基于單片機的智能紅外避障小車設(shè)計

彭美定　鄧鵬

摘要：智能紅外避障小車利用紅外傳感器對障礙物和行駛的路況進行判斷，從而使小車能順利地繞過障礙物。文章提出了一種基于STC89C52單片機的智能紅外避障小車的設(shè)計與實現(xiàn)方法。該設(shè)計以兩個直流電動機為主動力源進行驅(qū)動。電機驅(qū)動電路采用TL298N驅(qū)動芯片，通過紅外傳感器來采集信息，并送入主控單片機（STC89C52）進行處理，數(shù)據(jù)處理完成后執(zhí)行相應動作，以達到自動控制的目的。本設(shè)計中避障模塊采用紅外線收發(fā)來完成，由控制單元處理數(shù)據(jù)后執(zhí)行相應動作，實現(xiàn)了無人干預也可完成一系列動作的功能。 關(guān)鍵詞：避障；單片機；紅外傳感器；脈沖寬度調(diào)制 隨著科學技術(shù)的進步和人們生活水平的提高，人們對生活中的許多事物都提出了更高的要求，同時汽車工業(yè)的快速發(fā)展，使得智能汽車研究也越來越受人們的關(guān)注。智能汽車概念的提出給汽車產(chǎn)業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)，汽車的智能化必將是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。由于傳感器的應用與發(fā)展，使小車自動避開障礙物成為一種可能，這無異于給小車增添了一雙眼睛；自動避障小車可以作為地域探索機器人和緊急搶險機器人的運動系統(tǒng)，通過這雙眼睛，它可以巧妙地避開障礙物，再加上其他的一些功能，就可以完成人們指定的任務。本設(shè)計以基于紅外的智能小車為研究對象，當小車遇到障礙物時，如果離障礙物的距離小于所設(shè)定值時，小車采取相應的避障措施。通過紅外避障模塊和單片機的程序進行校準優(yōu)化可以消除外部物理條件造成的誤差從而達到對障礙物較準確定位的目的。 1.總體方案設(shè)計 本系統(tǒng)大體可以分為以下幾個部分：微控制器模塊、顯示模塊、電機驅(qū)動模塊、避障模塊、電源模塊、直流電機模塊等。本系統(tǒng)的方框圖如圖1所示，采用STC89C52作為微控制器來接收輸入信息并對輸入信息進行處理，然后將結(jié)果輸出到電機驅(qū)動模塊控制直流電機運行，采用通用型1602液晶屏作為顯示器，顯示小車的各種運行狀態(tài)和參數(shù)，并通過接收控制器產(chǎn)生的信號來驅(qū)動電機的運行，從而控制小車的方向和速度。發(fā)射管發(fā)射出波長為940nm的紅外線，當檢測到前方有障礙（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，經(jīng)過比較電路處理后，將該輸出信號送到微控制器。本系統(tǒng)采取12v電源為電機驅(qū)動模塊提供較大的電流，以保證直流電機正常運行。 2.主要單元模塊設(shè)計 2.1單片機主控制電路設(shè)計 本模塊主要用于信號的采集并對數(shù)據(jù)進行分析處理，同時輸出高低電平來控制電機速度，從而控制小車前進轉(zhuǎn)彎等動作，此處采用STC89C52單片機作為主控芯片。單片機最小系統(tǒng)電路如圖2所示。 2.2電機驅(qū)動模塊設(shè)計 該模塊采用了L298N雙H橋直流電機驅(qū)動芯片，L298N可采用標準TTL邏輯電平信號，VCC可接4.5～7V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍2.5～46v，輸出電流可達到2.5A，可驅(qū)動電感負載。本系統(tǒng)驅(qū)動電機部分vIN采用12v直流電源供電，小車運行時通過單片機向該模塊INl，IN2，IN3，IN4腳輸入控制信息來控制小車電機的正反轉(zhuǎn)，通過單片機向該模塊ENA，ENB腳輸入脈沖寬度調(diào)制（Pulse WidthModulation，PWM）信息，從而控制小車電機的速度。電機驅(qū)動模塊電路如圖3所示。

2.3紅外避障模塊設(shè)計 本設(shè)計利用紅外發(fā)射接收管及其處理模塊進行避障。紅外發(fā)射接收管廣泛用于各種家用電器的遙控接收器中，如音響、彩色電視機、空調(diào)器、VCD視盤機、DVD視盤機以及錄像機等。紅外接收管能很好地接收紅外發(fā)射管發(fā)射的波長為940nm的紅外光信號，而對其他波長的光線則不能接收，從而保證了接收的準確性和靈敏度。當發(fā)射出的紅外線沒有被反射回來或被反射回來但強度不夠大時，紅外接收管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，此時模塊的TTL輸出端為高電平，相應的指示發(fā)光二極管一直為熄滅狀態(tài)；當被測物體出現(xiàn)在檢測范圍內(nèi)時，紅外線被反射回來，且強度足夠大，紅外接收管導通，此時模塊的TTL輸出端為低電平，相應的指示發(fā)光二極管被點亮。單片機接收到信號后進行判斷執(zhí)行相應動作避開障礙物。避障模塊電路如圖4所示。 3.軟件系統(tǒng)設(shè)計 利用紅外傳感器檢測道路前方的障礙物，單片機通過檢測各傳感器的工作狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)進行綜合分析處理后，產(chǎn)生高低電平控制電機驅(qū)動模塊工作，實現(xiàn)對小車方向和速度的控制，從而實現(xiàn)電動小車自動避障的功能。系統(tǒng)程序流程如圖5所示。

線沒有被反射回來或被反射回來但強度不夠大時，紅外接收管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，經(jīng)過比較電路處理后，將該輸出信號送到微控制器，然后由微控制器產(chǎn)生高低電平控制電機驅(qū)動模塊工作，實現(xiàn)對小車的方向和速度的控制，從而實現(xiàn)電動小車自動避障的功能。 4.主要設(shè)計參數(shù)

電機驅(qū)動模塊采用了L298NT2H橋直流電機驅(qū)動芯片，L298N可采用標準TTL邏輯電平信號，VSs可接4.5～7v電壓。4腳Vs接電源電壓，VS電壓范圍2.5～46V，輸出電流可達到2.5A，可驅(qū)動電感負載。本系統(tǒng)驅(qū)動電機部分VIN采用12v直流電源供電，小車運行時通過單片機向該模塊INl，IN2，IN3，IN4腳輸入控制信息來控制小車電機的正反轉(zhuǎn)，通過單片機向該模塊ENA，ENB腳輸入脈沖寬度調(diào)制信息從而控制小車電機的速度。電機驅(qū)動模塊的實際輸入輸出電壓參數(shù)如表1所示。 5.結(jié)語 本設(shè)計以STC89C52單片機為控制核心，利用紅外傳感器檢測道路前方的障礙物，單片機通過檢測各傳感器的工作狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)進行綜合分析處理后，產(chǎn)生高低電平控制電機驅(qū)動模塊，實現(xiàn)對小車的方向和速度的控制，從而實現(xiàn)電動小車自動避障的功能。