陳盛開

摘 要：在計算機科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的形勢下，汽車智能引起了人們的極大關(guān)注和重視，隨著嵌入式技術(shù)的普及和發(fā)展，汽車智能系統(tǒng)中的自動化技術(shù)不斷加深，相關(guān)研究人員都在致力于研究智能小車的開發(fā)設(shè)計，基于智能循跡避障小車的研究和設(shè)計是集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動行駛于一體的綜合自動化系統(tǒng)，它主要采用單片機裝置、紅外傳感器及超聲波傳感器裝置等，較好地實現(xiàn)自主避障功能。

關(guān)鍵詞：汽車智能；循跡避障小車；超聲波；傳感器；設(shè)計

隨著汽車智能的研究程度的加深，基于智能循跡避障小車的研究和設(shè)計也在不斷深入，采用單片機、紅外傳感器和超聲波傳感器的智能循跡避障小車，可以較好地實現(xiàn)對小車運行位置、運行狀態(tài)、周邊環(huán)境的實時測量，并在各個相關(guān)裝置的自動化處理條件下，實現(xiàn)對小車的智能自主控制，包括道路障礙的自動辨識、自動報警、自動保持安全距離、自動保持車速、巡航自動控制等。該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強、便于移植和推廣的特點。

一、智能循跡避障小車的總體方案設(shè)計

智能循跡避障小車主要是單片機為核心控制芯片，并進(jìn)行不同模塊的總體設(shè)計，其具體相關(guān)模塊主要包括有：紅外循跡避障模塊、超聲波測距模塊、電機驅(qū)動模塊、Wifi無線模塊、顯示電路模塊。

智能循跡避障小車的工作模式可以采用遙控模式和自動功能兩種模式，具體來說：遙控模式是在打開電源的前提下，通過對小車無線遙控（藍(lán)牙）的控制，可以實現(xiàn)相應(yīng)的自動控制功能。自動功能是依賴于小車的避障功能進(jìn)入自動化的狀態(tài)，可以由人工確定各種不同的工作狀態(tài)，具有更為人性化的設(shè)計，實現(xiàn)在不同環(huán)境下的人為控制，具有智能的特點。

二、智能循跡避障小車的硬件及軟件設(shè)計

（一）電機驅(qū)動模塊設(shè)計

智能循跡避障小車主要是四驅(qū)型小車，各自攜帶有驅(qū)動電機，并設(shè)置有電機控制輸出端口及轉(zhuǎn)向控制舵。在這個模塊之中，以電機的驅(qū)動芯片和直流電機為核心，實現(xiàn)對智能小車的自動控制。它主要是由Wifi模塊接收指令，由芯片對指令進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，然后將解析后的數(shù)據(jù)指令分發(fā)到不同的電機驅(qū)動芯片之中，實現(xiàn)智能小車的左、右轉(zhuǎn)向的運動。

（二）智能小車超聲波測距模塊設(shè)計

智能循跡避障小車可以選用HC-SR04超聲波模塊，它主要是利用發(fā)射器發(fā)射的超聲波信號，經(jīng)由物體反射再由具有壓電效應(yīng)的換能器接收，當(dāng)這種具有壓電效應(yīng)的換能器接收到長約6mm、頻率為40kHz的超聲波信號時，則會產(chǎn)生mV級的微弱電壓信號，該模塊就是利用超聲脈沖回波渡越時間法，來達(dá)到信號測距的效果和目的。其原理如下圖所示：

利用上述超聲波傳感器的應(yīng)用原理，可以進(jìn)行如下計算：假設(shè)超聲波脈沖由傳感器發(fā)出到接收的時間為t，超聲波在空氣中的傳播速度為c，則可以采用I/O口TRIG觸發(fā)測距，給出不低于10us的高電平信號，測出傳感器到目標(biāo)物體的距離。

測試距離=（高電平時間×聲速）/2

該超聲波傳感器測距模塊可以自動發(fā)送8個40kHz的方波，并自動檢測返回的信號，當(dāng)檢測到有信號返回時，由I/O口ECHO輸出一個高電平，由這個高電平信號持續(xù)的時間，可以獲悉超聲波從發(fā)射到返回的時間。

（三）顯示電路模塊設(shè)計

它主要是采用兩片4位八段數(shù)碼管，作為顯示電路模塊的顯示器，可以分別顯示出超聲波傳感器的實測距離和當(dāng)前的電源電壓。

智能循跡避障小車的軟件設(shè)計可以選用Keil、Protues軟件等，提供豐富的庫函數(shù)，并具有功能極為強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，充分體現(xiàn)出高級語言的優(yōu)勢，具有較強的可讀性、結(jié)構(gòu)性和可維護(hù)性。

三、智能循跡避障小車的設(shè)計程序?qū)崿F(xiàn)

（一）主程序?qū)崿F(xiàn)

這主要是對主控芯片各個功能部件的自動控制和操作，是一種初始化的操作，包括系統(tǒng)各個模塊的初始化操作，如：電源電壓顯示模塊的初始化、紅外感應(yīng)模塊的初始化、超聲波傳感器的初始化等。

（二）電機驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)

它主要是利用紅外光電傳感器對光線的感應(yīng)原理而實現(xiàn)，通過驅(qū)動四個電機，以實現(xiàn)對智能小車的運行狀態(tài)控制。包括小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等操作。

（三）超聲波測距實現(xiàn)

它主要是利用VCC引腳作為超聲波模塊的電源支持，在主控芯片的TTL觸發(fā)信號傳輸進(jìn)入到TRIG引腳之后，可以產(chǎn)生8個40kHz周期電平，并發(fā)出聲波信號，當(dāng)檢測到有回波信號時，ECHO引腳會向主控芯片發(fā)送高電平回響信號，實現(xiàn)對智能小車的超聲波測距。

由此可見，這種經(jīng)濟實用的智能循跡避障小車以單片機為控制核心，以超聲波傳感器，實現(xiàn)對路面障礙的檢測，可以使智能小車自動避障，實現(xiàn)不同速度的行駛，并具有自動尋跡和尋光的功能、自動記錄行駛時間、里程和速度的功能，具有極為廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷鋼，王宏遠(yuǎn).基于AVR單片機的控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 計算機與數(shù)字工程，2006（11）.