基于Arduous开发板的信息采集自动避障多传感器智能小车的设计

基于Arduous开发板的信息采集自动避障多传感器智能小车的设计

摘要：自动避障是智能小车、自动驾驶、智能机器人的核心技术之一,进行自动避障研究是为了探索车辆的自动避障技术,为各种车辆的自动避障提供可参考的硬件控制设备、相关的控制软件和基础数据。本文利用课题组购置并改装的三轮智能小车进行多传感器、多种作业环境的信息采集、障碍物分类、避障策略设计等方面的研究。基于多传感器信息融合的智能小车自动避障主要通过其自身装载的多个传感器感知障碍物分布、距离等信息,并进行相应的躲避行为。随着现代信息技术的发展,智能小车的应用不仅涉及交通运输、军事、工业制造等行业,还延伸到生活服务以及空间探测等领域。本文首先阐述了国内外智能小车自动避障系统的研究现状,指出了目前智能小车自动避障系统中存在采集信息不理想、避障效率较低等问题,设计了采用车头安装两个红外测距传感器,车体两侧各安装一个超声波测距传感器的多传感器信息融合的采集系统。该系统能完成自动避障过程中对信息采集的要求并能克服上述缺点。其次研究了自动避障策略,本文将环境中的障碍物分为4种基本类型,分别设计了这4种类型障碍物情况下智能小车的避障策略。最后,采用Arduous开发板设计实现了本文所设计的信息采集系统和自动避障策略。经实验验证,本文所设计的智能小车自动避障系统能正确完成对障碍物的躲避行为,满足了智能小车自动避障的要求,解决了目前自动避障系统的一些不足,达到了预期的目标和要求。

关键词：智能小车；测距传感器；避障策略；Arduous; 

Multi-sensor smart car based on wireless communication.

Abstract: Automatic obstacle avoidance is intelligent, automatic car driving, one of the core technology of intelligent robot, automatic obstacle avoidance research is to explore the automatic obstacle avoidance technology of vehicles, to provide various kinds of vehicles automatic obstacle avoidance may refer to the hardware control equipment, control software and basic data. This paper makes use of the three wheeled smart cars purchased and modified by the research group to carry out the research on the information collection, obstacle classification and obstacle avoidance strategy design of multiple sensors and operating environments. Based on the multi-sensor information fusion, the automatic obstacle avoidance of the smart car is mainly used to perceive the distribution, distance and other information of obstacles, and conduct corresponding avoidance behaviors. With the development of modern information technology, the application of smart car not only involves transportation, military and industrial manufacturing, but also extends to life service and space exploration. This article first expounds the research status of intelligent automatic obstacle avoidance car system at home and abroad, points out the existing in the current intelligent automatic obstacle avoidance car system to collect information is not ideal, obstacle avoidance problem of low efficiency, designed by car to install two infrared distance sensor, car body on each side to install a ultrasonic ranging sensor of the multi-sensor information fusion of the acquisition system. The system can accomplish the requirement of information acquisition in the process of automatic obstacle avoidance and overcome the above disadvantages. Secondly, the automatic obstacle avoidance strategy is studied. In this paper, the obstacles in the environment are divided into four basic types, and the obstacle avoidance strategies of the smart car are designed respectively in these four types of obstacles. Finally, in this paper, the design was realized using the Arduous development board design information collection system and the automatic obstacle avoidance strategy. By experimental verification, in this paper, the design of intelligent automatic obstacle avoidance car system can finish on obstacle avoiding behavior correctly, meet the requirements of the intelligent automatic obstacle avoidance car, solve some disadvantages of the current automatic obstacle avoidance system, to achieve the expected goals and requirements.

Key words: The smart car; Ranging sensor; Obstacle avoidance strategy;Arduous.

目录

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 研究内容 2

1.3 Arduous单片机开发的意义与价值 2

第二章  智能小车总体结构 4

2.1 方案综述 4

2.2 主控单元方案比较与选择 5

2.3“小车”的必要的信息 6

第三章 硬件设计 7

3.1 蓝牙模块 7

3.1.1、进入AT模式 7

3.1.2、基本配置 8

3.1.3、模块指示灯说明 8

3.2 驱动模块 8

3.2.1、L298N电机模块电路图 9

3.2.2、工作条件： 10

3.3 舵机模块 10

3.4 LED电源开关显示电路 10

3.5 蜂鸣器控制电路 11

3.6 超声波避障 11

3.7 红外循迹模块 13

第四章 软件设计 14

4.1 系统主程序 14

4.2 电机子程序 16

4.3 小车时间子程序 16

4.4 超声波避障子程序 17

第五章 调试 18

5.1 智能小车避障的调试 18

5.2 智能小车测距的程序设计 18

5.3 智能小车自动循迹的调试 19

5.4 智能小车无线通信程序设计 20

总结与展望 23

致谢 24

参考文献 25

第一章 绪论

1.1 选题背景

当下这个社会，在汽车产业方向的飞速发展是相当飞快地，这也就意味着人们对智能化小车上深入研究是越来越有必要了。另外，在我上大学的几年时光里，每年都能听到有关于全国的电子技能大赛和省内的一些电子技能大赛的事件，所以，在研究智能小车这个方向的课题对于很多高校老师来说也就显得十分重要了，毕竟这类大赛也可以反应出不同高校在这个方向所下的功夫与努力。所以，全国各地的高校也开始特别重视对这类课题深入而又广泛地研究。我想本篇课题基于无线通信多传感器的智能小车应该也就是在这种背景环境下才提出来的。另外，之前自己也在跟学院的老师以及学长学姐们做过类似的一些小项目，对于该设计项目多少是有一点了解，所以选择了这个毕业设计课题。

