尋跡和避障智能小車系統設計

李志宜+++帥江華

摘 要：利用51單片機、玩具小車、紅外傳感器和液晶顯示屏設計智能小車系統。小車能夠正向、反向、轉彎行駛，且行駛速度可調；遇到障礙物能夠轉彎，即避障；能夠按照一定的軌跡行駛，即尋跡；可以通過1602液晶顯示屏觀察小車相關信息。

關鍵詞：51單片機；玩具小車；尋跡；避障

1 尋跡和避障智能小車總體設計

紅外傳感器有很好的功能，可以檢測物體的存在，調節它的靈敏度可以改變小車的反應速度和距離，最后指導小車的運動軌跡。

尋跡過程：在小車底部左、中、右各裝上一個傳感器，且中間的傳感器剛好能檢測到軌跡，而兩邊的傳感器在中間傳感器檢測到軌跡的時候都不能檢測的軌跡，這有點類似人眼的定位。當中間傳感器檢測到軌跡，而兩側傳感器沒有檢測到軌跡時，表明小車正在軌跡上，這時應該直走；當左側傳感器檢測到軌跡，中間和右邊傳感器均未檢測到軌跡時，表明小車行駛偏右，測試小車應向左轉彎；當右側傳感器檢測到軌跡，中間和左邊傳感器均未檢測到傳感器時，表明小車行駛偏左，測試小車應向右轉彎；當三個傳感器均未檢測到軌跡時，表明小車這時已經完全偏離了軌道，此時應該認為調整。

避障過程：在小車正前方，左側、右側各安裝一個紅外傳感器。

具體操作如下：

（1）按照以下電路圖連接好電路，并調接紅外發射管的發射頻率，以改變紅外發射距離的遠近；

（2）對于智能小車的尋跡，在小車底部安裝3個紅外傳感器；

（3）對于智能小車的避障，可在小車正前端和左右兩側各裝一個紅外傳感器，使小車能夠在空曠的房間里不撞上障礙物地行駛；

（4）調整紅外傳感器的接收距離，觀察小車的行駛過程；

（5）解決搭建小車和小車行駛過程中出現的一些問題。

2 硬件電路圖

本電路由2個單片機為核心組成，型號為AT89C51，一個主要采集3組傳感器的信息和指示燈顯示。另一個單片機連接主電路，他們之間通過P3.1和P3.0通訊。P1口的低四位控制電機的正反轉。采用達林頓管放大電流驅動電機。主電路采用+12v電壓供電。

3 程序流程圖

4 PWM信號控制直流電機

4.1 工作原理

通過電路控制開關的開通和斷開的頻率，也就是在一個周期內控制通和斷的時間。具體見電路原理圖，各部分參數標注在電路上。

4.2 電路原理圖

5 紅外傳感器避障和尋跡

工作原理：利用LM567低頻鎖相環和LM358高增益集成運放構成紅外傳感器。集成電路LM567的工作電壓為4.75V-9V，中心頻率調節從0.01Hz-500KHz，靜態工作電流約為8mA，抗干擾能力強。

本實驗使用如圖5電路，LM567音頻鎖相環電路外接電阻R4，電容C3產生40KHz左右的振蕩信號，一則作為本身的中心頻率，另一方面通過LM567第5腳輸出方波信號，另一面通過LM567第5腳輸出方波信號，經過三極管VT1放大驅動后，由“F”端控制紅外發射二極管轉化為紅外線發射出去。當紅外發射二極管發射出的紅外線遇到遮擋物，便反射到接收管，由“J”端外接的紅外接收二極管接收到發射回來的2～40KHz紅外信號，經集成運算放大器LM358（見圖）構成的反向比例放大后，由1腳輸出放大后的40KHz方波信號，經C2耦合到LM567音頻鎖相環3腳，當3腳的輸入信號中含有LM567設定的中心頻率（該頻率可通過電位器Rp調節）時，經LM567內部的正交相位檢測電路比較后，LM567的8腳輸出電平由原來的高電平轉換為低電平，在經由LM358構成的電壓比較器輸出高電平。當由遮擋物時，輸出為低電平，反之，輸出高電平。

整個設計以單片機為核心，采用多個傳感器，將硬件和軟件結合起來，將設計程序做到完美，這樣可以減少硬件電路的復雜度，節省成本，實現小車在原定的軌道行駛，自動避讓阻礙，最終到達指定的地方。