通信方式，因为单片机的I/O 属于TTL 电平类型，需要实现单片机和电脑RS-232 串口的通信功能，只需要使用一片MAX232 芯片达到电平转换的目的，然后可以两者之间连接上相应的串口线。

方案二: 使用无线方式。无线通讯功能可以有效地避免使用有线方式存在的不便缺陷， 具有移动性能好与易于调试分析等优势。单片机和电脑实现无线通讯功能应当在单片机与电脑相应位置分别连接一个无线信号收发模块。选择PT2262 与PT2272 设计制作相互匹配的无线通讯模块，这种设计形式的无线模块能够直接与单片机的I/O 进行相互连接，然而不支持直接与电脑的串行口相互连接，应当在电脑和无线模块之间使用MAX232 芯片相应设计出一个接口电路，从而能够实现电平转换功能。

2 系统的软件设计

软件模块程序一般使用Windows XP 系统下的Visual Basic 进行编程实现，这个模块要求具备的实现功能有以下若干方面。

(1) 开启单片机时接收到单片机的开启信息同时开始进行计时功能。

(2) 实时地接收单片机所发送过来的小车行走状态数据信息。

(3) 实时地显示小车的行走状态数据信息。

(4) 生成小车行走状态数据信息的文本文件。

(5) 向小车发送相应的控制命令，控制小车具体的行走状态。

(6) 设置具体的行走路线之后，向小车发送相应的各种具体指令。

调试过程一般包含以下若干个步骤。

(1) 实现单片机和电脑的串行通信功能，把串行端口相应的波特率设置到与单片机一致，使用端口调试工具检测所编写程序的串行数据是否处于发送正常的状态。

(2) 电脑端接收到小车的实时行走状态信息同时进行显示，保存为文本文件。

(3) 发送相应的命令使小车进入到手动控制状态，通过电脑端的程序指令可以控制小车的各种行走状态。

(4) 在电脑端的显示屏上画出相应的三点两线图形，向单片机提供相应的数据信息。

(5) 发出操作指令使小车恢复到自动运行状态，能够继续探路以及实时地返回当前阶段的小车状态。

3 结束语

智能循迹避障小车相应的系统硬件部分设计相对比较简单，易于实现基本功能，同时运用模块化的设计思想，有利于方便对软件的调试工作。智能循迹避障小车系统可以体现出较高的可靠性能，系统上电之后小车开始沿着黑线行走，电脑端可以实时地显示小车的行走信息，同时可以选择手动模式控制小车的行走状态。在小车行走的方向轨迹上设置相应的简单障碍物时，小车能够通过相应的避障算法顺利地完成避障任务，如果小车无法自动完成避障功能时，可以通过无线控制方式达到避障目的。

【参考文献】

[1] 何桥, 邱春玲. 单片机原理及应用[M]. 北京: 中国铁道出版社,2004.

[2] 程德福, 王君, 凌振宝. 传感器原理及应用[M]. 北京: 机械工业出版社,2008.

[3] 王君, 凌振宝. 传感器原理及检测技术[M]. 长春: 吉林大学出版社,2003.

【作者简介】

汪焕性别：男. 籍贯（精确到市）：安徽省合肥市肥西县铭传乡出生年月： 1990.2.3 职务职称和学历： 学生、本科 研究方向： 电子制作025