基于激光雷達的智能避障小車設計

楊志康 宋艷芳

摘要：智能車在當今社會應用的場合數不勝數，比如說掃地機器人，快遞分揀車，倉庫巡檢車等等。研究方向主要涉及到了公路、軍事等領域。對智能車的研究，一是為了提高經濟發展水平，適應全球化，二是提高軍事水平，比如無人機，掃雷車等，代替人在許多困難環境下，完成一系列的任務。智能避障小車概念就是在這樣的背景下提出來的。

關鍵詞：智能車;單片機;

1.引言

智能控制在當今社會顯得格外重要。通過這次設計，可以實現讓小車具有自動循跡、避障功能，準確定位停車。隨著信息化產業的不斷發展，人們越來越懂得使用高科技產品來代替人們完成一些工作，本次畢業設計的智能避障小車可以應用于許多方面：搬運東西、倉庫監控等;隨著高科技產品的更新換代，以后應用的場合會越來越廣泛。

2.智能避障小車工作原理

本次“基于激光雷達的智能避障小車”設計了一個能夠使用激光雷達操控的智能小車。經過測試，智能小車能準確且穩定地實現避障效果，在電腦上通過串口將文件發給下位機，再通過藍牙將文件發給下位機，下位機的K60系統通過內部的程序將發送過來的文件完成翻譯并發送到BTN8962電機驅動模塊來驅動電機和舵機完成智能車的穩定行駛。以下是原理框架：采用K60和BTN8962電機驅動設備作為主控制系統， 采用激光雷達測距控制舵機轉向，實現避障效果。采用HC-06 藍牙模塊，完成了調試過程中的信息交流。

整理每個模塊程序，匯總為總程序，通過增加LED、按鍵模塊、屏幕顯示模塊使后期調試參數時更加方便[2]。

3.控制系統整體結構

整體系統是由K60控制器、TFMINI PLUS激光雷達、電機驅動設備、舵機、電機等組成。TFMINI PLUS激光雷達、電機和舵機是下位機的執行器。上位機電腦端將想讓智能避障小車經過IAR軟件轉換成文件后綴為.c或.h的文件。然后電腦端通過串口將文件發給下位機使智能小車執行文件中的控制信息。下位機中K60系統通過串口或者藍牙接收上位機發送過來的文件和TFMINI PLUS激光雷達接收到的信號，將發送過來的文件識別并轉換，再由下位機控制器控制電機和舵機的程序控制智能小車完成避開障礙物的動作[3]。

3.1 TFMINI PLUS激光雷達傳感器

本智能車的避障控制是由TFMINI PLUS激光雷達傳感器作為主控原件，運用飛行時間原理，測量的精度和距離更加穩定準確，再配合一系列的算法設計，組裝成的體積小，成本低，測量距離遠的一款小型化產品。與激光雷達和接近開關等一系列的測距原件相比，激光雷達的優點在于可以在強光強磁、強溫度等惡劣條件下依然保持其測距數值的穩定性。激光雷達在運行的過程中，會接連不斷的向前方大范圍的發射信號，頻率極快，當前方的物體出現在激光雷達的發射信號范圍內，發射的會反射回激光雷達的接收區，從而實現一個測量距離的過程。

3.2程序設計及過程

該設計采用的K60處理器、軟件平臺為IAR開發環境、車模采用L型車模、選用BTN8962作為電機驅動、使用3S航模電池（10.6V - 12.1V）、舵機為SD-5L：以K60單片機為控制核心，以TFMINI PLUS激光雷達為控制傳感器，速度控制是由2個編碼器對電機進行測速、方向控制是由舵機對前輪進行角度控制。為了便于調試，還需要屏幕、按鍵、撥碼等人機交互功能，為了優化參數，需要具備無線通信功能[1]。

編寫的程序流程框架如下：首先對每個子模塊進行初始化，進行單個模塊的調試，觀察并確定了速度、舵機角度、激光雷達測量等模塊的數值。再次編寫激光雷達測距時間和長短控制舵機轉向的角度和時間。最后將每個模塊程序歸總，將速度控制程序和舵機控制程序放入PIT中斷中，并添加LED、按鍵調參數和屏幕顯示模塊的數值放在mian總執行程序中，這三者的組合調試周期非常短，但用處非常大，使用下載器修改參數需要筆記本電腦協助，耗時較長，而使用按鍵和屏幕進行參數微調非常簡潔[4]。

4.結語

本次設計的創新性主要在于對結構的設計和激光雷達的選配。大多的避障小車選用的傳感器為接近開關或者是超聲波，其缺陷在于智能車在強烈光線的干擾下，傳感器接收障礙物的距離信息不夠準確。因此在這次設計當中對結構做了一定的規劃，將其車型改為越野車并使用激光雷達傳感器

參考文獻

[1]崔凱.基于STC89C52單片機控制智能小車設計[J].電子制作，2020，2（23）：26-27.

[2]劉楊.基于C51單片機智能小車設計[J].農家參謀，2020，11（02）：187-188.

[3]宋德鑫，李姿.基于STC89C52單片機的智能控制小車的設計[J].湖北農機化，2019，2（09）：57-86.

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