基于激光雷达的智能避障小车设计

杨志康 宋艳芳

摘要：智能车在当今社会应用的场合数不胜数，比如说扫地机器人，快递分拣车，仓库巡检车等等。研究方向主要涉及到了公路、军事等领域。对智能车的研究，一是为了提高经济发展水平，适应全球化，二是提高军事水平，比如无人机，扫雷车等，代替人在许多困难环境下，完成一系列的任务。智能避障小车概念就是在这样的背景下提出来的。

关键词：智能车;单片机;

1.引言

智能控制在当今社会显得格外重要。通过这次设计，可以实现让小车具有自动循迹、避障功能，准确定位停车。随着信息化产业的不断发展，人们越来越懂得使用高科技产品来代替人们完成一些工作，本次毕业设计的智能避障小车可以应用于许多方面：搬运东西、仓库监控等;随着高科技产品的更新换代，以后应用的场合会越来越广泛。

2.智能避障小车工作原理

本次“基于激光雷达的智能避障小车”设计了一个能够使用激光雷达操控的智能小车。经过测试，智能小车能准确且稳定地实现避障效果，在电脑上通过串口将文件发给下位机，再通过蓝牙将文件发给下位机，下位机的K60系统通过内部的程序将发送过来的文件完成翻译并发送到BTN8962电机驱动模块来驱动电机和舵机完成智能车的稳定行驶。以下是原理框架：采用K60和BTN8962电机驱动设备作为主控制系统， 采用激光雷达测距控制舵机转向，实现避障效果。采用HC-06 蓝牙模块，完成了调试过程中的信息交流。

整理每个模块程序，汇总为总程序，通过增加LED、按键模块、屏幕显示模块使后期调试参数时更加方便[2]。

3.控制系统整体结构

整体系统是由K60控制器、TFMINI PLUS激光雷达、电机驱动设备、舵机、电机等组成。TFMINI PLUS激光雷达、电机和舵机是下位机的执行器。上位机电脑端将想让智能避障小车经过IAR软件转换成文件后缀为.c或.h的文件。然后电脑端通过串口将文件发给下位机使智能小车执行文件中的控制信息。下位机中K60系统通过串口或者蓝牙接收上位机发送过来的文件和TFMINI PLUS激光雷达接收到的信号，将发送过来的文件识别并转换，再由下位机控制器控制电机和舵机的程序控制智能小车完成避开障碍物的动作[3]。

3.1 TFMINI PLUS激光雷达传感器

本智能车的避障控制是由TFMINI PLUS激光雷达传感器作为主控原件，运用飞行时间原理，测量的精度和距离更加稳定准确，再配合一系列的算法设计，组装成的体积小，成本低，测量距离远的一款小型化产品。与激光雷达和接近开关等一系列的测距原件相比，激光雷达的优点在于可以在强光强磁、强温度等恶劣条件下依然保持其测距数值的稳定性。激光雷达在运行的过程中，会接连不断的向前方大范围的发射信号，频率极快，当前方的物体出现在激光雷达的发射信号范围内，发射的会反射回激光雷达的接收区，从而实现一个测量距离的过程。

3.2程序设计及过程

该设计采用的K60处理器、软件平台为IAR开发环境、车模采用L型车模、选用BTN8962作为电机驱动、使用3S航模电池（10.6V - 12.1V）、舵机为SD-5L：以K60单片机为控制核心，以TFMINI PLUS激光雷达为控制传感器，速度控制是由2个编码器对电机进行测速、方向控制是由舵机对前轮进行角度控制。为了便于调试，还需要屏幕、按键、拨码等人机交互功能，为了优化参数，需要具备无线通信功能[1]。

编写的程序流程框架如下：首先对每个子模块进行初始化，进行单个模块的调试，观察并确定了速度、舵机角度、激光雷达测量等模块的数值。再次编写激光雷达测距时间和长短控制舵机转向的角度和时间。最后将每个模块程序归总，将速度控制程序和舵机控制程序放入PIT中断中，并添加LED、按键调参数和屏幕显示模块的数值放在mian总执行程序中，这三者的组合调试周期非常短，但用处非常大，使用下载器修改参数需要笔记本电脑协助，耗时较长，而使用按键和屏幕进行参数微调非常简洁[4]。

4.结语

本次设计的创新性主要在于对结构的设计和激光雷达的选配。大多的避障小车选用的传感器为接近开关或者是超声波，其缺陷在于智能车在强烈光线的干扰下，传感器接收障碍物的距离信息不够准确。因此在这次设计当中对结构做了一定的规划，将其车型改为越野车并使用激光雷达传感器

参考文献

[1]崔凯.基于STC89C52单片机控制智能小车设计[J].电子制作，2020，2（23）：26-27.

[2]刘杨.基于C51单片机智能小车设计[J].农家参谋，2020，11（02）：187-188.

[3]宋德鑫，李姿.基于STC89C52单片机的智能控制小车的設计[J].湖北农机化，2019，2（09）：57-86.

山东协和学院 山东济南 250107