基于Android控制器的循迹避障智能车设计

[摘  要]本文设计了一种基于 arduino 控制器的自动循迹避障智能车系统， 通过红外模块以及控制算法进行循迹，利用超声波模块进行避障算法处理。该智能车主要包括微控制器（ MCU） 模块、电机及驱动模块、舵机模块、路径识别模块。通过系统软、硬件的调试，小车能够稳定的沿引导轨迹运行，行驶效果良好，验证了智能车设计可行性。

关键词： arduino ；循迹；智能车

1   前言

Arduino最早起源可以追溯到2005年，由Massimo Banzi和David Cuartielles等人在意大利发明创造的，目的是创造出便宜好用的微型控制器（MCU），并且上手简单，全部免费，功能强大。

在当今社会， AI及自动化技术广泛运用在各行各业，现有的机器人车有造价高、维护难等问题。故想开发 一 款低成本，易维护的可循迹避障的智能自控车系统。本智能车具有循迹，超声避障功能，可应用于人工智能领域里，完成智能运输等工作。

2  智能车硬件设计

本智能车由电源模块、主控模块、红外模块以及超声波模块构成，利用主控器件和各传感器得到的处理息对电机控制，完成路段功能测试。采用的 aduino UNO 控制器是以Arduino开发环境，分别采集到路径和转弯信号，用于智能车的运行策略。控制器内置MCU模块产生两路PWM波，一路可直接驱动转向舵机，另一路通TB6612典型双H桥芯片以及直流电机驱模块驱动后轮马达。

2.1    aduino UNO 主控模块

其参数如表1所示，将采集到的传感器信号，根据控制程序做出控制决策，完成对智能车的控制。

2.2    PWM调制电机驱动

驱动电路采用TB6612芯片设计，TB6612芯片和电机驱动模块如图2.3。 脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码［1］ 。

3.智能车软件设计

通过在智能车的相关位置加装红外传感器、超声波传感器等。收集小车的自身位置信息， 将其传输给控制器处理后，通过控制PWM波，改变智能车的运动状态。系统主体程序设计流程图如图3.1所示。

3.1循迹路段控制算法设计

本方案两光电智能车巡线状态有以下四种，如图3.2所示。状态1-左边和右边的传感器同时在紫色线里；状态2-左边传感器在紫色线里，右边传感器不在紫色线里；状态3-左边传感器不在紫色线里，右边传感器在紫色线里；状态4-左边和右边的传感器同时不在紫色线里。如果小车在状态1时，两马达正常前进。

当小车处于状态2时，即右边巡线模块未检测到紫色线，左边巡线在紫色上，这个时候小车需要往左边靠点，所以控制左边马达MA停止转动，此时右边马达还在转动，从而带动小车往左边靠回去。

当小车处于状态3时，即左边巡线模块未检测到紫色线，右边巡线在紫色上，这个时候小车需要往右边靠点，所以控制右边马达MA停止转动，此时左边马达还在转动，从而带动小车往右边靠回去。

当小车处于状态4时，即左右两个巡线模块都未检测到紫色线，车头已经在紫色线外，这个情况常见的处理方法是让车原地打转，直到重新找到紫色线，然后继续按照状态1、2、3前进。

3.2  超声波路段控制算法设计

采用超声波传感器，探测前方是否有障碍物。超声波传感器向前方发射一组方波信号，自动检测是否有信号返回，通过时间差，测定障碍物距离智能车的位置。

随后通过控制PWM波的输出控制电机的转速，由于两个直流减速电机的差速控制，小车前面的万向轮会随之转向，以此来改变小车的运动状态，进行避障处理［2］ 。

4.结论

本文论述了基于arduino开发板的自动循迹避障智能车控制系统设计原理，在算法上具备智能化特点，具有良好的控制效果。本智能车集成了机械、电子、自动控制、计算机和传感技术等多个学科的知识领域，是跨学科技术融合的体现，推动了相关技术的发展和创新，后续可以增加包括自主运动和人机交互等功能，使其更加适应多变的环境和任务需求，可以应用于更多人工智能领域，具有研究意义和应用价值。

参考文献：

[1]赵容晨，赵津，2013，基于 Arduino控制器的寻线智能车设计［J］．贵 州 科 学31（1） ： 60－64。

[2]闫博扬，李玉衡，姚磊，2020， 基于 Arduino 开发板的自动循迹避障智能车控制系统设计［J］．COMPUTER ENGINEERING & SOFTWARE，第 41 卷，第 7 期，57-59。

[3]高锋，李克强，候德藻，2003．汽车辅助驾驶系统上位控制方法研究［J］．汽车工程，70-73。

[4]程晨，Arduino开发实战指南[M] ．北京：机械工业出版社，2012 。

[5]刘君华，传感器技术及应用实例[M] ．北京：电子工业出版社。