智能避障小车实验报告与总结
学院：机电工程学院
专业年级：09级电气工程及其自动化
队员姓名：
智能避障小车实验报告与总结
摘要：本设计制作的是单片机控制的自动避障小汽车，以单片机为小汽车的“大脑”，红外线探头为小汽车的“眼睛”，电机为小汽车的“双足”。

“大脑”控制“眼睛”去看前方是否有障碍物，当“眼睛”看到障碍后，由大脑来控制“双足”的行动方向。

从而实现小汽车的自动避障。

关键词：
单片机红外线传感器避障小车
一、设计任务与要求
小车从无障碍地区启动前进，感应前进路线上的障碍物后，根据障碍物的位置选择下一步行进方向。

二、方案设计与论证
本设计制作的是单片机控制的自动避障小汽车，以单片机为小汽车的“大脑”，红外线探头为小汽车的“眼睛”，电机为小汽车的“双足”。

“大脑”控制“眼睛”去看前方是否有障碍物，当“眼睛”看到障碍后，由大脑来控制“双足”的行动方向。

从而实现小汽车的自动避障。

电路原理简单，结构明了。

如图为整个系统的框图。

根据设计要求，我们的自动避障小车主要由六个模块构成：车体框架、主控模块、探测模块、电机驱动模块组成。

各模块分述如下：
1、小车车体
在设计车体框架时，我们有两套起始方案，自己制作和直接购买车身。

方案二：自己设计制作车架自己制作小车底盘，用两个直流减速电机作为主动轮，利用两电机的转速差完成直行、左转、右转、左后转、右后转、倒车等动作。

减速电机扭矩大，转速较慢，易于控制和调速，符合避障小车的要求。

而且自己制作小车框架，可以根据电路板及传感器安装需求设计空间，使得车体美观紧凑。

但这种方法费时费力且成本较高。

方案二：购买半成品小车底盘改装，此种方案方便简洁而且价格低廉，小车各个机械部分安装完整，只需稍加改装就可以使用。

而且我们主要是目的是小车控制系统的设计，因此我们采取该方案。

2、主控板
小车的主控系统，即小车的大脑，我们采用了STC89C52单片机制作的最小系统。

3、避障模块
避障方案选择，方案一：采用超声波避障。

超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。

方案二：采用红外线避障。

利用单片机来产生38KHz信号，并用250HZ的方波对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出TTL电平。

外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜，故采用方案二。

4、电机驱动模块
使用L293D芯片驱动电机。

L293D是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号，而且带有使能端，方便PWM调速，电路简单，性能稳定，使用比较方便。

L293D芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，正好符合我们小车两个二相电机的驱动要求。

三、硬件设计
1、小车改装
我们使用的小车是专门用来制作智能小车的底盘套件，我们发现它的万向轮是用的牛眼轮，这种轮子在行走时摩擦较大而且容易产生噪声，因此我们用自制的万向轮取代了牛眼轮。

小车其他部件性能均良好。

3、最小系统设计
4、电机驱动设计
5、避障模块设计
本模块由三组红外光电对管传感器和一块lm393电压比较器中控板组成。

红外光电传感器采用红外线发射与接收原理，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出TTL电平。

输出的TTL电平经过电压比较器进行二值化处理后输入单片机处理。

（图）
四、软件设计
五、运行情况测试
每一件产品的生产完成后都要对其各项性能指标进行测试和调试，在本设计制作完成后，对其转弯和检测障碍的距离进行了调试和测试。

首先，小汽车的转弯时间。

根据不同的路面，小汽车转过90°弯时所用的转弯时间各不相同，在光滑的路面上转弯的时间是0.4s左右，在粗糙的路面则需要0.6s左右的时间，所以经过综合考虑后，把小汽车的转弯时间调整为0.5s，使小汽车在行驶过程中能够做到最佳的运行状态。

其次，检测障碍的距离。

因为小汽车的避障是采用红外线避障的，而采用红外线避障的缺点就是，红外线遇到黑色的障碍物后，其光线容易被黑色物体吸收，使得单片机无法检测到黑色障碍物，所以小汽车遇到黑色障碍物时将不能很好的避障，甚至不能避障。

但在对一般的障碍物进行避障时，要根据小汽车的行驶速度来决定避障的距离。

经试验当在车体前方放置白色物体时，小汽车距离障碍物20cm左右就能避障，当在车体前方放置深色物体时，小汽车距离障碍物10cm左右才能避障。

所以综合考虑后决定把红外线发射强度适当提高，使得小汽车在遇到深色物体时离障碍20CM左右就能避障。

以便使小汽车能够很好的避障。

调节红外线发射电路中RW的阻值可以调节红外线的发射强度，以此来调节避障的距离。

六、实验总结
按照要求,小车很好的完成题目要求的任务.本作品涉及到一系列的光电一体化的技术,其中机械结构是小车能否稳定运行的基础,硬件电路决定了小车实现的功能,而软件部分是控制的灵魂,算法的好坏直接决定了完成任务的质量,
在设计的过程中,我们遇到很多的困难,首先小车的底座上,考虑很久,最后我们结合实
现的功能选择一款有两个固定车轮和一个万向小轮. 采用了STC89C52单片机制作的最小系统。

我们充分体会了这款单片机的性能优越性和便利性,其单芯片设计方案对提高产品集成,降低系统成本有很大的帮助,最后核算,整个小车的成本不超过180元.
其二,关于红外避障探头的安置问题,由于小车车身并不具备完善我安置红外避障探头的钻孔,经过多次试验,最后采取另外自制与车身等宽的万用版安放车身前方,既体现美观大方并很好的解决小车红外避障探头的安置问题,也不会影响避障功能.最困难的问题是程序的调试和校对,经过团体人员的合作和多次的修改程序并翻阅相应资料,在继续调试程序和改善小车,最终小车的性能和功能得以圆满完成.。