基于聯(lián)創(chuàng)中控物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的智能小車循跡+避障設(shè)計(jì)

趙緒言 葉磊 雷紫薇 重慶交通大學(xué)

關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng) 小車尋跡+避障

1 設(shè)計(jì)任務(wù)

（1）智能小車?yán)么艑?dǎo)航傳感器，在沙盤上按照預(yù)設(shè)的路線行駛。

（2）在行駛過程中，在有足夠空間的保障下，智能小車在遇到前方障礙物時(shí)，會(huì)進(jìn)行左轉(zhuǎn)繞開障礙物，之后回到其原來的路線上繼續(xù)行駛。

2 設(shè)計(jì)原理

2.1 智能小車

智能小車 UI-SmartCar，高度集成包括磁導(dǎo)航傳感器、RFID讀卡器、紅外傳感器、zigbee 通信模塊等。在操作中需要將USB2.0方口線的一端連接PC機(jī)的USB口，另一端連接ST-Link調(diào)試器的“USB-Debug”接口，然后將USB3.0數(shù)據(jù)線的一端連接ST-Link調(diào)試器的“Debug”接口，另一端連接小車的USB3.0調(diào)試燒寫口燒寫程序。

2.2 小車避障原理

紅外反射傳感器是基于紅外反射原理，根據(jù)反射強(qiáng)度來確定是否存在前方障礙物。可通過調(diào)紅外反射傳感器的電位器來調(diào)整檢測(cè)距離。當(dāng)前方檢測(cè)到障礙物時(shí)，OUT1 引腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑鶕?jù)電平的變化設(shè)計(jì)程序，使小車遇到障礙物停止運(yùn)動(dòng)。

2.3 小車尋跡原理

目前，磁導(dǎo)航傳感器主要應(yīng)用于自主導(dǎo)航機(jī)器人、室內(nèi)外檢測(cè)機(jī)器人、自主導(dǎo)航車輛AGV（AGC）、自動(dòng)小車等自主導(dǎo)航設(shè)備中，以完成預(yù)設(shè)路徑的檢測(cè)和定位。當(dāng)磁導(dǎo)航傳感器在磁條之上時(shí)，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)可以將磁帶強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并將其傳送到控制芯片?？刂菩酒梢酝ㄟ^數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來測(cè)量各檢測(cè)點(diǎn)位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

與光電傳感器和視覺傳感器相比，磁導(dǎo)航更可靠，不受環(huán)境光和地面條件的影響。與激光導(dǎo)航相比，磁導(dǎo)航系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

磁導(dǎo)航系統(tǒng)由以下部分組成：

（1）上位機(jī)系統(tǒng)

管理、監(jiān)控小車的運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，實(shí)時(shí)做出調(diào)度決策。

（2）路徑識(shí)別線

AGV小車的自動(dòng)導(dǎo)引軌跡，實(shí)現(xiàn)AGV小車的自主導(dǎo)航。

（3）定位地標(biāo)

AGV小車在交叉路口選擇、目標(biāo)地點(diǎn)定位的判斷依據(jù)。

2.4 小車尋跡+繞障原理

基于小車避障和小車尋跡原理，將兩者結(jié)合，使小車能夠?qū)崿F(xiàn)在沙盤遇到障礙物后，繞過障礙物，并且回到自己本來的軌跡上。

小車避障采用紅外線反射傳感器，紅外線傳感器利用紅外線反射原理，根據(jù)反射的強(qiáng)度來判斷前方是否有障礙物，并通過紅外線傳感器的電位器來調(diào)整檢測(cè)距離。根據(jù)電平的變化設(shè)計(jì)程序，使小車遇到障礙物停止運(yùn)動(dòng)。小車循跡采用磁導(dǎo)航傳感器，磁導(dǎo)航傳感器通常由磁條、軌道釘或電纜組成。當(dāng)磁導(dǎo)航傳感器位于磁條上方時(shí)，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)可以將其位置的磁帶強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將其傳送到控制芯片?？刂菩酒梢酝ㄟ^數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來測(cè)量每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)位置處的磁場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)小車自動(dòng)尋跡時(shí)，根據(jù)程序遵從（直行＞右轉(zhuǎn)＞左轉(zhuǎn)）的規(guī)則。通過將兩者相結(jié)合，即可實(shí)現(xiàn)尋跡+繞障。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

在小車硬件初始化中加入IR_EXTI_Init()； 即為小車紅外傳感器初始化；為后面的小車避障提供主函數(shù)。然后定義自動(dòng)尋跡函數(shù)。首先根據(jù)點(diǎn)的觸發(fā)情況計(jì)算調(diào)整參數(shù)，將狀態(tài)按位寫入變量并記錄觸發(fā)狀態(tài)，然后將磁導(dǎo)航觸發(fā)分為幾種觸發(fā)情況，1點(diǎn)觸發(fā)，2點(diǎn)觸發(fā)，3點(diǎn)觸發(fā)，再分別討論。經(jīng)過交叉口時(shí)，根據(jù)程序預(yù)先設(shè)定(直行＞右轉(zhuǎn)＞左轉(zhuǎn))做出判斷。

3.2 避障程序設(shè)計(jì)

增加車前紅外線裝置的中斷代碼IR.c實(shí)現(xiàn)小車?yán)@障的功能。繞障方式：當(dāng)檢測(cè)到前方有障礙物時(shí)，小車向左轉(zhuǎn)彎進(jìn)行繞行，然后再返回至原來的軌跡前行。

4 調(diào)試及結(jié)果分析

4.1 調(diào)試步驟

（1）將 USB2.0 方口線的一端連接 PC 機(jī)的 USB 口，另一端連接 ST-Link 調(diào)試器的“USB-Debug”接口， 然后將 USB3.0數(shù)據(jù)線的一端連接 ST-Link 調(diào)試器的“Debug”接口，另一端連接小車的 USB3.0 調(diào)試燒寫口

（2） 找到固件，在STM32 ST-Link Utility中打開成功后，在菜單欄點(diǎn)擊Target、Program & Verify。并下載固件。

（3） 新建Keil工程。

（4）使用Keil編寫程序、編譯程序。

（5）編譯工程成功后，點(diǎn)擊下載按鈕 ，將程序燒錄到小車中。

4.2 結(jié)果分析

將小車程序燒錄進(jìn)小車中，在沙盤上進(jìn)行試驗(yàn)。小車能沿著沙盤上的磁通自動(dòng)尋跡前行。經(jīng)過交叉口時(shí)，根據(jù)程序預(yù)先設(shè)定(直行＞右轉(zhuǎn)＞左轉(zhuǎn))做出判斷。經(jīng)過若干次實(shí)驗(yàn)，在不同路段，放置不同障礙物，結(jié)果小車都能自動(dòng)尋跡。在遇到障礙物時(shí)，也能識(shí)別前方障礙物并自動(dòng)左轉(zhuǎn)避讓。