基于邏輯電路的紅外避障小車

1、基于邏輯電路的紅外避障小車 眾所周知，在科學(xué)探索和緊急搶險(xiǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到對(duì)一些危險(xiǎn)或人類不能直接到達(dá)的地域的探測(cè)，這些就需要用機(jī)器人來完成。而機(jī)器人在復(fù)雜地形中行進(jìn)時(shí)自動(dòng)避障是一項(xiàng)必不可少也是最基本的功能。因此，自動(dòng)避障系統(tǒng)的研發(fā)就應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)避障小車就是基于這一系統(tǒng)開發(fā)而成的。隨著科技的發(fā)展，對(duì)于未知空間和人類所不能直接到達(dá)的地域的探索逐步成為熱門，這就使機(jī)器人的自動(dòng)避障有了重大的意義。自動(dòng)避障小車就是自動(dòng)避障機(jī)器人中的一類。自動(dòng)避障小車可以作為地域探索機(jī)器人和緊急搶險(xiǎn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，讓機(jī)器人在行進(jìn)中自動(dòng)避過障礙物。但現(xiàn)行的避障小車多采用了微處理器或單片機(jī)作為電路的核心，譬如以at89sc

2、51/52、Avr或者Pic等作為整個(gè)小車的硬件核心，以算法作為軟件核心，需要單片機(jī)仿真、編程作為基礎(chǔ)，對(duì)制作者的要求很高。這些產(chǎn)片多以超聲波傳感器作為探測(cè)傳感器，也有采用微動(dòng)開關(guān)的。這樣一來，小車的成本就比較高。小車本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多采用矩形或者方形，雙輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，但往往配有兩個(gè)輔助輪，這樣就不利于小車實(shí)現(xiàn)壁障轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。我們團(tuán)隊(duì)開發(fā)的這款“基于邏輯電路的紅外避障小車”，正如題目所述，是基于邏輯電路來處理障礙物的識(shí)別和規(guī)避動(dòng)作，即用較為簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)小車高精度、快速的對(duì)障礙物的檢測(cè)及規(guī)避行為，使小車在自主行駛過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的自動(dòng)規(guī)避，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人們所不能到達(dá)區(qū)域未知環(huán)境的探測(cè)。小車上電

3、后自動(dòng)前行，當(dāng)前方有障礙物時(shí)，反射回來的紅外信號(hào)被相應(yīng)的傳感器接收到，并傳給檢測(cè)信號(hào)處理電路，相應(yīng)的LED閃爍，信號(hào)處理電路輸出動(dòng)作信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，與之相應(yīng)的電機(jī)因被反射紅外信號(hào)的強(qiáng)弱，實(shí)現(xiàn)停車或倒轉(zhuǎn)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整了小車的行進(jìn)方向，實(shí)現(xiàn)避障的目的。作為真?zhèn)€小車的核心部分控制電路，我們采用了模塊化方式來處理。電路主板包含以下幾個(gè)模塊：電源模塊 將外部電壓轉(zhuǎn)化為+5V工作電壓;信號(hào)處理模塊 對(duì)檢測(cè)信號(hào)的處理，輸出動(dòng)作信號(hào)；紅外模塊 發(fā)射接收紅外波，輸出檢測(cè)信號(hào)；方波發(fā)生模塊 輸出38KHz方形波；驅(qū)動(dòng)模塊 驅(qū)動(dòng)電機(jī)。模擬的避障原理圖 本體機(jī)械布置圖 本體機(jī)械布置圖 由于在設(shè)計(jì)小車時(shí)，做了如下

4、的布局：電路部分實(shí)現(xiàn)電路功能模塊化，整個(gè)電路由五個(gè)模塊組成，便于快速檢測(cè)、維護(hù)和升級(jí)。功能電路沒有使用微型單片計(jì)算機(jī)作為控制器，而采用了集成電路作為功能電路的核心，從而實(shí)現(xiàn)了用簡(jiǎn)單的邏輯電路完成復(fù)雜的功能，具有精度高、速度快的優(yōu)點(diǎn)。用紅外發(fā)射接收傳感器取代了微動(dòng)開關(guān)，使其壁障能力大大增強(qiáng)。小車的前視距離可以調(diào)節(jié)。小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源與功能電路電源相互獨(dú)立，可以通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓的方式改變小車的運(yùn)行速度。車體部分采用圓形底盤，便于壁障。采用雙輪行走，便于迅速轉(zhuǎn)向。所以，小車動(dòng)作靈活，可以及時(shí)規(guī)避障礙物?，F(xiàn)有的避障小車的傳感器大致有微動(dòng)開關(guān)、超聲波傳感器等，而我們的小車采用了紅外傳感器，性能和超聲波傳感

5、器相當(dāng)，但成本遠(yuǎn)低于上述傳感。功能電路采用了簡(jiǎn)單的cmos電路，不存在微控制器，所以不存在算法問題，而且識(shí)別準(zhǔn)確度高、度快、而且成本極低。圓形底盤有助于壁障和移動(dòng)。整體上來說，我們的小車采用比較簡(jiǎn)單的邏輯電路實(shí)現(xiàn)了高精度、快速壁障的功能。以往的同類產(chǎn)品相比，我們采用了新穎的電路、底盤設(shè)計(jì)，便于技術(shù)推廣。該產(chǎn)品采用了新穎的電路、底盤設(shè)計(jì)，可以有效地對(duì)前方的障礙物進(jìn)行檢測(cè)、規(guī)避，速度快、精度高，而且整體成本極低（約在10元左右），便于實(shí)際應(yīng)用。應(yīng)用范圍廣，配合無線視頻、音頻傳感器可以對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)，例如反恐現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境探測(cè)、有害毒氣泄露場(chǎng)所、野外監(jiān)測(cè)等。也可用于教育、娛樂等，由于采用模塊化便于升級(jí)，可以