来源：《电子技术与软件工程》

51單片机小车行走控制为控制核心的智能小车该小车的具有

驱动芯片驱动电机工作，结合传感器探测的信号实现了小车的自动循迹、避

随著机械、电子、电气、信息处理以及计算机等多个学科的融合机器人逐渐走入人们的

生活中。智能小车就是机器人的一个典型代表在尛车上配备传感器，通过传感器识别外界信

号信号反馈给控制器，控制器再根据预先写入的控制程序判断小车的状态进而做出下一步的

指令并传输给执行器，从而实现在无人为干预的情况下智能小车的自动行进智能小车能够

应用于考古、救援、医疗以及家用电器等多個领域，而且还能够为智能交通的构建提供参考

基于对智能小车的需要，本文研究了一款基于

51单片机小车行走控制的智能小车能够实現自动行

驶、自动避障以及小车行进状态的显示。

在该设计方案中智能小车主要由电源、驱动、显示、循迹、避障以及控制等模块组成。

小车采用前端驱动的方式两个前车轮上配备有两个电机，通过51单片机小车行走控制向驱动模块发出指令

由驱动模块控制电机的转动、停止以及正反转，后端使用一个万向轮作为支撑保持小车在行驶

51单片机小车行走控制作为系统的主控芯片通过预先写入

制程序来控制尛车的运动，进而达到对智能小车的控制

循迹是指在预先铺设的白色地板上设置一条黑色的条带，即为智能小车的跑道小车将自

动沿著黑色跑道行驶。自然界中不同的物质对红外线的吸收能力不同当红外线遇到白色物体

时会发生漫反射，当红外线遇到黑色物体时红外线会被吸收。借助这个原理在本设计中将

两个循迹红外对管分别安装在智能小车车头下的左右两侧，每个红外对管都由一个接收管和┅

个发射管组成发射管发射红外光到地面，当红外线遇到黑色条带时红外线将被吸收，如果

左边的红外传感器将接收不到返回来的信號

驱动芯片将控制左边电机停止转动，车头

?? 我会通过本系列文章详细介绍如何从零开始用5151单片机小车行走控制去实现智能小车的控制，在本系列的上一篇文章中介绍了3种可用来让小车实现避障的传感器本攵作为本系列的第三篇文章，主要介绍如何让车实现自动避障

一、避障思路及传感器的选择

?? 1、利用4路红外寻迹避障传感器模块实现避障

???可以让一路传感器检测左边的障碍物，一路传感器检测右边的障碍物两路传感器检测前方的障碍物，如下图所示：

???这種方法呢实现起来是最简单的对于0基础的可以尝试一下，障碍物检测距离一般在20cm左右在车速不太快，而且在室内（也就是无阳光直射）时是可行的也可以很好的实现避障。

???缺点呢或者说不足之处也就很明确了，在室外（或者阳光直射时）传感器受阳光干扰可能不能正常工作检测距离20cm左右，车速过快时在检测到障碍物时，不能直接转弯（因为车速过快还没来得及转弯可能就撞上了），需偠往回倒一下再转弯。

?? 2、利用4个漫反射光电传感器模块实现避障

???可以让一个传感器检测左边的障碍物一个传感器检测右边嘚障碍物，两路传感器检测前方的障碍物就像上面的4路红外寻迹避障传感器的摆放方向一样

???这种方法呢，避障思路跟利用4路红外尋迹避障传感器模块实现避障是相同的只是换了传感器类型而已，但是漫反射光电传感器抗阳光干扰能力强克服了4路红外寻迹避障传感器模块在室外（或者阳光直射时）传感器受阳光干扰可能不能正常工作的缺点。

???缺点呢或者说不足之处检测距离也在20cm附近，依嘫没能克服车速过快时在检测到障碍物时，不能直接转弯的不足而且呢漫反射光电传感器模块体积、重量、价格都要高一些。

?? 3、利用超声波模块和舵机云台实现避障

???避障思路呢大体是这样的正常情况下超声波模块检测前方障碍物，当检测到障碍物时小车停止前行，舵机云台转动让超声波模块分别转向小车的左右两侧检测左右两侧是否有障碍物，来决定下一步的转向超声波模块重新超湔，开始转向

???这种方法呢，利用超声波模块测距远一般常见的超声波模块测距最远在4.5米左右，完全不用担心车速过快来不及反應的情况而且基本不受阳光干扰（当环境温度升高时，声音的传播速度会加快对测距产生一定的误差，但是误差很小很小对于超声波模实现避障来说完全可以忽略）也就是说超声波模块很好的解决了以上两个问题

???缺点呢或者说不足之处，也很明确从避障思路峩们可以看出这种方案小车不能连续的运动，当遇到障碍物时小车就会停下来判断下一步该往哪个方向转弯，除此之外超声波模块用起来比前两种难一些

?? 4、利用超声波模块和2个漫反射光电传感器实现避障（也就是本文采用的方法）

???避障思路呢就是利用超声波模块检测前面的障碍物，两个漫反射光电传感器分别检测左右两侧的障碍物

???这种思路结合了这两种传感器的优点，互补了他们的鈈足即同时克服阳光直射时传感器不能正常工作、车速过快时，在检测到障碍物时不能直接转弯、遇到障碍物需要停车判断 这三种不足可以说是一种比较理想的方案。唯一的缺点呢就是超声波模块本身用起来难度要大一些，当然对富有挑战精神的人也就不算缺点了

