基于单片机的智能小车避障系统的设计与实现

马宏斌，毕建兴，赵家莹

（河北农业大学 机电工程学院 河北 保定 071000）

1 引言

伴随着科学技术的迅速发展，人工智能化已成为现在大家的关注的重点，基于此项技术无人驾驶技术已成为未来汽车发展的重点，面向未来无人驾驶汽车应该具有极强的自动控制能力，不需人为控制，就可完成预期所定目标，并且极大地降低交通事故率，其具有极强的现实应用意义。目前市场大量出售的轿车没有普便应用推广避障系统，据现有资料显示大多数交通事故是因车距过小而造成的追尾、碰撞事故。本文提出的采用传感技术实现的避障系统可利用利用STC89C52单片机在智能小车上进行仿真设计实验。

2 基于智能小车避障的系统的设计方案

（1）本设计中采用单片机STC89C52作为路况信息的检测、传感器输入信号的处理、驱动电机控制和提供+5V电源的核心器件。

（2）采用超声波传感器模块来探测全方位360度的障碍物，当检测道传感器前方存在的障碍物与小车的实时距离小于设定值时，通过单片机控制驱动车轮停转或反转，以此来规避前方障碍物，实现避障作用。

（3）小车的自动循迹主要由红外传感模块检测信号，当小车在铺设好的轨道上行驶时通过红外模块的信号读入可通过控制车轮的转动方向，实现按规定的轨道前进的目标。

3 系统硬件设计

硬件电路由直流电源、STC89C52单片机开发板、超声波传感器模块、红外传感器模块、L298N电机驱动模块、直流电机构成。

3.1 直流电源

利用直流稳压源为单片机、直流电机进行供电极大地为调试提供了便利，但其也存在着稳压电源体积相对过大，供电线路较短不适合较长轨道的电源提供。因为考虑到小车电机的灵活工作需要并且单片机采用5V电压供电即可，干电池组合使用也会代替直流稳压源的作用，其存在体积小，电压稳定的优点，但我们在选用直流电机时便固定了只能选用恒压为5V直流电机的电机，太大的电机电压等级会存在供电不足停止转动的情况。

3.2 STC89C52单片机开发板

该系统设计中单片机是信号采集、信息处理、电机控制的核心器件。综合考虑比较市场单片机的性能、成本等方面，选用宏晶公司生产的STC89C52单片机作为中央处理器。其实时收集和处理小车再前行过程中的传感模块采集回来的信息数据，来驱动控制小车的行进速度与方向。

3.3 超声波传感器模块

超声波测距离传感器模块，采用超声波回波测距原理，运用精确的时差测量技术，检测传感器与目标物之间的距离，采用小角度、小盲区超声波传感器，具有测量精度高，稳定性能好、无直接接触的优点。通过软件编程可以设置最短距离来实现智能小车的自动避障功能。

3.4 红外传感器模块

该设计采用的红外传感器模块采用红外避障模块，其由一对红外线的发射与接收管组成，当此管发射出一定频率的红外线光波遇到反射面时变会反射被接收管接收，经过比较处理电路处理变会产生信号输出，其输出信号为高低电平，并且其还能根据实际需求来反射距离,但是其容易受强太阳光等多种含有红外线的外来光源干扰。在进行实验因对其进行遮光处理，并在实际轨道上进行调试其检测距离已达到要求。

3.5 L298N电机驱动模块

电机驱动模块作为单片机与电机的中间联络器件，将单片机IO口输出的信号转化为电机正转、反转、与停止的实际控制。电机驱动模块对电机驱动系统具有宽调速范围、高转矩重量比、高可靠性等要求。

4 系统的电路设计

4.1 循迹电路

用红外避障模块作为小车循迹传感器，循迹电路结构比较简单而且工作稳定实用，在经过遮光处理后便能不中断的向地面发射和接收红外光，从而判断实时路况。轨道是由黑白两种颜色组成的平板制成，黑色为板子的底面，白线代表着轨道的走向。当红外光线照射到白线上就会发生漫反射，则反射光被接收管接收的光线就相对较弱，从而经过模块内部的比较计算给单片机的IO口输入一个低电平，同理当红外光照射到黑色板面时给IO口输入一个高电平。通过单片机内部的程序判断小车当前的行驶状况，并作出相应处理以保证小车能继续沿轨道前行。在调试过程中应注意两个红外避障的相对距离，否则会出现小车在循迹时沿直线而到处拐动。

从简单、可靠的角度出发，同时应用5个红外避障的传感模块可大大提高循迹的稳定性。

4.2 避障电路

应用超声波传感器进行避障，其工作原理是根据超声波的测距原理来判断障碍物与小车当前位止的距离及方向，把超声波测距传感器实时测取的数据读入单片机中与设定的数值进行对比。当检测到的距离小于设定值时单片机便输出相应电信号促使电机驱动器紧急制动，避免小车与障碍物的碰撞，从而实现避障功能。

在小车的车体前后左右分别安装超声波传感器，可实现小车全方位紧急避障的功能。

5 系统软件设置

系统软件程序采用C语言编写，其程序流程图如下所示，该系统在小车下方采用5个红外避障模块来完成小车的循迹电路，从该传感模块读入的数据与单片机程序中设定的数据值比较完成相应的逻辑电路控制，系统应用4个超声波传感器来进行避障电路的设计，检测到循迹存在障碍物时马上执行避障程序，防止小车与障碍物进行碰撞。

图1

6 结语

该设计中的智能循迹避障小车，采用STC89C52单片机作为信息综合处理核心，其IO口通过红外避障模块和超声波测速传感器读入电信号数值，在与单片机中设定程序进行比较完成后按照已定程序输出高低电平控制L298N电机驱动模块，改变小车的运行状况。此设计使小车系统简洁，响应快，使其及时根据轨道路况信息进行自动调节行驶状态，经过测试小车顺畅的实现全方位避障循迹功能。今后还可为小车增添自动识别、车速检测、自动报警和远程控制等功能使其更加智能化，人性化。