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        基于超聲波傳感器的避障小車

        來源:智慧工廠    日期:2020/09/03    瀏覽量:


        由單片機控制的避障小車改變了傳統遙控小車的控制方式,將超聲波測距技術與小車相結合,實現了小車的自動避障,使小車在移動過程中更加智能化,減少了人為的干預。

        02

        系統總體方案設計

        2.1設計方案

        (1)通過紅外遙控按鈕控制汽車前進、后退、停止、左右轉彎等動作。

        (2)當距離障礙物距離小于設定距離時,左轉;左轉后,判斷離障礙物的距離是否設置為較大距離。如果大于,就繼續前進;如果沒有,向右轉180度。右轉后,判斷與障礙物的距離是否設置為較大距離。如果距離大于,繼續前進;否則,向右轉向前走90度。

        2.2系統結構

        單片機控制簡單、方便、快捷。價格低廉等優勢。整個系統以單片機為核心,控制汽車的運動。控制系統的結構如圖1所示。

        圖1控制系統框圖

        本設計系統以89C51單片機為核心,利用紅外遙控器控制汽車的啟動和停止,實現了汽車的啟動和停止、左右轉彎、直行和后退等功能。

        機車中間的超聲波發射接收裝置檢測小車行進方向上的障礙物,判斷是否轉向,實現避障功能。該信號由單片機發出,頻率為40千赫茲,經放大電路放大后由超聲波發射器發出。超聲波接收器進一步放大接收到的信號,使用鎖相環電路檢測、調用單片機中斷程序,測量時間T,那么獲得的距離參數的程序操作,然后通過單片機程序處理,得到的數據進行相應的控制汽車發動機。

        03

        系統硬件電路設計

        3.1紅外接收器

        紅外接收電路通常集成到一個單獨的元件中,即紅外接收頭。內部電路包括紅外監控二極管、放大器、限幅器、帶通濾波器、積分電路、比較器等。紅外監控二極管檢測到紅外信號后,放大器將紅外信號放大,通過限幅器、解調電路和積分電路進入比較器。比較器輸出高電平和低電平以恢復發射信號。該模塊使用紅外接收頭1838。電路如圖2所示。

        圖2紅外接收模塊

        在圖2中,C3為解耦電容,起到濾除輸出信號干擾的作用。1端是解調信號的輸出端,連接到MCU的p3.2端口。當紅外編碼信號發出時,紅外接頭對檢測后的方波信號進行處理,送入單片機進行相應的操作,從而實現對電機的控制。

        3.2電機驅動模塊

        該模塊采用L298芯片,該芯片是一種高壓、大電流的雙橋驅動器,可以同時控制兩個電機的正、負旋轉,并調節電機的轉速以滿足設計要求。電機驅動模塊電路圖如圖3所示。

        圖3電機驅動模塊

        圖3中L298DEVCC端與MCU共用5V直流電源,VS端連接12V電源。ENA,ENB為使能結束,低水平禁止輸出。IN1、IN2、IN3、IN4為數據輸入引腳,分別與p1.0、p1.1、p1.2、p1.3端口相連。OUT1、OUT2連接電機MG1;OUT3,OUT4連接到電機MG2上。通過調節IN1、IN2、IN3、IN4之間的輸入高、低電平,可以實現MG1、MG2電機的正反運行,從而實現汽車的左右旋轉、前后旋轉等功能。IN1輸入低電平時,MG1電機前轉;當IN2進入低電平時,MG1電機反轉;IN3進入低功率時,MG2電機前轉;當IN4輸入低功率時,MG2電機反轉。輸入高電平時電機不工作。D1~D8是一個保護二極管,用于電機緊急制動,保護L298不受損壞。

        3.3超聲波模塊

        超聲波測距模塊采用Hc-sr04,包括超聲波發射機、接收機和控制電路[5]。基本工作原理:(1)采用IO端口三角觸發器測距,可達到至少10us高功率平消息。(2)模塊自動發送8個40khz方波,并自動檢測是否有信號返回;(3)有信號返回。回波通過IO口輸出高電平,高電平持續時間為超聲波從傳輸到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340米/秒)/2。超聲波測距模塊電路如圖4所示。

        圖4超聲模塊

        04

        系統軟件設計

        4.1主程序

        程序啟動后,檢測到紅外接收模塊。當信號收到后,單片機開始判斷鍵值,并將信號發送給駕駛員模塊,使小車做出相應動作。當汽車前進時,超聲波模塊開始發送信號。單片機判斷到障礙物的距離,向駕駛模塊發送信號,使汽車避障。

        4.2超聲波避障過程(圖5)

        圖5超聲避障氣流

        避障過程如圖5所示。當汽車開始向前行駛時,會發現前方有障礙物;如果有,它會左轉繼續檢測;如果有,則反向180度;如果沒有,它將繼續前進。

        05

        驅動模塊的仿真

        使用protel軟件對小車控制系統進行模擬仿真,仿真電路如圖6所示。

        圖6驅動模塊仿真

        在仿真過程中,紅色代表高電平,藍色代表低電平。由于仿真軟件不能仿真紅外遙控、光電感應信號和超聲波檢測等信號,所以在仿真過程中通過密鑰提供仿真所需的各種信號。按鈕沒有。2按鈕實現汽車前進功能,8按鈕實現汽車后退功能,5按鈕停止,4按鈕向左轉彎,6按鈕向右轉彎。

        06

        結束語

        該小車控制系統采用單片機作為控制核心,利用超聲波測距模塊檢測小車運動中障礙物的方向,單片機處理發出指令驅動L298,驅動電機避開障礙物繼續運行。仿真結果表明,該設計符合要求。

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