寻迹和避障智能小车系统设计

李志宜+++帅江华

摘 要：利用51单片机、玩具小车、红外传感器和液晶显示屏设计智能小车系统。小车能够正向、反向、转弯行驶，且行驶速度可调；遇到障碍物能够转弯，即避障；能够按照一定的轨迹行驶，即寻迹；可以通过1602液晶显示屏观察小车相关信息。

关键词：51单片机；玩具小车；寻迹；避障

1 寻迹和避障智能小车总体设计

红外传感器有很好的功能，可以检测物体的存在，调节它的灵敏度可以改变小车的反应速度和距离，最后指导小车的运动轨迹。

寻迹过程：在小车底部左、中、右各装上一个传感器，且中间的传感器刚好能检测到轨迹，而两边的传感器在中间传感器检测到轨迹的时候都不能检测的轨迹，这有点类似人眼的定位。当中间传感器检测到轨迹，而两侧传感器没有检测到轨迹时，表明小车正在轨迹上，这时应该直走；当左侧传感器检测到轨迹，中间和右边传感器均未检测到轨迹时，表明小车行驶偏右，测试小车应向左转弯；当右侧传感器检测到轨迹，中间和左边传感器均未检测到传感器时，表明小车行驶偏左，测试小车应向右转弯；当三个传感器均未检测到轨迹时，表明小车这时已经完全偏离了轨道，此时应该认为调整。

避障过程：在小车正前方，左侧、右侧各安装一个红外传感器。

具体操作如下：

（1）按照以下电路图连接好电路，并调接红外发射管的发射频率，以改变红外发射距离的远近；

（2）对于智能小车的寻迹，在小车底部安装3个红外传感器；

（3）对于智能小车的避障，可在小车正前端和左右两侧各装一个红外传感器，使小车能够在空旷的房间里不撞上障碍物地行驶；

（4）调整红外传感器的接收距离，观察小车的行驶过程；

（5）解决搭建小车和小车行驶过程中出现的一些问题。

2 硬件电路图

本电路由2个单片机为核心组成，型号为AT89C51，一个主要采集3组传感器的信息和指示灯显示。另一个单片机连接主电路，他们之间通过P3.1和P3.0通讯。P1口的低四位控制电机的正反转。采用达林顿管放大电流驱动电机。主电路采用+12v电压供电。

3 程序流程图

4 PWM信号控制直流电机

4.1 工作原理

通过电路控制开关的开通和断开的频率，也就是在一个周期内控制通和断的时间。具体见电路原理图，各部分参数标注在电路上。

4.2 电路原理图

5 红外传感器避障和寻迹

工作原理：利用LM567低频锁相环和LM358高增益集成運放构成红外传感器。集成电路LM567的工作电压为4.75V-9V，中心频率调节从0.01Hz-500KHz，静态工作电流约为8mA，抗干扰能力强。

本实验使用如图5电路，LM567音频锁相环电路外接电阻R4，电容C3产生40KHz左右的振荡信号，一则作为本身的中心频率，另一方面通过LM567第5脚输出方波信号，另一面通过LM567第5脚输出方波信号，经过三极管VT1放大驱动后，由“F”端控制红外发射二极管转化为红外线发射出去。当红外发射二极管发射出的红外线遇到遮挡物，便反射到接收管，由“J”端外接的红外接收二极管接收到发射回来的2～40KHz红外信号，经集成运算放大器LM358（见图）构成的反向比例放大后，由1脚输出放大后的40KHz方波信号，经C2耦合到LM567音频锁相环3脚，当3脚的输入信号中含有LM567设定的中心频率（该频率可通过电位器Rp调节）时，经LM567内部的正交相位检测电路比较后，LM567的8脚输出电平由原来的高电平转换为低电平，在经由LM358构成的电压比较器输出高电平。当由遮挡物时，输出为低电平，反之，输出高电平。

整个设计以单片机为核心，采用多个传感器，将硬件和软件结合起来，将设计程序做到完美，这样可以减少硬件电路的复杂度，节省成本，实现小车在原定的轨道行驶，自动避让阻碍，最终到达指定的地方。