摘要：本文設(shè)計的智能車以STM32F405微控制器作為核心控制單元，通過3個紅外傳感器檢測賽道信息，使用速度閉環(huán)控制，使智能車實現(xiàn)避障行駛。

關(guān)鍵詞：紅外傳感器；閉環(huán)控制；避障智能小車

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 18-0001-02

隨著電子技術(shù)和智能控制技術(shù)的發(fā)展，智能車已經(jīng)成為自動控制領(lǐng)域內(nèi)的一個研究熱點。本文研究的智能小車可以利用傳感器自動獲取目標道路信息，同時還能自動避開障礙物。

一、總體設(shè)計

為了讓小車精確快速的通過賽道，我們設(shè)計了整個小車的外形（圖1），使小車盡量的小并且輕。所以我們選用了玻璃纖維板作為底盤，并且只使用了兩個電機，用差速轉(zhuǎn)彎的方式控制小車行進，并且自行設(shè)計了電路板。最大化的減小的車的體積和重量，平衡了車的整體重心。

二、硬件設(shè)計

本設(shè)計采用ST公司Cortex-M4驅(qū)動的32位閃存微處理器STM32F405作為硬件平臺，配以電源模塊、電機驅(qū)動模塊、傳感器信號輸入等相應的外圍電路和輸入輸出接口電路等，構(gòu)成一套完整的硬件系統(tǒng)（見圖2）。

（二）核心微處理器

本系統(tǒng)采用STM32F405作為核心微處理器，這是由ST公司年推出的ARMCortex-M4處理器，是ARM專門開發(fā)的最新嵌入式處理器。

在系統(tǒng)中，單片機主要執(zhí)行以下工作：

1.采集紅外測障傳感器信號，獲取賽道路況信息；

2.采集編碼器脈沖數(shù)，進行速度PID環(huán)的運算；

3.輸出所需的左右輪PWM。

（三）電機驅(qū)動模塊

本系統(tǒng)采用H橋集成芯片ZXMHC3F381N8作為電機驅(qū)動芯片，該芯片由4個MOS管集成而成，能滿足系統(tǒng)電機的工作轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。

本智能小車中采用脈寬調(diào)制方式（即PWM，PulseWidth Modulation）來調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。脈寬調(diào)制是通過改變發(fā)出的脈沖寬度來調(diào)節(jié)輸入到電機的平均電壓，也就是單片機提供給電機的信號是方波，通過不同方波的平均電壓不同來改變電機轉(zhuǎn)速。

（四）紅外測障傳感器

紅外測障傳感器（圖4）連接到主控制板板數(shù)字輸入口上。通過M3螺絲將傳感器模塊直接固定在智能小車底盤上。

紅外測障傳感器在使用過程中，當前方有障礙物時，發(fā)射的紅外就會被反射回來，紅外接收傳感器接收到反射光，認為此時傳感器前方有障礙物。單片機采集到此信號后，控制小車運動。

通過調(diào)節(jié)紅外測障傳感器上的電位器來改變其檢測距離。當順時針旋轉(zhuǎn)電位器時，紅外發(fā)射變強，檢測距離變遠；當逆時針旋轉(zhuǎn)電位器時，紅外發(fā)射變?nèi)?，檢測距離變近。

在使用中，紅外測障傳感器對于不同顏色與粗糙程度的障礙物，使用中其檢測距離不一樣。當障礙物顏色是黑色或深色時，會吸收大部分紅外光，只反射回一小部分，有時會使紅外接收傳感器接收到的紅外光強度不夠，不足以產(chǎn)生有障礙的信號；當障礙物顏色是白色或淺色時，正好相反。

三、程序設(shè)計

系統(tǒng)電機使用閉環(huán)控制系統(tǒng)，在采集到編碼器的脈沖信號后，進行速度PID閉環(huán)的運算。通過定期檢測紅外測障的數(shù)據(jù)，獲得跑道數(shù)據(jù)信息后，進行路徑規(guī)劃，輸出所需的左右輪的目標速度。加入PID運算?？刂戚喫僖酝瓿尚≤嚤苷闲旭?。圖5是程序流程圖。

其中stateL代表左紅外測障傳感器狀態(tài)，若為“1”則表明未檢測到左邊緣，反之則表明檢測到左邊緣；stateR代表右紅外測障傳感器狀態(tài)，若為“1”則表明未檢測到右邊緣，反之則表明檢測到右邊緣；stateM代表中紅外測障傳感器狀態(tài)，若為“1”則表明未檢測到前邊緣，反之則表明檢測到前邊緣。

在方向控制上，通過左右輪的轉(zhuǎn)速差來控制。左輪較右輪轉(zhuǎn)速快，則控制智能車右轉(zhuǎn)，反之則控制智能車左轉(zhuǎn)。

四、結(jié)束語

本文以追求智能車避障行駛穩(wěn)定性為前提，提出了智能車的整體設(shè)計思想，硬件設(shè)計，軟件設(shè)計。在機械結(jié)構(gòu)方面，我們以電腦鼠作為設(shè)計思想，設(shè)計了輕巧的車體結(jié)構(gòu)。在電路方面，我們以模塊形式分類，在最小系統(tǒng)、主板、電機驅(qū)動等模塊分別設(shè)計，經(jīng)過不斷實驗，最后決定了我們最終的電路圖。在程序方面，我們使用C語言編程，經(jīng)過不斷討論、改進，終于設(shè)計出一套比較通用穩(wěn)定的智能避障程序。在這套算法中，我們結(jié)合路況調(diào)整車速，保證在最短時間內(nèi)避障跑完全程。

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