基于Arduino的智能避障機器人

文/李明喆

智能避障機器人是一種車型的智能避障裝置。通過紅外傳感器監控，經由Arduino 處理器處理，控制智能避障機器人躲避障礙。它可以完成智能躲避障礙的工作，在許多領域都有實踐意義。

智能避障機器人可通過編程改變軟件參數實現其避障靈敏度及電機輸入PWM 波控制等功能。本文主要從系統工作原理，硬件電路中Arduino NUO 處理器、紅外傳感器和軟件設計等方面，來分析基于Arduino 的智能避障機器人的設計與實現。

1 系統總體設計

1.1 系統硬件組成

本設計由電源模塊、Arduino 處理模塊、傳感器模塊、外部驅動模塊四大模塊組成。

其中，電源模塊由電池和穩壓模塊組成；Arduino 處理模塊由硬件（Arduino NUO 處理器）和軟件（Arduino IDE)組成；傳感器模塊的任務即感應功能由紅外傳感器完成；外部驅動模塊通過Arduino 處理模塊控制輸出的PWM 波實現對電機的精準控制，控制小車的轉向，進而實現智能避障任務。

1.2 系統工作原理

智能避障機器人使用紅外傳感器對周圍環境進行數據采集，返回的數據信息經Arduino 處理模塊后通過控制支持PWM 波調速的以L299D 驅動芯片為核心的電機，控制小車的運動，使小車的智能避障任務得以實現。系統設計圖如圖1。

2 硬件的設計與實現

2.1 硬件電路設計

表1：控制方式示意表

圖1：系統設計圖

由電池和穩壓模塊組成的電源模塊為Arduino 模塊、傳感器模塊、驅動模塊供電；Arduino 模塊中采用了ATMega8P 為主控芯片，通過軟件編程對驅動模塊進行控制；傳感器模塊由紅外傳感器組成，將所識別信息返回Arduino 模塊；外部驅動模塊是由Arduino 模塊控制數據傳遞至以L299D 驅動芯片為核心的電機。系統模式圖如圖2。

2.2 硬件實現

2.2.1 主控芯片

本設備的主控芯片選用ATMega8P，工作電壓為5V，有足夠的I/O 口進行對PWM 波的控制，具有高性能、低功耗、數據處理快速等特點，便與實現數據處理等多種功能，且價格低廉，有利于節省成本。

2.2.2 電機驅動模塊

電機驅動模塊使用支持PWM 波調速的以L299D 驅動芯片為核心的電機，可以使小車有足夠的驅動力。本設計中傳感器模塊將所識別信息返回Arduino 模塊后，經過軟件運行，主控芯片控制的PWM 波控制直流電機運行進而控制智能避障機器人的運動，實現智能避障。

2.2.3 紅外傳感器

紅外傳感系統是用紅外線為介質的測量系統，現在已經在現代科技、工業和國防等領域獲得了廣泛的應用，本設計中使用的是紅外測距傳感器，選擇依據是測距離遠，穩定性高。

2.2.4 Arduino

Arduino 是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺。本設計中的Arduino 處理模塊由硬件（Arduino NUO 處理器）和軟件（Arduino IDE)組成。編程方式方便靈活，支持C 語言編程，易于設計。

3 軟件設計與實現

軟件系統的設計主要分為參數調整和輸出PWM 波兩個部分。

圖2：系統模式圖

參數調整部分主要是由紅外傳感器進行距離測量返回的數據傳輸至Arduino NUO 處理器決定。通過返回數據，調整控制參數。

輸出PWM 波部分是經過參數調整后，根據之前數據的編程，使I/O 口輸出相應的PWM 波，對電機模塊進行控制，進而實現小車的移動，實現自動避障功能。

具體方式控制如表1所示。

4 結論

本文簡單地分析了硬件和軟件的設計思路，完成了智能避障機器人的設計。本設計通過紅外傳感器監控，經由Arduino 處理器處理，控制智能避障機器人躲避障礙，達到設計要求。