介紹

由單片機控制的避障小車改變了傳統遙控小車的控制方式，將超聲波測距技術與小車相結合，實現了小車的自動避障，使小車在移動過程中更加智能化，減少了人為的干預。

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系統總體方案設計

2.1設計方案

（1）通過紅外遙控按鈕控制汽車前進、后退、停止、左右轉彎等動作。

（2）當距離障礙物距離小于設定距離時，左轉；左轉后，判斷離障礙物的距離是否設置為較大距離。如果大于，就繼續前進；如果沒有，向右轉180度。右轉后，判斷與障礙物的距離是否設置為較大距離。如果距離大于，繼續前進；否則，向右轉向前走90度。

2.2系統結構

單片機控制簡單、方便、快捷。價格低廉等優勢。整個系統以單片機為核心，控制汽車的運動?？刂葡到y的結構如圖1所示。

圖1控制系統框圖

本設計系統以89C51單片機為核心，利用紅外遙控器控制汽車的啟動和停止，實現了汽車的啟動和停止、左右轉彎、直行和后退等功能。

機車中間的超聲波發射接收裝置檢測小車行進方向上的障礙物，判斷是否轉向，實現避障功能。該信號由單片機發出，頻率為40千赫茲，經放大電路放大后由超聲波發射器發出。超聲波接收器進一步放大接收到的信號，使用鎖相環電路檢測、調用單片機中斷程序，測量時間T，那么獲得的距離參數的程序操作，然后通過單片機程序處理，得到的數據進行相應的控制汽車發動機。

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系統硬件電路設計

3.1紅外接收器

紅外接收電路通常集成到一個單獨的元件中，即紅外接收頭。內部電路包括紅外監控二極管、放大器、限幅器、帶通濾波器、積分電路、比較器等。紅外監控二極管檢測到紅外信號后，放大器將紅外信號放大，通過限幅器、解調電路和積分電路進入比較器。比較器輸出高電平和低電平以恢復發射信號。該模塊使用紅外接收頭1838。電路如圖2所示。

圖2紅外接收模塊

在圖2中，C3為解耦電容，起到濾除輸出信號干擾的作用。1端是解調信號的輸出端，連接到MCU的p3.2端口。當紅外編碼信號發出時，紅外接頭對檢測后的方波信號進行處理，送入單片機進行相應的操作，從而實現對電機的控制。

3.2電機驅動模塊

該模塊采用L298芯片，該芯片是一種高壓、大電流的雙橋驅動器，可以同時控制兩個電機的正、負旋轉，并調節電機的轉速以滿足設計要求。電機驅動模塊電路圖如圖3所示。

圖3電機驅動模塊

圖3中L298DEVCC端與單片機共用5V直流電源，VS端接12V電源。ENA，ENB為使能端，低電平禁止輸出。IN1，IN2，IN3，IN4為數據輸入引腳，分別與單片機的p1.0、p1.1、p1.2、p1.3口相連。OUT1，OUT2接電動機MG1；OUT3，OUT4接電動機MG2。通過調節IN1，IN2，IN3，IN4之間輸入的高低電平來實現電動機MG1和MG2的正向和反向運轉，從而實現小車左右轉和前進后退等功能。當IN1輸入低電平，MG1電機正轉；當IN2輸入低電平，MG1電機反轉；當IN3輸入低電平時，MG2電機正轉；當IN4輸入低電平時，MG2電機反轉。高電平輸入時，電機不工作。D1~D8是保護二極管，用于電機緊急制動時，保護L298不被損壞。

3.3超聲波模塊

采用HC-SR04超聲波測距模塊，包括超聲波發射器、接收器與控制電路[5]?；竟ぷ髟恚海?）采用IO口TRIG觸發測距，給最少10us的高電平信呈。（2）模塊自動發送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；（3）有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S）/2。超聲波測距模塊電路如圖4所示。

圖4超聲模塊

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系統軟件設計

4.1主程序

程序啟動后，檢測到紅外接收模塊。當信號收到后，單片機開始判斷鍵值，并將信號發送給駕駛員模塊，使小車做出相應動作。當汽車前進時，超聲波模塊開始發送信號。單片機判斷到障礙物的距離，向駕駛模塊發送信號，使汽車避障。

4.2超聲波避障過程（圖5）

圖5超聲避障氣流

避障過程如圖5所示。當汽車開始向前行駛時，會發現前方有障礙物；如果有，它會左轉繼續檢測；如果有，則反向180度；如果沒有，它將繼續前進。

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驅動模塊的仿真

采用protel軟件對汽車控制系統進行仿真，仿真電路如圖6所示。

圖6驅動模塊仿真

在仿真過程中，紅色代表高電平，藍色代表低電平。由于仿真軟件不能仿真紅外遙控、光電感應信號和超聲波檢測等信號，所以在仿真過程中通過密鑰提供仿真所需的各種信號。按鈕沒有。2按鈕實現汽車前進功能，8按鈕實現汽車后退功能，5按鈕停止，4按鈕向左轉彎，6按鈕向右轉彎。

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結論

該小車控制系統采用單片機作為控制核心，利用超聲波測距模塊檢測小車運動中障礙物的方向，單片機處理發出指令驅動L298，驅動電機避開障礙物繼續運行。仿真結果表明，該設計符合要求。