基于Arduino的智能小车避障系统

基于Arduino的智能小车避障系统

1 系统设计

设计的避障系统采用红外单点避障与超声波双路避障相结合的模式，以实现对障碍物的全方位有效避障。为此，在小车前端中央设置一个红外避障传感器，用于探测小车前方障碍物，再在小车前端两侧设置左右两个超声波避障传感器，他们分别探测小车前方左右两侧障碍物，有效的扩大了探测范围，从而实现了小车的全方位避障。

图1 系统硬件结构图

1．1 Arduino模块

1．2 电机模块

小车采用双直流电机驱动方式，通过控制左右两个直流电机来控制小车转动转向，电机模块如图2所示，直流电机采用直流电机驱动芯片L298N。

图2 电机模块

由于芯片L298N并没有对电机转速的控制方式，因此，通过Arduino程序控制调节驱动电机的PWM信号，改变电机输出功率，从而控制左右电机的转速。

1．3 超声波传感器模块

图3 超声波传感器

探测时，超声波发射器发射出长约6 mm，频率为40 kHz的超声波信号。此信号被物体反射回来由超声波接收器接收，接收器实质上是一种压电效应的换能器。它接收到信号后产生mV级的微弱电压信号，电压信号再在核心控制模块中转换为数字信号。设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为t，超声波在空气中的传播速度为c，则从传感器到目标物体的距离D可用 D=ct／2求出。

1．4 红外传感器模块

红外测距其优点是无盲区、测量精度高、反应速度快，但其缺点受环境影响较大、探测距离较近。因此本文设计了基于多传感器信息融合的智能小车避障系统，采用红外传感器与超声波传感器互补，使机器人具有精确的感测范围。

2 算法分析

针对单传感器避障系统中存在的缺点，本文提出了多传感器协调合作方案，通过超声波传感器和红外传感器的配合，扩大了探测范围以及灵敏性，从而避免了误撞和紧贴障碍物的危险，提高了避障机率，实现了全方位避障。

2．1 流程设计

全方位避障小车在行进过程中，各传感器不断检测小车周围是否有障碍物。当有传感器检测到障碍物时，通过判断检测到障碍物的传感器的数量，来实现小车全方位自动避障：单传感器检测到障碍物时，小车远离检测到障碍物方向；两个传感器检测到障碍物时，小车向未检测到障碍物方向转向；所有传感器都检测到障碍物时，小车急速左转避开障碍物。当小车避开障碍物后，小车继续行进。流程图如图4所示。

图4 程序流程图

2．2 避障代码

3 实验研究

实验中选用一块放着多种障碍物的平地，障碍物分两大种：一种是规则的障碍物，如正方体、圆柱等。另一种为不规则障碍物。实验时，智能避障小车在行进过程中不断探测前方周围是否有障碍物，当存在障碍物时候，判断出相应障碍物位置，并进行相应动作。

图5 单面避障与全方位避障成功率对比

4 结论

设计的基于Arduino的智能小车避障系统，采用了单红外和双超声波避障方式，使小车在行车过程中对障碍物的探测更加精确。实验结果表明，设计的全方位避障系统较大地提高了避障的效率和成功率，可有效地实现全方位避障。