基于激光雷達的智能避障小車設(shè)計

楊志康 宋艷芳

摘要：智能車在當(dāng)今社會應(yīng)用的場合數(shù)不勝數(shù)，比如說掃地機器人，快遞分揀車，倉庫巡檢車等等。研究方向主要涉及到了公路、軍事等領(lǐng)域。對智能車的研究，一是為了提高經(jīng)濟發(fā)展水平，適應(yīng)全球化，二是提高軍事水平，比如無人機，掃雷車等，代替人在許多困難環(huán)境下，完成一系列的任務(wù)。智能避障小車概念就是在這樣的背景下提出來的。

關(guān)鍵詞：智能車;單片機;

1.引言

智能控制在當(dāng)今社會顯得格外重要。通過這次設(shè)計，可以實現(xiàn)讓小車具有自動循跡、避障功能，準(zhǔn)確定位停車。隨著信息化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，人們越來越懂得使用高科技產(chǎn)品來代替人們完成一些工作，本次畢業(yè)設(shè)計的智能避障小車可以應(yīng)用于許多方面：搬運東西、倉庫監(jiān)控等;隨著高科技產(chǎn)品的更新?lián)Q代，以后應(yīng)用的場合會越來越廣泛。

2.智能避障小車工作原理

本次“基于激光雷達的智能避障小車”設(shè)計了一個能夠使用激光雷達操控的智能小車。經(jīng)過測試，智能小車能準(zhǔn)確且穩(wěn)定地實現(xiàn)避障效果，在電腦上通過串口將文件發(fā)給下位機，再通過藍牙將文件發(fā)給下位機，下位機的K60系統(tǒng)通過內(nèi)部的程序?qū)l(fā)送過來的文件完成翻譯并發(fā)送到BTN8962電機驅(qū)動模塊來驅(qū)動電機和舵機完成智能車的穩(wěn)定行駛。以下是原理框架：采用K60和BTN8962電機驅(qū)動設(shè)備作為主控制系統(tǒng)， 采用激光雷達測距控制舵機轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)避障效果。采用HC-06 藍牙模塊，完成了調(diào)試過程中的信息交流。

整理每個模塊程序，匯總為總程序，通過增加LED、按鍵模塊、屏幕顯示模塊使后期調(diào)試參數(shù)時更加方便[2]。

3.控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

整體系統(tǒng)是由K60控制器、TFMINI PLUS激光雷達、電機驅(qū)動設(shè)備、舵機、電機等組成。TFMINI PLUS激光雷達、電機和舵機是下位機的執(zhí)行器。上位機電腦端將想讓智能避障小車經(jīng)過IAR軟件轉(zhuǎn)換成文件后綴為.c或.h的文件。然后電腦端通過串口將文件發(fā)給下位機使智能小車執(zhí)行文件中的控制信息。下位機中K60系統(tǒng)通過串口或者藍牙接收上位機發(fā)送過來的文件和TFMINI PLUS激光雷達接收到的信號，將發(fā)送過來的文件識別并轉(zhuǎn)換，再由下位機控制器控制電機和舵機的程序控制智能小車完成避開障礙物的動作[3]。

3.1 TFMINI PLUS激光雷達傳感器

本智能車的避障控制是由TFMINI PLUS激光雷達傳感器作為主控原件，運用飛行時間原理，測量的精度和距離更加穩(wěn)定準(zhǔn)確，再配合一系列的算法設(shè)計，組裝成的體積小，成本低，測量距離遠(yuǎn)的一款小型化產(chǎn)品。與激光雷達和接近開關(guān)等一系列的測距原件相比，激光雷達的優(yōu)點在于可以在強光強磁、強溫度等惡劣條件下依然保持其測距數(shù)值的穩(wěn)定性。激光雷達在運行的過程中，會接連不斷的向前方大范圍的發(fā)射信號，頻率極快，當(dāng)前方的物體出現(xiàn)在激光雷達的發(fā)射信號范圍內(nèi)，發(fā)射的會反射回激光雷達的接收區(qū)，從而實現(xiàn)一個測量距離的過程。

3.2程序設(shè)計及過程

該設(shè)計采用的K60處理器、軟件平臺為IAR開發(fā)環(huán)境、車模采用L型車模、選用BTN8962作為電機驅(qū)動、使用3S航模電池（10.6V - 12.1V）、舵機為SD-5L：以K60單片機為控制核心，以TFMINI PLUS激光雷達為控制傳感器，速度控制是由2個編碼器對電機進行測速、方向控制是由舵機對前輪進行角度控制。為了便于調(diào)試，還需要屏幕、按鍵、撥碼等人機交互功能，為了優(yōu)化參數(shù)，需要具備無線通信功能[1]。

編寫的程序流程框架如下：首先對每個子模塊進行初始化，進行單個模塊的調(diào)試，觀察并確定了速度、舵機角度、激光雷達測量等模塊的數(shù)值。再次編寫激光雷達測距時間和長短控制舵機轉(zhuǎn)向的角度和時間。最后將每個模塊程序歸總，將速度控制程序和舵機控制程序放入PIT中斷中，并添加LED、按鍵調(diào)參數(shù)和屏幕顯示模塊的數(shù)值放在mian總執(zhí)行程序中，這三者的組合調(diào)試周期非常短，但用處非常大，使用下載器修改參數(shù)需要筆記本電腦協(xié)助，耗時較長，而使用按鍵和屏幕進行參數(shù)微調(diào)非常簡潔[4]。

4.結(jié)語

本次設(shè)計的創(chuàng)新性主要在于對結(jié)構(gòu)的設(shè)計和激光雷達的選配。大多的避障小車選用的傳感器為接近開關(guān)或者是超聲波，其缺陷在于智能車在強烈光線的干擾下，傳感器接收障礙物的距離信息不夠準(zhǔn)確。因此在這次設(shè)計當(dāng)中對結(jié)構(gòu)做了一定的規(guī)劃，將其車型改為越野車并使用激光雷達傳感器

參考文獻

[1]崔凱.基于STC89C52單片機控制智能小車設(shè)計[J].電子制作，2020，2（23）：26-27.

[2]劉楊.基于C51單片機智能小車設(shè)計[J].農(nóng)家參謀，2020，11（02）：187-188.

[3]宋德鑫，李姿.基于STC89C52單片機的智能控制小車的設(shè)計[J].湖北農(nóng)機化，2019，2（09）：57-86.

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