最重要的是，许许多多智能化的产品在当今的这个社会上，算是一个很受人们欢迎和喜爱的新产物，与此同时，更是世界未来很好的一个发展，这些许许多多的智能化的新产物都可以根据人们预先设计好的功能模式在一个不一样的新环境里，不需要受人为控制的去正常的运作，更不需要人为的再去使用工具或别的设备来管理、控制它的一系列的运作，智能化产物就能够自动的按照人们料想的去正常的完成，预期所设定的许多一系列不同目标。相比于现在很多小朋友都玩过的带有遥控的小车，在本质上是有非常大的区别和不同的。咱们可以拿日常生活中的遥控小车来说一下，遥控小车则是必须需要我们人为的去利用遥控器工具去控制遥控小车的转动方向、启动、停止以及前进和后退等一系列的功能的。还有一些相对而言高大上一点的遥控小车就是它可以控制小车速度的改变。但是，在我们的日常生活中，我们所见到的模型小车，周围遇到的一些小孩玩的小车应该都是类似于遥控小车的；我们本课题的这款智能小车是不同于遥控小车的，我们可以利用计算机语言编写程序不同的程序代码进而实现对智能化的小车的行驶方向、启动或者停止以及对智能小车车速快慢的控制，想要控制这款小车就不再需要人为的去参与控制。对于小车的编程人员来说，他们只需要对智能小车的计算机编程程序代码做出进一步的修改，就可以非常方便的去控制智能小车的行驶方向、启动或者停止以及小车车速速快慢的控制。这样看来，本课题要做的这款智能小车，它最大的特点就是拥有二次编程的这一特性；所以这样看来，本课题研究的这款智能小车也是属于简单机器人的其中一种，研究智能小车这一课题也就显得十分的有意义、有价值的。

1.2研究内容

本课题的多传感器的智能小车，我们决定选用的单片机，拥有通用的特性并且价钱非常非常的便宜的这款Arduous单片机，作为整个智能小车的管理中心平

台，经过十分具体的设计要求，再联合其他拥有特定性能的一系列本课题所用到传感器以及控制电机运作原理相关的一些基本知识，就可以很轻松的实现本课题智能小车的多功能的目标。本次课主要是需要实现以下功能要求:加入超声波传感器实现测量距离值的功能、结合智能小车上的避障硬件传感器模块实现智能小车的自动避障功能、增加可以进行无线通信的蓝牙模块来实现无线通信功能；从而达到本课题的各项设计要求。

1.3 Arduous单片机开发的意义与价值

单片机arduous在当今情况下是一款对所有人都公开的微型处理器器，并且这款单片机不仅是一个对外开放的平台，而且还具有源代码开放的特性，也具有开放源代码的简单输入和输出的接口版，并且这款arduous单片机能够使用类似于java编程语言，C语言的processing wiring这些开发环境。选择arduous当作本课题智能小车的中心控制单片机板，最大的优点就是因为它形状的小巧、功能特别的强大，并且可以方便的和各种各样的传感器还其他各种电子元件进行连接，而且还可以与很多方面的软件进行互动，比方说flash了、processing等一系列软件，其实，这款arduous单片机最突出的特点就是这款单片机它拥用着开发源代码的特性，而且这款arduous单片机的电子电路版的设计原理图以及它的软件开发工具arduous IDE都是表现为对外开放性的特突出点，每一个使用该单片机的用户都可以非常自由的参加到其中的软件代码等方面进行补充和修改以及应用这款单片机的对外开放的源代码程序代码，这也就是它能够在当下这个智能化的社会之下，让这款arduous单片机变得十分流行和受很多人欢迎的最主要的原因之一了。

现在我们大学课程里应用的很多的单片机模块，基本都是过时的了，比如，AT89C51八位单片机等等，arduous这款单片机的平台还能够适用于去作为交互式的系统。例如以下介绍的这些单片机：mit’s handy-board、parallax Basic Stamp， Immediateness BX-24，Fidgets以及其它的一系列单片机等等，都提供了一些极为相像的功能，但是还是稍微有点小区别的。这款arduous单片机全部用到的很多不同方面的工具，也都不再需要你去过多的关注它、也没有必要去关心这款单片机编程过程当中十分繁杂的各个细节方面了，只要咱们提出这款arduous单片机的开发平台功能，它就是一种十分容易应用的开发工具包。 同样arduous单片机也简化了许许多多的其他系列单片机在工作的过程中各种各样的复杂流程，但是它同其它单片机的系统相比较，很明显的可以看出，arduous这款单片机在很多其他的地方是相当的具有优越性，这也就意味着这款单片机十分地适合相关专业的老师以及各大高校喜欢电子技能的学生和其他一些业余电子爱好者们去使用这款单片机。

arduino这款单片机的特点也相当的多，主要有以下几个方面的特点：①十分的廉价②拥有的跨平台特③十分简洁易学的编程开发环境④软件开源代码可以二次的扩展的特性，⑤硬件模块的广泛开源性及其可扩展性。

参考文献

[1]潘元骁.  基于Arduino的智能小车自动避障系统设计与研究   2015，14.

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[3]郑昊.  基于Arduino/Android的蓝牙程序系统设计与实现 [J].湖北大学  2012.

[4]霍孟友．单片机原理与应用[M]，北京：机械工业出版社，2004：67-83.

[5]钱逸秋．单片机原理与应用，北京：电子工业出版社2002,(4)：41-44.

[6]何立民．单片机应用系统设计，北京：航天航空大学出版社，2001，(2-5)：46-50.

[7]赵负图．传感器集成电路手册，第一版，化学工业出版社，2004：590-591.

[8]王晓明，电动机的单片机控制，北京大学出版社：2001，(2)：15-18.