基于聯創中控物聯網平臺的智能小車循跡+避障設計

趙緒言 葉磊 雷紫薇 重慶交通大學

關鍵字：物聯網 小車尋跡+避障

1 設計任務

（1）智能小車利用磁導航傳感器，在沙盤上按照預設的路線行駛。

（2）在行駛過程中，在有足夠空間的保障下，智能小車在遇到前方障礙物時，會進行左轉繞開障礙物，之后回到其原來的路線上繼續行駛。

2 設計原理

2.1 智能小車

智能小車 UI-SmartCar，高度集成包括磁導航傳感器、RFID讀卡器、紅外傳感器、zigbee 通信模塊等。在操作中需要將USB2.0方口線的一端連接PC機的USB口，另一端連接ST-Link調試器的“USB-Debug”接口，然后將USB3.0數據線的一端連接ST-Link調試器的“Debug”接口，另一端連接小車的USB3.0調試燒寫口燒寫程序。

2.2 小車避障原理

紅外反射傳感器是基于紅外反射原理，根據反射強度來確定是否存在前方障礙物。可通過調紅外反射傳感器的電位器來調整檢測距離。當前方檢測到障礙物時，OUT1 引腳由高電平變為低電平，根據電平的變化設計程序，使小車遇到障礙物停止運動。

2.3 小車尋跡原理

目前，磁導航傳感器主要應用于自主導航機器人、室內外檢測機器人、自主導航車輛AGV（AGC）、自動小車等自主導航設備中，以完成預設路徑的檢測和定位。當磁導航傳感器在磁條之上時，每個檢測點可以將磁帶強度轉換成電信號并將其傳送到控制芯片。控制芯片可以通過數據轉換來測量各檢測點位置的磁場強度。

與光電傳感器和視覺傳感器相比，磁導航更可靠，不受環境光和地面條件的影響。與激光導航相比，磁導航系統具有簡單、易于實現、成本低等優點。

磁導航系統由以下部分組成：

（1）上位機系統

管理、監控小車的運行狀態和相關參數，實時做出調度決策。

（2）路徑識別線

AGV小車的自動導引軌跡，實現AGV小車的自主導航。

（3）定位地標

AGV小車在交叉路口選擇、目標地點定位的判斷依據。

2.4 小車尋跡+繞障原理

基于小車避障和小車尋跡原理，將兩者結合，使小車能夠實現在沙盤遇到障礙物后，繞過障礙物，并且回到自己本來的軌跡上。

小車避障采用紅外線反射傳感器，紅外線傳感器利用紅外線反射原理，根據反射的強度來判斷前方是否有障礙物，并通過紅外線傳感器的電位器來調整檢測距離。根據電平的變化設計程序，使小車遇到障礙物停止運動。小車循跡采用磁導航傳感器，磁導航傳感器通常由磁條、軌道釘或電纜組成。當磁導航傳感器位于磁條上方時，每個檢測點可以將其位置的磁帶強度轉換成電信號，并將其傳送到控制芯片。控制芯片可以通過數據轉換來測量每個檢測點位置處的磁場強度。當小車自動尋跡時，根據程序遵從（直行＞右轉＞左轉）的規則。通過將兩者相結合，即可實現尋跡+繞障。

3 系統程序設計

3.1 主程序設計

在小車硬件初始化中加入IR_EXTI_Init()； 即為小車紅外傳感器初始化；為后面的小車避障提供主函數。然后定義自動尋跡函數。首先根據點的觸發情況計算調整參數，將狀態按位寫入變量并記錄觸發狀態，然后將磁導航觸發分為幾種觸發情況，1點觸發，2點觸發，3點觸發，再分別討論。經過交叉口時，根據程序預先設定(直行＞右轉＞左轉)做出判斷。

3.2 避障程序設計

增加車前紅外線裝置的中斷代碼IR.c實現小車繞障的功能。繞障方式：當檢測到前方有障礙物時，小車向左轉彎進行繞行，然后再返回至原來的軌跡前行。

4 調試及結果分析

4.1 調試步驟

（1）將 USB2.0 方口線的一端連接 PC 機的 USB 口，另一端連接 ST-Link 調試器的“USB-Debug”接口， 然后將 USB3.0數據線的一端連接 ST-Link 調試器的“Debug”接口，另一端連接小車的 USB3.0 調試燒寫口

（2） 找到固件，在STM32 ST-Link Utility中打開成功后，在菜單欄點擊Target、Program & Verify。并下載固件。

（3） 新建Keil工程。

（4）使用Keil編寫程序、編譯程序。

（5）編譯工程成功后，點擊下載按鈕 ，將程序燒錄到小車中。

4.2 結果分析

將小車程序燒錄進小車中，在沙盤上進行試驗。小車能沿著沙盤上的磁通自動尋跡前行。經過交叉口時，根據程序預先設定(直行＞右轉＞左轉)做出判斷。經過若干次實驗，在不同路段，放置不同障礙物，結果小車都能自動尋跡。在遇到障礙物時，也能識別前方障礙物并自動左轉避讓。