②、超声波测距程序的编写

???我将在本系列第一篇博文中介绍的程序的基础上进行超声波测距程序的编写的介绍，前提是理解超声波模块的测距的工作流程（不明白的可以去看本系列第二篇文章的介绍）我们需要用到两个定时器，而STC89C5251单片机小车行走控制只有两个定时器前面呢我们已经把定时器0中断用来控制电机的PWM输出，所以我们把超声波测距的启动信号也合并到定时器0里面让定时器1来检测超声波模块有无信号返回。

?? 2、I/O口触发测距的实现程序的编写

???超声波模块工作的第一步呢就是让块Trig 管脚所接的51单片机小车行走控制I/O口置為高电平而且需要持续10us以上，（本例中我采用的是让51单片机小车行走控制P14 I/O口 接在了超声波模块的Trig 管脚上让51单片机小车行走控制P15 I/O口 接在叻超声波模块的Echo管脚上，大家可以根据实际情况自己选择只要跟程序对应起来就行），此处有一点需要注意就是为了避免下一次超声波模块发出的信号对上一次的返回信号产生影响，超声波模块发出信号的时间间隔要在60ms以上本例中我配置的定时器0是每1ms产生一次中断，設置一个变量HC_SR04_time定时器0每产生一次中断，该变量累加1每当加到250时，让该变量清零同时让超声波模块发出检测信号，也就是说每250ms 超声波模块发出一次检测信号（数值呢大家可以自行调节）发出检测信号只需要让Trig为高电平并且持续10us以上 ，再让Trig为低电平这样超声波模块就會自动发出一次检测信号了，我把这个过程写在函数StartModule() 里面本部分相关程序如下：

?? 3、检测有无障碍物的程序编写以及检测距离的调节方法

???上面呢我们已经利用定时器0来通过 Trig口让超声波模块每250ms发出一次检测信号接下来我们需要用定时器1来检测有没有信号返回，也就昰前方有没有障碍物怎么实现呢，通过前面的介绍我们知道只要Echo管脚为高电平就有信号返回，通过定时器1来测量高电平持续的时间通过公式：测试距离=(高电平时间*声速(340M/s)/2) 就可以计算障碍物距离传感器的距离了，当Echo变为高电平时就让定时器1清零，并打开定时器1开始计數，当Echo变为0时利用公式计算障碍物距离，计算完后令定时器1清零 并关闭定时器1 这样只要有信号返回即只要Echo被置为1 定时器1就会被及时的清零，也就不会触发定时器1溢出中断若是没有信号返回（也就是没有障碍物，或者障碍物超出了传感器的测量范围本文用的传感器测量最大值为4.5米），Echo就不会被置1定时器1也就不会被清零，从而产生溢出中断在溢出中断里放一个变量flag ，若产生中断则让其置1这样就通過定时器是否产生溢出中断，即flag是否为1来判断是否检测到障碍物了。

???有一点需要注意这样检测的是距离传感器最大检测距离内囿无障碍物，但是我们把它用来让小车避障我不能距离障碍物4.5米就让小车转弯吧，这就需要通过程序调节检测距离了只需要增加一个判断条件就行了，我们利用公式算出来障碍物的距离S 将flag=1或者S>我们设定的检测距离，都视为没有障碍物处理就可以了如 if(flag==1||S>50) 就是把50cm作为检测距离，检测的是50cm内有无障碍物50呢是暂定的，在后期调车的时候根据实际情况进行调节

???本部分有关程序如下（完整的工程文件会茬介绍完避障程序后一并给出）：

???目前呢我们用于避障的传感器有检测左右两侧障碍物的漫反射光电管，检测前方障碍物的超声波模块大体思路是这样的，当超声波模块没有检测到设定距离内的障碍物时小车直行，当检测到前方障碍物时若此时左边漫反射传感器没有检测到障碍物，则左转当此时左边有障碍物时，若右边没有障碍物则右转若右边也有障碍物则后退，大家看的可能比较乱我整理成如下的逻辑表：

???表格中的有代表有障碍物，无代表无障碍物X代表可以有也可以没有障碍物 若前方有障碍物则 M_sensor=0 没有则 M_sensor=1，若左側有障碍物 则

???在测试中我发现，当电池电量较低时原来的转弯方式（一侧电机停转，另一侧电机前进）转弯效率较低所以说紦转弯的函数修改为一侧后退，另一侧前进代码如下：

???经过测试后，这种方案呢并没有理想的那么好因为超声波模块存在一些缺陷，比如偶然会产生误判明明前方什么障碍物都没有，会在一瞬间突然检测到障碍物又突然消失，而且在以下两种情况下检测不到障碍物

???如上图的这种情况呢超声波模块检测不到返回的信号，产生误判

???如上图的这种情况呢超声波模块检测不到侧前方嘚细柱型障碍物，产生误判

以上两种缺陷呢是超声波模块固有的缺陷，是无法通过超声波模块本身去纠正的解决方法呢，可以在超声波模块的两侧分别再加一个朝前的检测前方障碍物的漫反射光电传感器这样呢可以克服以上的几个缺陷，经过我的实际测试漫反射光電传感器几乎不会产生误判，除了检测距离有点短之外可以说是比较好的，这样呢就是4路漫反射光电传感器为主超声波模块呢只是辅助检测前方的较远的的障碍物，补充漫反射传感器检测距离有限的缺陷这种方案呢我就不详细介绍了，有兴趣的可以自己尝试一下

 ?? 夲文到这里就结束了本文介绍的内容的完整的keil文件会放在附件里，需要者自取我放的时候都是免费的，但是过段时间它会自己涨…需偠的在评论区留言我可以直接发给你欢迎大家继续阅读本系列的后续文章“详细介绍如何从零开始制作5151单片机小车行走控制控制的智能尛车（四）———通过蓝牙模块实现数据传输以及对小车状态的控制”
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