仿雷达智能精确避障小车设计

伴随人工智能、自动化技术以及控制系统等的快速发展进步，智能机器人进入寻常生活的构想已离实际愈来愈近。对运动型机器人而言，准确又快速的避障是其实现其它功能的一个基础。而智能小车是机器人的一种特例，其执行构建较为简单，价格相对低廉，能方便快捷的执行各种命令，趣味性非常强。本研究的目的就是设计一款能够实现自动避障的小车。文章先是对系统方案进行了阐述，继而分别针对方案的硬件以及软件系统设计予以阐述。

【关键词】智能 仿雷达 避障碍 精确 小车

1 研究的背景以及意义

智能机器人技术以计算机、机械、电子、传感器、自动控制、人工智能以及通讯网络等多种不同学科以及领域为代表，是高新技术研究成果的集大成者，其代表着高科技研发的最前沿。伴随电子科技的不断进步，各N各样的具备感知、决策、行动以及交互性能的机器人被发明出来，而且其应用已广泛分布于机械、航空航天、电子、交通、冶金以及国防等众多领域。目前机器人在制造业应中的运用愈来愈广阔，其模块化、标准化、智能化以及网络化的程度愈来愈明显，功能也愈加强大，同时正向技术及装备成套化的趋势发展。此外，机器人也在向非制造业应用和微小型趋势发展。作为智能机器人中的一个特例，智能小车其执行构建较为简单，价格相对低廉，能方便快捷的执行各种命令，趣味性非常强。

2 系统设计方案

2.1 方案的选择

仿雷达智能精确避障小车主要功能是避开行进时候遇到的障碍物，小车无固定的行动路线，也不设目标，但是会按照最优判断去决定转向哪个方向，通常情况下都不会与障碍物碰撞。结合系统的需求，该智能小车的主要模块有：主控模块、超声波避障模块以及电机驱动模块。

2.1.1 MCU的选取

MCU的种类比较多，其中ST公司的MCU主要优点是价格便宜，功能相对强大，而且具备低功耗模式，性价相对较高。而MSP430的优点是功耗低，通常用在长期工作的设备中。51系列单片机功能比较少，不过在MCU学习和使用上非常的方便。鉴于已有STC89C52单片机，笔者对其功能十分的熟悉，除输出两路PWM波形51系列MCU相对困难以外，其它功能用51已足够，故而MCU最终选用的是STC89C52。

2.1.2 传感器的选取

红外传感器虽然其测量的距离远，但是其精度较差，在1m，并且受光照的影响很大。而超声波模块的测量距离在0.3-4m之间，其精度约为1cm，且抗干扰能力非常强。图像传感器在接收信息上是最全面的，不过其图像解析和处理比较困难。结合考虑智能小车的工作尺度以及MCU的处理能力等因素，最终选取的是超声波传感器。

2.1.3 电机的选取

通常电机主要有直流电机和步进电机两类，其中直流电机控制起来比较方便，驱动也比较简单，调速性能很好，但是其位置精度比较差。而步进电机则恰好相反，其位置精度非常好，但是其驱动、控制起来很麻烦。因为本小车不需要恨精确的位置信息，同时处理的时候还有模糊处理的成份，故而本次选择直流电机。

2.2 系统设计的框图

如图1所示。

3 项目实施

3.1 硬件系统设计

3.1.1 主控模块

仿雷达智能精确避障小车的控制板选取开发板带的STC89C52单片机，再加上下载电路、晶振、复位电路、引脚引出、开关和指示电路以及扩展中断等硬件。其中的晶振电路由11.0592M和22p电容构成，而复位电路由弱上拉10K电阻构成。

下载电路：因为笔者手上有USB转TTL模块，所以在小车设计的时候不用串口，并且USB转TTL电路不需其它的芯片和接口，4pin排阵就能够实现，最终下载电路选取的USB转TTL电路，如图2所示。

扩展中断：该种电路选取三片7400四和非门芯片实现，把MCU的INT0扩展为四个中断。其中的逻辑是：Y=A+B+C+D=（A’B’）’+（C’D’）’=（（（A’B’）’）’（（C’D’）’）’）’还有开关与指示电路，如图3所示。因为库中没有STC单片机，与使用AT的代替，二者外观一样，只是所包含的头文件有区别。此外还有一些I/O口的引出，直接和排阵相连。

3.1.2 超声波测距模块

技术参数具体如下：使用电压为5V；静态电流大多为小于2mA；感应角度不大于15°；高精度能够达0.2厘米；电平输出为高于5V；电平输出为底0V；探测距离为2cm至450cm；接线方式为VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、GND。工作原理是触发测距是IO口TRIG，至少10us高电平信号；模块能够自动发送八个40khz的方波，自动检测信号能否返回；如果信号能返回，IO口ECHO就输出一个高电平，而持续时间是超声波发射至返回的时间。

4 结语

总之，本文主要是对自动避障的小车进行研究，自动避障就是指的能够自动躲避在前进路上的一些障碍物。可以采用多个超声波模块来进行模拟小型雷达来进行检测，实现了预期的效果。

参考文献

[1]卢威.智能小车避障系统的设计与实现[D].江西：南昌大学，2012.

[2]王应军等.基于AT80C51单片机的智能小车设计[J].福建电脑，2009.

[3]孙浩.基于HCS12的小车智能控制系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2007.

[4]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京航空航天大学出版社，1994.

作者单位

安徽大学 安徽省合肥市 230601