全地形多功能检测避障履带小车

李加军

黑龙江科技大学，黑龙江哈尔滨 150022

摘要：近些年来，各行业领域逐渐将智能化技术作为先进技术生产力，其中，为深入应用智能化技术手段，打造全新的生产作业模式，工业生产领域将智能化技术应用于生产控制与运行控制体系当中。结合当前应用情况来看，在智能化技术的依托作用下，工业生产领域成功打造智能小车运行体系，初步实现了动态决策以及智能控制等多项运行功能。针对于此，本文主要结合多功能智能小车应用情况，对多功能智能小车设计策略以及相关方法进行研究分析，以供参考。

关键词：多功能；智能小车；设计策略

引言：区别于其他控制系统，智能小车通过依托于移动式机器人运行原理，打造集成环境感知、动态决策以及智能控制等多功能化的控制系统。在运行使用过程中，智能小车可通过利用多功能控制特点以及运行特点，实现自主巡航以及自动管理等控制过程。结合当前推广应用情况来看，智能小车在计算机技术以及工业生产等领域当中得到了良好推广应用，所取得的成效相对明显。近两年来，随着科技强国战略部署的持续贯彻与落实，相关行业内部对于智能小车优化设计问题进行了深入研究与分析。通过利用先进传感器以及控制芯片，进一步增强智能小车自主巡航以及其他功能优势，具有重要的可行性价值。

1 多功能智能小车系统总体方案设计分析

多功能智能小车必须具备良好的自动循迹功能，以便高质量完成系统布置的工作任务。与此同时，多功能智能小车必须具备良好的自动避障功能，防止智能小车在运行过程中受到障碍物等因素影响而出现撞毁问题。此外，多功能智能小车必须具备良好的趋光功能。在运行使用过程中可以实时反应光源方向，并趋光前进，确保运行全过程安全合理。结合上述设计要求，可对多功能智能小车控制系统总体方案科学部署与细节优化[1]。

在具体实现过程中，可将STC89C52RC单片机最小系统作为核心设计，其中，在结构组成上主要由循迹模块、避障模块、趋光模块等重要模块内容组成。考虑到小车所具备的移动性特征，整个系统在供电方式的选择上应该由电池提供。结合以往的经验来看，该单片机系统所需的电压一般多控制在7.2V左右，因此需要有两节3.6V充电电池提供。在此基础上，通过稳压模块为其他电路以及单片机提供安全电源。

2 多功能智能小车系统硬件设计策略分析

2.1 红外循迹模块

为确保小车可以按照既定的轨迹路线安全行驶，设计人员需要结合智能小车运行需求安装4路红外探测头。其中，2个探测头应该临近黑色轨迹线位置，确保小车行进过程中可以根据黑色轨迹线定位情况，对行驶方向进行适当调整。另外2个探测头可以安置到小车更外侧一点的位置当中。如果位于此位置的红外探测头可以检测到黑色轨迹线，则可以证明小车当前存在的偏转问题相对明显，应该及时调整小车行驶方向[2]。

一般来说，小车行驶过程中，内部结构中的红外发光二极管会受到小车运行状态以及方向调整的影响，而不断向外发出红外线。当红外线发射到白色地面时，此时红外线会自动发射到红外接收三极管当中。单片机接收到相关信息之后，控制电机驱动模块会根据信息处理决策内容，作出相应的调整动作，保障小车自动循迹功能有效发挥。

2.2 红外避障模块

    智能小车可通过使用红外避障模块实现对小车运行期间障碍物设施的识别、躲避。在具体应用过程中，设计人员需要在小车左前方、右前方分别安装1个红外避障模块。如果小车左前方红外避障模块检测到障碍物信息，此时单片机将会自动控制小车向右侧转向，躲避左前方的障碍物。同理，单片机也可以控制小车左转，躲避右前方障碍物。需要注意的是，如果左右两侧的红外避障模块均识别到障碍物信息，此时可以判定障碍物位于小车正前方。此时，系统程序会自动默认小车应该向右侧转向。

2.3 超声波避障模块

    超声波避障模块主要利用红外侧面避障与超声波正面避障相结合的技术手段，对智能小车避障问题进行优化解决。如果智能小车在运行期间遇到前方有障碍物的情况，超声波会自动返回到接收端，相关程序会自动计算小车与障碍物之间的距离。检测得出距离数值之后，系统会自动与提前预设好的最小距离进行对比分析，如果明显小于最小距离，此时单片机会控制电机转向状态，同时也会控制电机调速状态。

2.4 趋光模块

    小车左右前方位置可以设置趋光模块检测光源，保障小车行驶安全。同时，可以在该模块上安装可调电阻，完成对反向端参考电压的调节管理。一般来说，这种设计方法可以保障光照灵敏度调节效果。举例而言，当左边检测到有光源时，位于左侧的指示灯会在瞬间点亮，系统会促使小车向左转弯前进。情况相反时则是右侧指示灯瞬间点亮，系统会促使小车向右转弯前进。需要注意的是，当左右两侧都检测到光源之后，小车会保持直行状态。

2.5 电机驱动模块

智能小车在电机驱动模块结构的设计方面会采取四个车轮驱动以及支撑作为主要动力源泉。其中，位于小车前方位置的车轮可以视为驱动的，后方位置则可以视为万向轮。为确保电机驱动模块运行安全，可利用直流减速电机促进电机驱动模块安全运行。在此过程中，不需要隔离电路就可以保证电机驱动模块与单片机之间的连接安全效果。除此之外，当智能小车处于右转向状态时，右转指示灯会闪烁，相反则左转指示灯闪烁

[3]。

3 多功能智能小车软件设计策略分析

多功能智能小车在软件设计优化方面应该利用模块化设计理念，促进智能小车控制系统软硬件协调运行。在具体设计过程中，可针对循迹、避障、趋光等子程序模块进行设计分析。其中，主程序设计应该严格遵循逻辑顺序原则，对上述子模块进行合理配置与安全使用。一般来说，单片机可以接收来自各个模块传感器反馈的信息数据，经统一规范处理之后，可借助电机驱动程序完成对小车行驶动作的控制管理。如果在行驶过程中检测到黑线，可以利用循迹子程序调整小车方向。同理，当检测到障碍物信息时，避障子程序会发挥功能优势躲避障碍物。此外，检测到光源信息时，趋光子程序会驱动小车朝向光源方向安全行驶。

结论：总而言之，多功能智能小车作为新时期智能化控制技术的集成应用表现，通过合理设计与改进优化基本上可以实现红外避障、自动转向等功能优势，具有良好的应用价值，如多功能智能小车在工业生产领域取得了良好应用成效，可以解决以往运输工作效率不高以及智能化控制能力不足的问题。

参考文献：

[1]刘悦婷,李若飞,李晓斌,刘韬. 基于单片机多功能智能小车的设计[J]. 兰州文理学院学报(自然科学版),2020,34(03):83-87.

[2]罗刘敏,王明霞,郭艳花,等.基于单片机的智能小车控制系统设计[J].仪表技术与传感器,2018,55(1):123-126．

[3]陈文澄,张辉,张晋滔. 一种多功能循迹避障智能小车的研制[J]. 科技创新与应用,2019(04):32-34.