基于51单片机的小车避障电路实现

・电气技术与自动化・　　　　　孙贤安,等・基于51单片机的小车避障电路实现

基于51单片机的小车避障电路实现

孙贤安,陈　南,王金湘

(东南大学机械工程系,江苏南京210096)

摘　要:随着汽车工业的发展,汽车本身的安全性和智能性日益得到重视。目前,国内外已经

有了很多有关汽车自适应驾驶的理论和实验。汽车的紧急避障是由计算机模拟驾驶员的主动控制过程,以汽车为控制对象进行实时信号采集、分析和处理,在紧急情况下可代替驾驶员的驾驶操作。现介绍模型小车自适应行驶和避障的一个实例,通过超声波传感器感知车辆行驶环境,实现小车的自适应巡航、避障等功能。关键词:自动避障;自适应驾驶;避障电路中图分类号:U47111;TP273+12　文献标识码:A　文章编号:167125276(2005)0520076203

TheAchievementoftheVehicleAvoidingObstacle’s

CircuitBasedonMicrocontroller51

SUNXian2an,CHENNan,WANGJin2xiang(TheDepartmentofMechanicalEngineeringofSoutheastUniversity,JSNanjing210096,China)Abstract:Inpacewithdevelopmentoftheautomobileindustryinourcountry,theautomobiles’safetyandintelligencebecomemoreandmoreimportant.Nowadays,themethodsandexperimentsofautodrivehavebeenstudiedindomes2ticandinternational.Theemergencylane2changemaneuversofvehiclesmaybehandledthroghaprocessofdisposingmessagebycomputerautomatically,asgoodasadriver.Ittakesthevehiclesasthecarriertocontrolobjectsanddealwiththemessageatrealtime.Whenemergencysituationappears,itreplacesthedrivertoavoidmanualmistakes.Thetextintroducesacaseofamodelcaravoidingtheobstacleitself.Themodelcanperceivetheinformationofthefrontroadbythewavesoastocruiseandevadetheobstacle.

Keywords:emergencylane2changemaneuvers;driveautomatically;theobstacleavoidancecircuit

0　前言

随着汽车的自动化、智能化程度的提高,新一代智能汽车的研发在国内外受到越来越多的重视。目前,国内比较先进的智能车辆通过观测前方的路况,将路面信息输入到车内的电脑中,通过计算机控制方向盘的运动,实现自动避障。

智能车辆的速度,关键在于它的控制技术,这就涉及到它的避障算法。一个好的控制算法如同一个有经验的司机,控制汽车运行。

本文首先叙述模型小车避障原理及控制电路设计;其次通过真车的有关数据分析整车模型,得出安全避障距离与行驶速度的关系;再简要说明笔者设计的智能避障小车的实现方案;最后展望智能汽车在今后汽车行业的发展前景。

碍物之间距离:超声波在空气中的传播速度约为340m/s,发射超声波到接收反射波之间的间隔时间为t,则可以算出波源与障碍物之间距离s=340t/2。

超声波发射端在单片机和前置电路的驱动下工作,接收端的信号放大、整形后在单片机的中断口产生中断,通过发射和接收的时间差计算出小车与障碍物的相对距离,再由单片机实现避障算法,作出判断决策,发出相应的控制指令,然后通过外围硬件电路实现PWM调速和转向操纵,从而实现模型小车的主动避障。

小车避障原理图:

1　小车避障原理

超声波测距原理。检测超声波向某一方向发射遇到障碍物后反射的回波,从而测出超声波波源与障

超声波接收端工作电路原理图:

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　　超声波探头接收到的信号经过放大、滤波及整波处理,输入到单片机中断口。

2　模型小车工作原理

车辆行驶速度越快,安全避障距离越长[1],可将此关系用于避障小车算法设计中。实验使用的模型小车有两个电动机。其中一个小电动机控制前轮转向,给电动机加正反相电压,实现前轮的左右转向;另一电动机控制后轮产生驱动力,加正反相电压使小车前进或后退。控制转向电动

