超聲波傳感器是移動機器人避障、測距常用傳感器之一。傳感器安裝在機器人上時距離地面不能太近，太近容易產生干擾信號，而且容易將可以翻越的障礙物當成無法逾越的障礙物。傳感器兩探頭間的距離不能太遠也不能太近，太遠測量誤差過大，太近串擾信號過強。

機器人硬件系統主要包括ARM處理器、單片機、外圍接口電路、機器人機箱、電源等，其中ARM處理器為上層核心，51單片機為下層核心。硬件結構框圖如圖1所示。

圖1硬件結構框圖

移動機器人采用H橋式控制方案，總體控制方案如圖2所示。

圖2H橋梁控制方案

電機有四個pWM輸出分別驅動左右車輪，而一個電機可以通過兩個pWM輸出控制，兩個電機并聯。

當L298N芯片使信號使能高時，輸出會隨著輸入而改變，否則則處于高電阻狀態，所以焊接時使能引腳和電源引腳VS都連接到電源VCC上。

特定的駕駛過程如下：控制芯片編程發送通過pWM驅動信號，和pWM輸出L298N作為輸入，輸出控制信號轉換了L298N電動機旋轉，從而實現電動機的驅動。

pWM輸出信號的高度可以控制直流電機的轉速。當占空比增加時，轉速增加。當占空比減小時，速度也減小。當pWM信號輸出占空比為0時，可以控制電機停止。

當左輪停止，右輪轉動時，汽車向左轉動；當右車輪停止，左車輪轉動時，汽車向右轉。通過雙向pWM輸出的正、負轉換，控制電機的正、負旋轉，從而控制汽車的前進和后退。

系統軟件結構如圖3所示。

圖3系統軟件結構

超聲波傳輸模塊設計

當外部信號的頻率等于兩個壓電晶片的固有振動頻率時，就會發生共振。本項目使用的超聲波傳感器的中心頻率為40kHz。因此，在超聲波傳輸電路中，通過軟件編程，單片機I/O口的高低位置產生40kHz脈沖信號，輸出到傳輸電路。由于AT89S51單片機的I/O口在使用時可以提供20mA的電流灌注能力，但是電流吸收能力較小，所以使用74HC04來提高其輸出電流能力，確保40kHz的脈沖信號具有一定的功率。超聲發射模塊原理圖如圖4所示。

圖4超聲發射模塊原理圖

超聲波接收模塊的設計

如圖5所示，超聲波接收處理電路采用集成電路CX20106。當CX20106接收到與中心頻率一致的信號時，7個引腳輸出低電平。7腳輸出脈沖降邊和紅外傳感器測距信號相位與后面的單片機相連。

圖5超聲波接收電路原理圖

反射式紅外傳感器檢測系統設計

紅外測距電路如圖6所示，LM567可以構成一個低頻振蕩器作為編碼電路，紅外傳感器系統是利用其內部的壓控振蕩器產生低頻信號，因為R25k=10.9Ω這件=2200pf，根據公式f0RC=1/1.1，5英尺38.91kHz的輸出頻率脈沖信號。該脈沖信號使晶體管T1（8050）工作在通斷狀態，并驅動紅外led的紅外脈沖。這種方法節省了信號產生電路，簡化了電路和調試工作，并防止發射和接收頻率的差異引起的周邊環境和元件參數的變化，并實現同步和紅外發射和接收工作頻率的自動跟蹤，大大加強了電路的穩定性和抗干擾能力。