基于联创中控物联网平台的智能小车循迹+避障设计

赵绪言 叶磊 雷紫薇 重庆交通大学

关键字：物联网 小车寻迹+避障

1 设计任务

（1）智能小车利用磁导航传感器，在沙盘上按照预设的路线行驶。

（2）在行驶过程中，在有足够空间的保障下，智能小车在遇到前方障碍物时，会进行左转绕开障碍物，之后回到其原来的路线上继续行驶。

2 设计原理

2.1 智能小车

智能小车 UI-SmartCar，高度集成包括磁导航传感器、RFID读卡器、红外传感器、zigbee 通信模块等。在操作中需要将USB2.0方口线的一端连接PC机的USB口，另一端连接ST-Link调试器的“USB-Debug”接口，然后将USB3.0数据线的一端连接ST-Link调试器的“Debug”接口，另一端连接小车的USB3.0调试烧写口烧写程序。

2.2 小车避障原理

红外反射传感器是基于红外反射原理，根据反射强度来确定是否存在前方障碍物。可通过调红外反射传感器的电位器来调整检测距离。当前方检测到障碍物时，OUT1 引脚由高电平变为低电平，根据电平的变化设计程序，使小车遇到障碍物停止运动。

2.3 小车寻迹原理

目前，磁导航传感器主要应用于自主导航机器人、室内外检测机器人、自主导航车辆AGV（AGC）、自动小车等自主导航设备中，以完成预设路径的检测和定位。当磁导航传感器在磁条之上时，每个检测点可以将磁带强度转换成电信号并将其传送到控制芯片。控制芯片可以通过数据转换来测量各检测点位置的磁场强度。

与光电传感器和视觉传感器相比，磁导航更可靠，不受环境光和地面条件的影响。与激光导航相比，磁导航系统具有简单、易于实现、成本低等优点。

磁导航系统由以下部分组成：

（1）上位机系统

管理、监控小车的运行状态和相关参数，实时做出调度决策。

（2）路径识别线

AGV小车的自动导引轨迹，实现AGV小车的自主导航。

（3）定位地标

AGV小车在交叉路口选择、目标地点定位的判断依据。

2.4 小车寻迹+绕障原理

基于小车避障和小车寻迹原理，将两者结合，使小车能够实现在沙盘遇到障碍物后，绕过障碍物，并且回到自己本来的轨迹上。

小车避障采用红外线反射传感器，红外线传感器利用红外线反射原理，根据反射的强度来判断前方是否有障碍物，并通过红外线传感器的电位器来调整检测距离。根据电平的变化设计程序，使小车遇到障碍物停止运动。小车循迹采用磁导航传感器，磁导航传感器通常由磁条、轨道钉或电缆组成。当磁导航传感器位于磁条上方时，每个检测点可以将其位置的磁带强度转换成电信号，并将其传送到控制芯片。控制芯片可以通过数据转换来测量每个检测点位置处的磁场强度。当小车自动寻迹时，根据程序遵从（直行＞右转＞左转）的规则。通过将两者相结合，即可实现寻迹+绕障。

3 系统程序设计

3.1 主程序设计

在小车硬件初始化中加入IR_EXTI_Init()； 即为小车红外传感器初始化；为后面的小车避障提供主函数。然后定义自动寻迹函数。首先根据点的触发情况计算调整参数，将状态按位写入变量并记录触发状态，然后将磁导航触发分为几种触发情况，1点触发，2点触发，3点触发，再分别讨论。经过交叉口时，根据程序预先设定(直行＞右转＞左转)做出判断。

3.2 避障程序设计

增加车前红外线装置的中断代码IR.c实现小车绕障的功能。绕障方式：当检测到前方有障碍物时，小车向左转弯进行绕行，然后再返回至原来的轨迹前行。

4 调试及结果分析

4.1 调试步骤

（1）将 USB2.0 方口线的一端连接 PC 机的 USB 口，另一端连接 ST-Link 调试器的“USB-Debug”接口， 然后将 USB3.0数据线的一端连接 ST-Link 调试器的“Debug”接口，另一端连接小车的 USB3.0 调试烧写口

（2） 找到固件，在STM32 ST-Link Utility中打开成功后，在菜单栏点击Target、Program & Verify。并下载固件。

（3） 新建Keil工程。

（4）使用Keil编写程序、编译程序。

（5）编译工程成功后，点击下载按钮 ，将程序烧录到小车中。

4.2 结果分析

将小车程序烧录进小车中，在沙盘上进行试验。小车能沿着沙盘上的磁通自动寻迹前行。经过交叉口时，根据程序预先设定(直行＞右转＞左转)做出判断。经过若干次实验，在不同路段，放置不同障碍物，结果小车都能自动寻迹。在遇到障碍物时，也能识别前方障碍物并自动左转避让。