机需要较小驱动力,经过实验,选L293B作为驱动芯片;后轮电动机的驱动,选驱动能力更强的L298N,考虑到小车行驶中过程负载较大,峰值电流超过1A,导致L298N发热较大,故需给芯片添加散热片,以防止烧坏芯片。为了优化控制性能,采用PWM脉宽调速。选用TLC7226将单片机的数字信号进行数/模转换产生模拟电压,控制555生成占空比可调的脉冲,从而控制L293B与L298N进行脉宽调速。

下面是L293B,L298N,TLC7226和LM555的电路原理图:

MachineBuilding&Automation,Oct2005,34(5):76～78

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・电气技术与自动化・　　　　　孙贤安,等・基于51单片机的小车避障电路实现小车避障工作过程:

采用有8KEEPROM的ATS52单片机。首先,单片机产生脉冲信号,经过前置电路驱动小车前方的一个探头不断向前方发射超声波,超声波遇到障碍物后反射的回波信号经过放大、整形电路反馈到单片机的两个中断口中去,控制单片机的后续工作。其次,单片机根据中断口输入的信息,通过避障算法,将不同的信息输入到TLC7226,以驱动三个LM555。最后,再由三个LM555输出不同的信息,控制L293B与L298N,从而实现前轮的转向与后轮的驱动问题。

下面的流程图描述避障小车工作的总体过程:

andControl.

[2]杨志刚主编.Protel99se电子原理图设计技术[M].西安:西

北工业大学出版社,20011

[3]吴斌方,刘　民,熊海斌.超声波测距传感器的研制[J].湖北

工程院学报,2004,19(6)1

[4]景旭文,李家宝,葛鸿翰.超声波测距的研究[J].华东船舶工

业学院学报,1994,8(1).收稿日期:2005209208

(上接第75页)

原理试验波形如图5所示。在输出滤波电感电流过零点附近,输出电压波形存在畸变,这是由周波变换器引入了电流极性选择信号所导致。试验结果证实了这类逆变器的可行性。

小车避障工作流程图3　适用领域

设计的控制电路,结合相应的算法,可实现紧急制动和自适应巡航等功能。较传统的汽车,该设计思路有很多的优势,且应用广泛。

a)极端环境下的主动安全:如超出驾驶员反映极限,车辆失稳等情况下实现自主安全控制,还可应用在盲人用车上;

b)规范道路条件下实现自适应巡航;

c)如果适当的降低成本,将小车避障技术应用到玩具小车市场中,势必会引起玩具小车市场的一次变革。

图5　原理试验波形

4　结论

a)高频脉冲交流环节逆变器拓扑族,包括推

挽全波式等六种电路;

b)借助周波变换器换流重叠和输出滤波电感电流极性选择,双极性移相控制策略实现了变压器漏感能量和滤波电感电流的自然换流,解决了固有的电压过冲和环流现象,实现了逆变桥ZVS开关和周波变换器ZCS开关;

c)仿真与原理试验结果均证实了这种移相控制策略的可行性和理论分析的正确性。

参考文献:

[1]YamatoI,etal1NewconversionsystemforUPSusinghighfre2

quencylink[J]1IEEEPESC,1988:65826631

[2]YamatoI,etal1HighfrequencylinkDC/ACconverterforUPS

withanewvoltageclamper[J]1IEEEPESC,1990:74927561

4　小结

本文简述了小车避障电路原理和实现。目前,该避障小车在行驶过程中感知路面障碍物的距离的分辨率不高。笔者希望通过这篇文章能和广大读者进行交流,力求优化避障小车的各项功能,使小车紧急避障和自适应巡航在汽车领域得到广泛运用。

参考文献:

[1]ZviShiller.Emergencylane2changemaneuversofautonomousve2

hicles[J].ASMEJournalofDynamicsSystems,Measurement,

收稿日期:2005208220

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