基于Ardinuo的智能小车自动避障系统设计

王森龙　王哲

摘 要：为了提高智能小车的避障能力，设计了一种智能小车的自动避障系统。该系统以Ardinuo为主控芯片，通过红外避障传感器与超声波避障传感器探测小车前方与侧面的障碍物信息，实现小车全方位的避障能力。测试结果表明，所设计的自动避障系统能够有效地躲避障碍物，提升智能小车的避障能力。

关键词：Ardinuo 智能小车 自动避障 传感器

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）09-0-02

引言

智能小车作为一种轮式智能机器人已经应用到实际生活中各个方面[1]。它属于具有体积小、操控灵活简单等优点[2，3]。但是，在智能小车行进过程中难免会遇到障碍物，设计合理的避障系统，从而使其具备障碍物检测能力，避免与障碍物发生碰撞造成机器人损坏，已然成为了智能小车必须具备的能力[4]。

目前，智能小车大多通常采用一个传感器实现行进前方的避障，但这种避障方式存在着障碍物探测能力有限、无法实现侧方及全方位的避障等问题。为此，本文设计了一种由前方避障和侧方避障构成的全方位自动避障系统。该系统采用红外单点避障方式实现前方避障，采用超声波避障方式实现双路侧方避障，从而使得智能小车具备全方位避障能力，有效提升智能小车的自主避障能力。

一、避障系统方案设计

本文所设计研究的智能小车避障系统主要由 Arduino UNO R3 主控单元、电机驱动模块、红外单点避障传感器模块、超声波传感器模块、蓝牙串口通信模块以及 Android 界面模块构成。智能小车避障系统的整体设计方案如图1所示。

1.Arduino主控单元

Arduino主控单元由基于单片机的开源硬件平台及为其提供编程接口、编程语言等的开源软件组成，开发环境和编程语言简明清晰，易于掌握。它有4个PWM输出，满足系统电机驱动的需求，同时可扩展蓝牙串口模块，可以与Android设备的连接，实现蓝牙遥控[5]。

2.电机驱动模块

智能小车采用直流电机作为执行器件，采用直流电机驱动芯片L298N作为电机驱动芯片，通过通过Arduino主控单元发出的PWM调制信号实现电机转速的控制，通过控制两个直流电机的转速来实现小车的转向。所设计的智能小车电机驱动模块如图2所示。

3.自动避障功能模块

通常应用于智能小车测距避障的传感器主要有红外避障传感器和超声波避障传感器等。为了实现智能小车的全方位自动避障功能，本文基于两种传感器各自的性能，将这两种测距传感器的结合使用，在小车前端中央设置一个红外避障传感器，用于探测小车前方的障碍物；在小车前端左右两侧各安装一个超声波避障传感器，扩大其避障的范围，以实现智能小车对障碍物的全方位有效避障。

红外避障传感器具有无盲区、测距精度高、反应速度快等优点，该避障模块采用夏普GP2Y0A21红外测距传感器，夏普GP2Y0A21型红外测距传感器是基于位置敏感传感器PSD（Position Sensitive Device）的微距传感器，捕捉的是光信号并且有着基于Lucovusky 方程的电路设计，其有效的测量距离为80cm。为了弥补红外避障传感器的受环境影响较大、探测距离较近等缺陷，基于多传感器信息融合的思想，将红外避障传感器与超声波避障传感器互补，使智能小车具有速度快且精度准确的感测范围。

超声波避障模块选用HC-SR04，其传输距离范围较宽，并且测距精度较高，广泛用于智能机器人的测距避障中。该模块包含超声控制电路、发射器以及接收器。HC-SR04超声波测距模块原理图如图3所示。

4.Android设备界面

本设计需开发Android设备的控制界面，可以实现发送通信协议中字符的功能。考虑到Android设备大部分为触屏操作，且从用户体验的角度出发在APP中加入重力感应操作，可以像玩重力感应游戏一样实现对智能小车运动方向的控制。所设计的Android设备界面设计，如图4所示。

5.系统避障软件设计

智能小车在行进过程中，红外避障与超声波避障传感器不断地检测小车周边是否存在障碍物。在无障碍物的情况下，小车继续行进。当有障碍物被检测到，则通过判断检测到障碍物的传感器的数量，来实现智能小测的全方位自动避障。具体过程为：当红外避障传感器或者是超声波传感器检测到障碍物时，小车向远离障碍物的方向行進；当红外避障传感器和超声波传感器均检测到障碍物时，小车向未检测到障碍物方向转向；当小车避开障碍物后，小车继续行进。流程图如图5所示。

二、结论

本文设计完成了基于Arduino平台的智能小车避障系统，基于多传感器信息融合的思想，采用红外避障传感器和超声波传感器相结合的避障方式，旨在提高智能小车的避障能力。此外设计完成了Android设备的控制软件用于对智能小车的控制。测试结果表明，本文所设计的避障系统能够有效地躲避障碍物，提升智能小车的避障能力。

参考文献

[1]杨华. 智能机器人教学设备的开发[J]. 电子制作， 2017（7）：79-79.

[2]陈江. 智能小车研究综述[J]. 镇江高专学报， 2017， 30（4）：58-60.

[3]符强， 任风华. 基于手机蓝牙的遥控小车的设计[J].现代计算机（专业版），201l，（31）：77-79.

[4]林长青， 成海量. 基于Android系统和蓝牙通信的手机遥控车设计[J]. 山西电子技术， 2012，（03）：56-58.

[5]聂茹， 严明. 基于Arduino开发板的智能小车设计[J]. 微处理机， 2015（4）：89-91.

作者简介：王森龙（2001-），男，汉族，山西运城人，山西运城康杰中学学生。

指导教师：王哲（1992-），男，汉族，山西运城人，山西运城康杰中学科技竞赛指导教师。