基于LabVIEW的自主巡航與遙控雙功能智能小車研發

羅培鍵　戴博聰

摘 要：本文介紹了一種基于LabVIEW的智能小車的設計，其可以實現自主巡航與遙控兩種功能，并可以在兩種功能間進行切換。利用超聲波傳感器和紅外對管傳感器，通過Arduino編程和LabVIEW編程編寫避障循跡算法，實現自主巡航功能。利用WiFi無線通信模塊，通過與上位PC機的通信，實現對智能小車的遠程控制。根據不同的情況采用不同模式，極大地提高循跡和避障效果，可以使小車在復雜的環境下能更好地作業。

關鍵詞：LabVIEW；Arduino；尋跡；避障；智能小車

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A

0.引言

由于現在科技的不斷進步，所以各個行業也在有著不同程度的發展，其中，智能汽車這一項目，也有著很大程度的發展。

在智能汽車這一項目中，最為重要并且同時也在進行著更新的是智能小車這一項目。首先，為了適應現在社會中，不斷在進行著變化的科學技術，各種集合了各個方面的科技活動，也在慢慢地增加起來，在這些活動之中，并不缺少關注著的人群。其中，機器人比賽的這一科技活動，已經取得了很大的成功，并且也已經舉辦的越來越隆重，比賽方式也已經越來越多樣化了。因此，所參加這一比賽的參賽人員，也越來越多了，而這一比賽的主要目的就是，為了能夠制作一輛能夠自己認識道路的智能小車，只要在比賽之中遵守比賽規則，那么，最先完成的參賽人員就是最終的成功者。而本文的主要研究內容，就是圍繞這一智能機器人比賽所展開的。

對于這一科技來說，所需要考慮的設計方面有很多，其中更是需要涉及各個領域，是需要綜合技術的設計?，F有的智能小車主要以光電管黑白線循跡智能車為主，這種設計出來的機器，因為現在所知道的算法有限，并不能夠達到十分完美的效果。本設計使用Arduino微處理器作為處理核心，使用LabVIEW上位機搭建通信，通過路由器搭建局域網，以紅外對管檢測模塊的循跡智能車為基礎，實現了運行路徑中的智能避障，同時利用WiFi技術傳輸速度快，傳輸距離遠，信號穩定的特點，使用我們現在所能夠掌握的技術，由此而達到我們所需要的控制。

1.系統硬件設計

1.1 系統整體硬件設計

對于智能小車之中的系統來說，硬件主要就是包括了如圖1所示的這幾種。

1.2 路徑識別模塊

該部分采用紅外對管檢測模塊為循跡機器人提供黑線和白線的追蹤，既可以檢測白底中的黑線，又可以檢測黑底中的白線。選用紅外對管檢測模塊安裝在小車車頭的底部，這時候，我們就可以通過黑線所在的那個范圍，所得到的不同的光線，而確定智能小車所行走的位置。因此，我們就需要4個傳感器，由此來確定智能小車的行走位置。根據不同的傳感器所顯示的不同的光線，由此而得出智能小車所在的位置。

在這些傳感器中，使用的最多就是紅外對管這一種。因為結合了多方面的對比比較，紅外對管這一傳感器所具有的性能最好，由此而能夠達到最好的檢測效果。并且如果將這一傳感器使用在智能小車之中的時候，也能夠將只能小車最好的性能所表現出來。

在這一紅外對管的傳感器中，可以從傳感器中放射出光線，然后使得黑線能夠接收到這一放射出來的光線，由此而做出相對應的改變。同時，加以對這一傳感器傳出的放射光線進行一定的數據對比比較，通過不同的數據的對比比較，我們由此可以得到相對應的，關于傳感器的結論。如果在實驗中，遇到了一定的不確定干擾因素，那么我們就可以使用射極跟隨器以此來減少我們在實驗之中所受到的干擾。

1.3 車速及距離檢測

為了證實我們的檢測結果，對此我們做了關于車速以及距離的測試。首先，我們需要一輛車輪長為16cm的小車，然后在小車滾動的時候安裝磁鋼在車輪之中，接著綁好傳感器。這樣，小車在前行的時候，小車車輪進行滾動，而傳感器也會接收到所相對應的數據，接著，我們就可以針對這些數據而來進行數據的對比比較，從而得出一定的結果。

1.4 智能避障的實現

當然，如果智能小車在遇到有東西放在智能小車所需要經過的道路之中的時候，這就造成了智能小車只能原地走動了。而下面所進行的試驗，就是測驗智能小車如何才能在一定的前提之下，躲避開這些阻擋小車前進的東西。

