凌宇翔　高韋　吳昊

【摘? 要】隨著經(jīng)濟社會的持續(xù)快速發(fā)展，電子技術迎來了前所未有的重大發(fā)展機遇，采用機器人替代人工來探知一些危險區(qū)域或人類不能直接到達的地域，要求探測機器人在行進中可以實時檢測周圍的障礙物，然后根據(jù)檢測結果設計出合理的運行軌跡，保證機器人可以安全抵達任何位置。本文以自動避障功能為主要研究對象，選取合適的障礙物探測方式及避障控制算法，完成整個無人避障小車系統(tǒng)的設計。

【關鍵詞】無人小車;單片機;系統(tǒng)設計

引言

智能小車是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃和決策于一體的多維度輔助駕駛集成系統(tǒng)，重點研究計算機與現(xiàn)代傳感技術、信息融合技術、通信技術、人工智能技術和自動控制技術，是新技術與高新技術的典型結合。智能小車可以用于在不利條件下進行無人檢測和操作，這種控制技術可應用于像智能物流這樣的物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)應用領域。為了更深入的認識和了解智能化汽車，可通過設計與實現(xiàn)智能小車來進一步研究智能汽車的控制理念和方式。傳統(tǒng)的智能尋跡小車只能運行在簡單的賽道上，對復雜的賽道元素缺乏處理能力，具有很大的局限性，且不能將舵機轉向與電機速度控制有效結合，在尋跡路徑上還有很大的提升空間。

1單片機技術

單片機在1990年代得到了快速的發(fā)展，技術應用更加成熟，應用領域更加廣泛，并成為推動人類文明發(fā)展的抓手。伴隨智能技術得到應用與普及，單片機獲得了新的發(fā)展空間和渠道，能夠被廣泛地應用在自動控制、通信交流、自動測量、智能儀表等電子領域?？梢酝ㄟ^與電子技術的充分融合，提升單片機的應用質量與效率。由于單片機技術是計算機領域的關鍵分支，因此其應用的廣度和深度，能夠提升產(chǎn)品的實效性和有效性，使智能化產(chǎn)品得到真正的普及和推廣。在概念界定上，單片機主要指單片微控器，具體包括隨機儲存器、只讀儲存器、中央處理器及終端系統(tǒng)等部分，能夠形成多種數(shù)據(jù)控制與采集系統(tǒng)，完成各類復雜的運算任務。譬如運算指令的下達與運算信號的控制等。單片機是種集成計算機系統(tǒng)的智能芯片。能夠實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的高速而精準的處理。在硬件特征上。單片機擁有體積小、結構簡單、功能完備、集成度高、故障率低、低耗能、高控制性等特征，可以廣泛地應用在各類電子產(chǎn)品中，提升電子產(chǎn)品的智能化、自動化及信息化水平。而在單片機的具體應用中，單片機能夠使普通的電子產(chǎn)品擁有智能化特征。如將單品機應用在電飯煲中，可以使電飯煲擁有自動定時、自動控制、食材識別、時間選擇等智能化功能。而將其應用在傳統(tǒng)的智能化電子產(chǎn)品中，譬如定位系統(tǒng)中，可以提升數(shù)據(jù)收集、可視化應用、自動定位等功能的效益，使其擁有自動化的特征。

2系統(tǒng)設計方案

2.1障礙物檢測設計

本文采用了超聲波傳感器和紅外傳感器，超聲波傳感器采用HC-SR04，該傳感器探測距離為2cm～450cm，探測角度為15°，工作電壓為5V，可以由單片機直接供電。為了實現(xiàn)無人避障小車180°的測距，增加了可旋轉360°伺服舵機來帶動超聲波傳感器進行測距，伺服舵機的轉動角度分別設計為0°、90°、180°，使得超聲波測距范圍形成一個封閉的半圓形結構。由于超聲波測距有一個測距周期，當沒有達到該測距周期時就使用紅外傳感器來代替超聲波傳感器進行障礙物的檢測，這是對超聲波傳感器的一個時間上的補償，這樣就能更加精確地對外界環(huán)境進行檢測。

