超声波智能避障小车的设计与实现

自避障小车诞生以来，它在很多领域都有涉及，如机械、电子和交通。各种用电器都在向智能化转变，已经渗透到我们日常的点点滴滴。在各种高端技术的驱使下，避障小车的各种部件已经数以万计，要想使避障小车自己动起来，就要有类似于人类眼睛的传感器感知周围的环境。目前的传感器，在计算机超快的计算速度配合下，也只能傻瓜式感知周围的环境。一般的避障控制系统，属于一种简单的自动引导系统，使智能避障小车能够自己判断障碍物所距自己的距离，在与设定值比较之后选择较远的距离朝其驶去。

对我印象最深的如汶川大地震的抗震救灾工作，还有电视上经常播出的排雷工作，很多地方人都没有办法到达，这就要靠避障小车来完成。这就需要避障小车具备类似于人类思考问题的能力，避开各种障碍物，最终到达需要自己的地方。机器人可以分为两大类，其一是轮式机器人，其二是足式机器人，这次设计要完成的是智能避障小车，属于前面的后者。对上面举的两个例子，智能避障小车的研究显得很有必要。

1  小车的设计

1.1  硬件介绍

小车运行的控制方法多式多样，本设计采用主流的微控制器--单片机，可以说单片机是小车的心脏和大脑，小车运行都依赖它的控制。本设计中主控采用我们耳熟能详的STC89C51单片机，它主要负责对电机的控制和距离的测量。虽然这款单片机自身没有脉冲宽度调制模块是一大遗憾，但可以通过编程产生脉冲宽度调制，这样既能将资源发挥的淋漓尽致，还能很好的满足使用需求。

利用单片机作为该系统的大脑，用其指挥行进中的小车，以实现智能避障功能。将我们的系统剖开来看，其致命点在于实现小车的智能避障，而此时单片机的优点就体现出来了，控制起来比较简单，使用起来比较方便，操作起来比较敏捷。这样一来，它就可以体现其可位寻址操作功能、充分发挥其资源丰富、并且有强大的控制功能、价格低廉等一系列优点。对智能避障小车的控制起到了不可替代的作用。

1.2  软件介绍

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件，到现如今为止已经有多个版本，它的功能十分强大，不仅可以用来仿真EDA，而且也可以自己创作原件，比如仿真单片机，以及外围元件。Proteus的另一个强大之处在于它可以实现从原理布图到PCB的设计，完美实现了从概念到产品的设计体系。

该设计采用的是Keil  C51开发实现的。Keil C51是美国Keil Software出品的，主要用于51系列兼容单片机C语言软件的开发。C和汇编语言作比较的话，优势非常明显，用户非常容易学懂。Keil软件也有完整的环境，其中包括C的编译环境、define、连接器、库管理、仿真调试器等。用一个集成的环境把这些部分组合在了一起。

1.3  功能分析

本设计大体上可以分为以下几个部分：单片机控制系统、电机驱动系统、超声波测距系统和显示系统。它们之间的联系如图1 

图1  总体框架图

超声波来测量小车和障碍物之间的距离，并通过数码管显示出来，单片机控制超声波和电机模块共同实现小车的智能避障。

1.3.1  驱动功能分析

在小车的四个轮子上安装有直流电机，能够驱动智能避障小车前进，使用芯片L293D让直流电机转起来，通过使用电平信号，通过信号的高低，把单片机的输出信号，传给智能小车的电机驱动模块，然后通过电机驱动模块，进一步驱动电机，最终实现对电机转动的控制。该部分用STC89C51单片机来实现主要控制，以L293D电机驱动芯片为辅助，驱动智能避障小车能直线行驶和转弯。L293D四个引脚（OUT1、OUT2、OUT3、OUT4）可以分别接电机，完全驱动两个电机。剩下的两个En1和En1为使能端，可以通过电压控制电机的转速。

1.3.2  检测功能分析

本设计中，当单片机输出一个高电平，然后将该电平给超声波电路中的稳压器时，稳压器将输出电压，并将该电压提供给超声信号的发射部分电路。此时，微处理器定时器T0，将以中断方式产生脉冲序列，由软件触发一个超声波信号。该震荡信号，通过两个10位二进制计数器，输出一个100级分频的信号，若该信号变高，则说明定时器T0中断，然后通过锁存器级反相器后，发射该超声波信号。

1.4  单片机的选择

本课题使用的是STC89C51系列单片机，用它作为该智能避障小车的控制模块主要部分，通过STC89C51系列的单片机，应用相关程序来控制小车运动情况，进而实现对小车运动的自动化控制，常见的相关系列单片机最小系统如图2 

图2  相关系列单片机最小系统

2  小车的实现 

图3  超声波智能避障小车

3  结语

在完成设计和实现后，对整体进行了测试，以保证小车能够正常运行。调试是不可缺少的步骤，在调试中，先拟出调试思路，按照调试思路严格测试。在调试中发现问题，解决问题，直至达到理想效果。