1 引言

       避障小车以单片机为控制核心的小车改变了传统遥控小 车的控制方式，应用超声波测距技术与小车相结合实现小车 自动避障，使小车能够更加智能，小车在行进过程中降低人的 干预。

2 系统总体方案设计

2.1 设计方案

（1）通过红外遥控器按键控制小车行动，如前进、后退、 停止、左右转。

（2）距离障碍物小于设定距离时，左转；左转之后判断距 离障碍物是否大设定距离，若大于则前进，反之右转180度；右 转之后判断与障碍物距离，是否大设定距离，若大于则前进，反 之右转90度前进。

2.2系统结构

       单片机控制简单、方便、快捷。价格低廉等优点。采用单片 机作为整个系统的核心，用其控制小车运动。控制系统结构如 图1所示。

图1 控制系统框图

      该设计系统以89C51单片机为核心，利用红外遥控器控制小车的启停，能实现小车的启动停止、左右转和直行与后退等功能[1]。

      车头中间超声波发射和接收装置检测小车行进方向的障 碍物，用于判断是否转弯来达到避障功能。单片机发出频率为40千赫兹的信号，经放大电路发大后由超声波发射装置发出；超声波接收器进一步放大接收到的信号，用锁相环电路检波后，调用单片机中断程序，测出时间t，再由程序运算得出距离参数，然后经过单片机程序处理，得到的数据来对小车的电机进行相应的控制[2-3]。

3 系统硬件电路设计

3.1 红外接收器

红外接收器电路通常集成在一个元件中，即红外接收头。内部电路包括红外监测二极管，放大器，限幅器，带通滤波器，积分电路，比较器等[4]。红外监测二极管监测到红外信号后，放大器放大红外信号通过限幅器、解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原发射信号。该模块使用红外接收头1838。电路如图2所示。

图2中，C3为去耦电容，起滤除输出信号的干扰得作用。1端是解调信号的输出端，与单片机的P3.2口相连。当有红外编码信 号发射时，经红外接头处理输出检波整形后的方波信号，并送 给单片机，执行相应的操作，从而来实现电机控制。

图2 红外接收模块

3.2 电机驱动模块

      该模块采用芯片L298，L298芯片是一种高压、大电流双全桥式的驱动器可同时控制两个电机的正反转并调节电机的转速，满足设计要求。电机驱动模块的电路图如图3所示。

图3 电机驱动模块

      图3中L298DE VCC端与单片机共用5V直流电源，VS端接12V电源。ENA，ENB为使能端，低电平禁止输出。IN1，IN2， IN3，IN4为数据输入引脚，分别与单片机的P1.0、P1.1、P1.2、 P1.3口相连。OUT1，OUT2接电动机MG1；OUT3，OUT4接电动 机MG2。通过调节IN1，IN2，IN3，IN4之间输入的高低电平来实 现电动机MG1和MG2的正向和反向运转，从而实现小车左右转 和前进后退等功能。当IN1输入低电平，MG1电机正转；当IN2输 入低电平，MG1电机反转；当IN3输入低电平时，MG2电机正转； 当IN4输入低电平时，MG2电机反转。高电平输入时，电机不工 作。D1~D8是保护二极管，用于电机紧急制动时，保护L298不被 损坏。

3.3 超声波模块

      采用BNCS超声波测距模块，包括超声波发射器、接收 器与控制电路[5]。基本工作原理：(1)采用IO口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信呈。 (2)模块自动发送8个40khz的方波，自 动检测是否有信号返回； (3)有信号返回，通过IO口ECHO输出 一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时 间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。超声波测距模块 电路如图4所示。

图4 超声波模块

4 系统软件设计

4.1 主程序

程序启动后，开始检测红外接收模块，如果接收到信号， 单片机开始判断键值，发出信号到驱动模块使小车并作出相应动作。在小车前进时，超声波模块开始发出信号，单片机判断与 障碍物的距离，向驱动模块发出信号并使小车进行避障。

4.2 超声波避障流程（图5）

图5 超声波避障流程

图5所示的避障流程，小车开始前进就检测前方障碍物，若有则左转，继续检测，若还有则反转180°，若无则继续前行。

5 驱动模块仿真

使用Protel软件对小车控制系统进行模拟仿真，仿真电路 如图6所示。

图6 驱动模块仿真

       在仿真过程中红色表示高电平，蓝色表示低电平。由于仿 真软件无法模拟红外遥控和光电感应信号和超声波检测，所 以在仿真过程中通过按键来提供仿真所需的各种信号。2号按 键实现小车前进功能，8号按键实现小车后退功能，5号按键停 止，4号按键小车左转，6号按键小车右转。

6 结束语

      本小车控制系统采用单片机为控制核心，使用超声波测距 模块探测小车运动方向的障碍物，单片机处理后发出指令驱动 L298，驱动电机避开障碍物继续运行。并通过仿真软件进行仿 真，仿真结果表明，该设计满足要求。

参考文献

[1] 赵海兰. 基于单片机的红外遥控智能小车的设计[J]. 电子世界,  2011 (8): 45-47. 

[2] 王懿川. 基于单片机控制的超声波测距报警系统[J]. 上海计量测 试, 2011 (5): 53-56. 

[3] 李录锋.基于AT89C51超声波测距控制系统设计[J]. 制造业自动 化,2012(4):45-47. 

[4] 朱高伟. 基于单片机的自动蔽障移动小车控制系统[J]. 通讯世界:  下半月, 2015 (8): 277-278.

[5] 苏琳. 基于 HC-SR04 的超声波测距器的设计[J]. 科技信息, 2012  (9): 125-125.