2.2電機控制設計

本文中設計的無人避障小車系統(tǒng)采用4個直流電機，控制芯片為L293D，它是一款雙H橋驅動芯片，可同時驅動兩路直流電機，本文采用了兩個L293D，1個控制左側兩個直流電機，另一個控制右側兩個直流電機，然后通過輸入信號控制直流電機執(zhí)行正轉、反轉、停止來實現(xiàn)小車的直行、左轉、右轉，具體的設計如下：（1）當檢測到?jīng)]有障礙物時，左側電機正轉，右側電機正轉，實現(xiàn)無人小車直行。（2）當檢測到左側有障礙物時，左側電機正轉，右側電機反轉，實現(xiàn)無人小車右轉。（3）當檢測到右側有障礙物時，左側電機反轉，右側電機正轉，實現(xiàn)無人小車左轉。

3基于單片機的無人避障小車系統(tǒng)設計

3.1軟件設計

無人避障小車控制部分軟件包括主程序、超聲波測距子程序、顯示模塊子程序、電機調速子程序和按鍵控制子程序等5個部分。小車啟動后朝正前方前進，當遇到障礙物時小車停止，這時單片機會先采集超聲波測量的正前方障礙物的距離并顯示，然后舵機左轉采集左側障礙物的距離并顯示，再讓舵機右轉測量右側障礙物的距離并顯示，如果三個方向的距離都小于10cm說明空間極其狹窄，小車會原地左轉然后繼續(xù)檢測直至小車檢測到有一條合理的路線離開這個空間;如果小車左側的距離大于右側小車就原地左轉，如果右側的距離大于左側小車就會右轉。然后小車繼續(xù)前行，直到再次遇到障礙物進入下一個循環(huán)。

3.2圖像采集

攝像頭就好比智能車的“眼睛”，為微控制器提供當前道路信息，并可將獲取的圖像信息實時傳輸?shù)轿⒖刂破鬟M行處理。為了更加符合真實汽車比例，系統(tǒng)的攝像頭安裝在車輛縱向平分線上，高度距地面10厘米。系統(tǒng)采用DMA方式采集圖像，DMA采集速度快且不經(jīng)過微處理器，使單片機能獲得更多的有效數(shù)據(jù)。圖像采集的原始灰度圖像共186×70個像素，在視野廣、前瞻長的前提下，圖像采集速率能達到50fps，基本滿足系統(tǒng)尋跡高速穩(wěn)定的要求。

3.3電機轉速整體控制思路

尋跡小車在直道設定較高的轉速，在彎道設定稍慢的轉速使小車能夠流暢的跑完整個賽道，其中直道速度能決定小車的整體速度，合適的彎道速度能夠提升小車的穩(wěn)定性。由于直道入彎的過程是關鍵，系統(tǒng)采取了特殊的減速策略，即先根據(jù)小車當前速度給出相應減速需要的圖像場數(shù)，當減速場數(shù)較高時設定速度可較低，當減速場數(shù)較少時設定速度可較高，并隨著減速場數(shù)的減少設定速度可逐漸接近彎道速度，使小車能夠流暢的進入彎道，避免出現(xiàn)“猛加猛減”的情況。

結語

自動化技術的產(chǎn)生和發(fā)展使工業(yè)領域在工作環(huán)境、工作效率和生產(chǎn)質量等方面都有所改善。單片機與工業(yè)智能技術融合后，可以利用單片機的過程控制與數(shù)據(jù)采集，提高數(shù)據(jù)處理的準確性，實現(xiàn)自動化控制和遠程控制，讓人工操作變?yōu)槿斯た刂疲ＷC流水線作業(yè)體系，單片機在工業(yè)領域中的應用保證了工業(yè)生產(chǎn)的安全及效率，已經(jīng)廣泛應用于流水線作業(yè)系統(tǒng)、自動報警系統(tǒng)等行業(yè)。單片機作為電子技術嵌入式系統(tǒng)的典型代表，給我們的生活帶來了極大的便利，滲透到了生活的各個領域，對實現(xiàn)數(shù)字化、自動化、智能化控制意義重大，其開發(fā)與應用已經(jīng)得到了人們的高度重視。

參考文獻：

[1]姜秀玲.單片機在電子技術中的應用和開發(fā)技術研究[J].科學技術創(chuàng)新，2018（15）：177-178.

[2]孫江暉.單片機在電子技術中的應用和開發(fā)[J].中國科技投資，2017（23）.

[3]黃菁.單片機在電子技術中的應用與開發(fā)論述[J].信息周刊，2020，000（005）：P.1-1.

[4]鄭澤宏.單片機在電子技術中的應用和開發(fā)技術研究[J].科技信息，2013，000（025）：140，221.

（作者單位：武漢東湖學院）