首先，我們需要一臺超聲波傳感器，以便能夠為我們的智能小車檢測智能小車前面是否有東西放在智能小車將要路過的地方。因為，當智能小車前方路過的路上有東西阻擋的時候，超聲波傳感器所傳來的超聲波，會有一定的變化。當這一不同的超聲波由超聲波傳感器，傳給智能小車之后，智能小車進行接受，再經過一定技術的解碼，這樣就可以得到適當時機的處理了。

同時，由于智能小車不可能看到自己在行駛的道路之中的時候，身邊是否有什么阻擋的東西放在智能小車的身邊，這個時候就需要紅外傳感器。當智能小車前進的時候，身邊所經過的道路中，有什么東西在進行阻礙的時候，紅外傳感器就會給智能小車發出一定的信息，而智能小車得到這個信息之后，就會在適當的時候，巧妙地避開阻擋在小車路上的東西。這樣智能小車就可以在，紅外傳感器的作用之下，在不撞到阻擋在智能小車前進道路上的東西，而安全有效地繼續前進了。

1.5 無線通信模塊

在這一設計中，合理地使用通信設備也是十分重要的。而對于我們來說，通信的方式，主要也就分為兩種，也就是無線以及有線。

首先，需要簡單介紹下有線的通信方式。這一通信方式，僅僅只是需要智能小車與電腦進行相對應的連接就可以了。有線通信這一通信方式，最大的好處就在于，可以簡單方便地進行操作，因此也能夠十分簡單的得到我們所需要的實驗數據。但是也并不是一點對于操作方面的要求都沒有，在操作方面，接串口線對于大部分的實驗者來說，是一個并不簡單方便的操作。而對此，使用無線通信的這一通信方式就變得更加適合了。因為無線通信的這一通信方式，對于智能小車和電腦的鏈接，更夠起到更好的作用。

接著，所需要介紹的就是無線的通信方式。對于無線通信的這一通信方式，我們主要需要的是安裝一個無線的通信模板。然后經過一定的通信設計，由此而達到我們做需要的目的。但是無線通信的這一通信模式之中，無線通信模板并不能夠直接與電腦進行相對應的連接。在無線通信模板與電腦之間進行連接的時候，需要我們另外插入一個接口電路，然后，無線通信這一通信才能與電腦進行連接。具體的通信設計方式，如圖2所示。

2.系統軟件設計

智能小車軟件部分包括電腦終端控制模塊和小車端控制模塊兩個部分：電腦端軟件用于接受、處理小車端發出的運行信息，以及向小車端發送控制命令；小車端軟件用于處理傳感器單元的檢測信息和電腦端的控制命令。

2.1 小車端控制模塊設計

小車端控制模塊由主程序和中斷子程序（包括避障判斷及處理、無線通信）兩部分組成。無線通信子程序和避障子程序采用定時器T0中斷的形式。當T0中斷到來時，小車向電腦終端發送其當前運行狀態信息，并處理超聲波傳感器的信號。當無障礙物時中斷返回，繼續執行主程序。當超聲波傳感器檢測到障礙物時進行避障算法外理。本程序和子程序流程圖如圖3所示。

2.2 電腦端程序設計

該模塊程序采用Windows XP下的Arduino編程和LabVIEW編程實現。

結論

本文介紹了一種可以通過無線方式對小車進行遙控和自主模式進行切換的智能小車設計，其在自主模式下可以實現循跡和避障功能，當小車無法成功實現避障時，則可通過無線通信模塊控制小車脫離障礙區。通過小車的人工遙控和自主循跡模式的結合，改變了傳統的小車的單純遙控功能的單一性能，其中，增加循跡和避障傳感器的數量能進一步對循跡和避障的算法進行細化分析，極大地提高循跡和避障效果。人工遙控和自主巡航的有機結合，可以使小車在復雜的環境下能更好地作業。同時，本硬件設計中的無線通信模塊，可以與上位PC機進行通信，對小車進行遠程遙控操作，進行人機交互技術等相關技術的研究。

在硬件設計中，如測距傳感器方面，本系統采用超聲波傳感器和紅外對管傳感器，在今后的設計中可考慮增加其他傳感器，比如增加CCD圖像傳感器，這樣更有利于提高小車實時導航的準確性，從而可以顯著提高小車的運行速度，也可以在監控等方向使用，這樣就為智能小車的實際運用拓展了領域。自主定位方面，本文使用的基于里程計的自主定位，它在較長距離路徑統計時誤差較大，可增加角度傳感器來精確確定小車行進過程中角度的變化，提高長距離路徑統計中的精確度。

參考文獻

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