基于单片机超声波避障智能寻迹运物小车系统设计
来源:用户上传
作者: 黄崇富 刘勇
摘要：本文介绍了以盛群 HT46R232 MCU为主控芯片，利用红外传感技术、超声波测距技术、步进电机控制技术设计了超声波避障智能寻迹运物小车系统。设计的小车可以沿规定的线路自动寻迹前进并利用超声波避障。当到达指定地点时，利用压力传感器与步进电机卸载小车上的货物。该小车系统具有一定的智能性，经过改进后可应用于科学勘探等用途。
关键词：智能运输 码盘测速 超声避障 单片机
引言
现在，随着科学技术的快速发展，国内外对各种小型智能系统的应用越来越广泛，种类也越来越多。本设计结合有关科研项目而设计的智能寻迹运物小车，能够实现自动寻迹、自动避障并显示障碍距小车的距离、自动测速、检测小车载重量及自动卸货的功能。该控制系统不仅在智能寻迹运物小车中有很强的适用价值，在汽车应用、智能机器人控制等方面都有很强的适用价值，在智能控制方面具有很好的发展前景。所以，本设计与实际相联系，具有重要的实现意义。
1.系统架构
本设计智能运输小车系统主要是由重量检测电路、直流电机驱动电路、行驶路径寻迹电路、速度检测电路、步进电机控制电路、声光报警电路、超声波避障电路、LED显示电路组成。
该小车系统实现的基本功能：
（1）智能寻迹，通过红外对管实现寻迹功能保证运物小车在规定的路线上行驶；
（2）超声避障，使用超声波传感器实现自动避障测距功能，显示障碍物离小车的距离并产生报警；
（3）重量检测，通过压力传感器对货物重量才检测而实现对货物运输；
（4）速度检测，通过测速码盘实现测速，在行驶过程中实时检测并显示车速。
（5）货物装卸，使用步进电机配合重量检测实现货物装卸功能。
2.主要硬件部分
（1）电机伺服模块
电机伺服电路采用L298专用电机驱动芯片，L298N内部集成了H桥式驱动电路，通过单片机给予L298N电路PWM信号来控制小车的起、停和速度。电机驱动芯片L298N内部包含4通道逻辑驱动电路，是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接MCU的PA口，输入控制电平，控制电机的正反转；利用单片机产生PWM信号接到ENA，ENB端子，对电机的转速进行调节。
（2）行驶路径寻迹模块
系统选择ST188反射传感器作为红外光的发射和接收器件。ST188采用高发射功率红外光、电二极管和高灵敏光电晶体管组成，采用非接触式检测方式。ST188的检测距离较短，经多次测试、比较得出传感器在距离检测物表面10毫米时检测效果最好。
在运输车的底座的相应位置安装四对ST188，控制小车在行驶过程中寻迹，原理是利用ST188检测循迹线，输出接收到的信号给LM324，接收电压与比较电压比较后，输出信号变为高低电平，再输入到单片机中，用以判定是否检测到循迹线。当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。
（3）超声波避障、测距模块
超声波模块采用HC-SR04超声波模块，该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。将TRIG 与MCU的Pa4连接，将ECHO口与MCU的pa5连接，利用定时器T2间隔200ms发出20us宽度的脉冲，模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。单片机接收到外部中断信号时启动定时器T1计时，当测试到中断引脚为低电平，停止计数，这时定时器T1的值就是声波从发射到返回的时间，测距公式：
测试距离=（高电平时间x声速（340M/S））/2
3.主要软件部分
所有软件采用盛群enhanced c语言进行编写。
（1）超声波测距避障软件
单片机通过接收到超声波回声信号，触发单片机中断以启动定时器T1对超声波计时，从而计算出障碍物距离。
（2）智能寻迹软件
单片机通过判断小车底盘上四对红外对管的信号，从而通过产生不同的PWM脉冲调制信号，通过改变左右轮的转动速度以达到对小车转向的控制，进而是小车能够智能寻迹行驶。
4.总结
此系统设计在智能循迹小车的基础上通过超声波测距系统避障，实现了当小车遇到障碍物时实时控制显示障碍物离小车的距离。本设计结构简单、实现容易，具有一定的智能化，对系统模块功能、结构稍加改进，则能广泛运用在智能控制、智能机器人、科学考察等领域，具有重要的现实意义。
参考文献
[1] 胡峻魁、郑胜文 HOLTEL 48单片机系列原理及应用设计[M] 文魁信息股份有限公司
[2] 王晓明. 电动机的单片机控制[J]. 学术期刊，2002，13（15）：1322-1755.
[3] 宋健，姜军生，赵文亮. 基于单片机的直流电动机PWM 调速系统[J ] . 农机化研究，2006 ， （1） ：102 - 103.
[4]韩毅，杨天. 基于HCS12单片机的智能寻迹模型车的设计与实现[J].学术期刊，2008，29（18）：1535-1955
[5] 王晶，翁显耀，梁业宗 自动寻迹小车的传感器模块设计[J].武汉理工大学自动化学院 湖北武汉
作者简介：黄崇富，男，（1972- ），副教授，主要从事电子信息技术教学与研究。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-6042652.htm
