基于单片机的智能避障小车

张开翔

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、L298N电机驱动模块以及AT89S52单片机软件設计等。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，小车后轮分别由一个电机控制。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接收和处理红外传感器、超声波传感器信号数据[2]。从而发出小车相关执行操作指令，系统功能如图1所示。

2 硬件系统设计

2.1 单片机控制模块

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

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[3]。电路设计如图2所示。

2.3 显示模块

LCD显示屏，负责显示处理器处理的超声波信号，并且将距离显示，采用了1602 LCD显示模块。

2.4 电机驱动模块

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（TTL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号上升沿，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[4]。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[5]。

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

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、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]宋戈，黄鹤松，员玉良，蒋海峰.51单片机应用开发范例大全[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3]阎石.数字电子技术基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社，1998.

[4]刘伏文，王春华.MCS-51单片机存储器结构详解[J].电子制作，2007，（10）：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，2010，（1）：72-75.endprint