一种基于跑道的自动避障智能车的制作方法

本实用新型涉及红外探测识别技术、单片机控制技术和人工智能技术，具体地涉及自动避障智能车。

背景技术：

目前随着计算机、微电子技术的快速发展，智能化技术的发展速度越来越快，智能化程度也越来越高，应用的范围也得到了极大的扩展。智能车系统以迅猛发展的汽车电子技术为背景，涵盖了电子、计算机、机械、传感技术等多个学科。同时，当今机器人技术的发展日新月异，其应用于考古、探测、国防等众多领域。无人飞船、外星探测、智能化生产等等无不得益于机器人技术的发展。但是目前智能车普遍费用较高，小型化、灵活化的自动避障智能车更是缺少。

技术实现要素：

本实用新型目的在于实现一种基于红外传感部件、微控制单元芯片和车体驱动电机的基于跑道的自动避障智能车。

一种基于跑道的自动避障智能车，包括智能车体、红外传感部件、微控制单元芯片、车体驱动电机、稳压芯片以及电源，红外传感部件、微控制单元芯片、车体驱动电机、稳压芯片以及电源均设置于智能车车体上，红外传感部件经过微控制单元芯片连接到车体驱动电机，电源为锂电池，电源经过稳压芯片后为红外传感部件、微控制单元芯片以及车体驱动电机供电，红外传感部件包括八个漫反射式红外光电传感器，八个红外光电传感器分别安装在智能车车体的不同位置，其中，1号、2号、3号、4号、5号以及6号红外光电传感器设置于车体的上部，1号红外光电传感器以及2号红外光电传感器并列位于车体前部并伸出车体外，位于1号红外光电传感器与2号红外光电传感器之间的3号红外光电传感器设置于车体前部，3号红外光电传感器经支架支起距车体3cm至6cm高度，并向车体前部倾斜延伸出车体外，4号红外光电传感器、5号红外光电传感器以及6号红外光电传感器沿着车体前部、中部以及尾部依次设置在车体的第一侧部并延伸出车体的第一侧部外，5号红外光电传感器、4号红外光电传感器以及6号红外光电传感器距车体的高度依次变大，5号红外光电传感器、4号红外光电传感器以及6号红外光电传感器延伸出车体第一侧部的水平距离依次变大，7号红外光电传感器位于车体底部并延伸出车体的第二侧部，8号红外光电传感器设置于车体底部，8号红外光电传感器向车体第一侧部倾斜并延伸出车体前部，相对于智能车前进方向而言，第一侧部为智能车车体的左边侧部，第二侧部为智能车车体右边侧部。

进一步的，微控制单元芯片为51单片机微控制单元芯片。

进一步的，稳压芯片采用LM2596稳压芯片，在LM2596稳压芯片上设置有散热片，电源经过稳压芯片后能够连续的稳定的输出5V电压。

进一步的，车体驱动电机采用直流强磁电机。

进一步的，车体驱动电机的驱动电路采用双H桥电路。

进一步的，能够在智能车上加装摄像头作为传感器，以探测跑道线以及红绿灯。

进一步的，能够在智能车上设置蓝牙部件，将跑道数据实时传输给智能终端。

实用新型的有益效果是：上述基于跑道的自动避障智能车，红外传感部件用于探测外部行驶环境，当探测到外部行驶环境出现障碍物时，将障碍物信息传送给微控制单元(MCU，Micro Control Unit)芯片，微控制单元芯片接收位于车体不同位置处的红外光电传感器传回的障碍物信息，经过分析后发送控制命令到车体驱动电机，车体驱动电机接收控制命令后实施相应驱动，实现车的正常运行。由此能够对智能车的运行状态进行实时控制，灵活、可靠、精度高，且可满足对系统的各项要求。可以仿真无人智能车的运行效果，而且可编程性强，也有利于后期添加其他部件易于性能的改进。

附图说明

图1为本实用新型涉及的智能车上红外光电传感器的分布的俯视示意图。

图2为本实用新型涉及的智能车上红外光电传感器的分布的正视示意图。

图3为本实用新型涉及的双H桥电机驱动电路图。

图4为本实用新型涉及的稳压芯片的工作电路图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的红外智能避障车详细描述。

本实用新型的基于跑道的自动避障智能车，包括智能车体、红外传感部件、微控制单元芯片、车体驱动电机、稳压芯片以及电源，红外传感部件、微控制单元芯片、车体驱动电机、稳压芯片以及电源均设置于智能车车体上，红外传感部件经过微控制单元芯片连接到车体驱动电机，电源为锂电池，电源经过稳压芯片后为红外传感部件、微控制单元芯片以及车体驱动电机供电。

如图1-2所示，在本实施例中红外传感部件由八个E18-D80NK漫反射式红外光电传感器组成，八个红外光电传感器分别安装在智能车车体的不同位置，其中，红外光电传感器1、2、3、4、5以及6设置于车体的上部，红外光电传感器7以及红外光电传感器8设置于车体底部。红外光电传感器1以及红外光电传感器2并列位于车体前部并伸出车体外，位于红外光电传感器1与红外光电传感器2之间的红外光电传感器3设置于车体前部，红外光电传感器3经支架支起距车体3cm至6cm高度，并向车体前部倾斜延伸出车体外，红外光电传感器4、红外光电传感器5以及红外光电传感器6沿着车体前部、中部以及尾部依次设置并延伸出车体的第一侧部外，红外光电传感器5、红外光电传感器4以及红外光电传感器6距车体的高度依次变大，红外光电传感器5、红外光电传感器4以及红外光电传感器6延伸出车体第一侧部的水平距离依次变大，红外光电传感器7位于车体底部并延伸出车体的第二侧部，红外光电传感器8设置于车体底部，红外光电传感器8向车体第一侧部倾斜并延伸出车体前部，相对于智能车前进方向而言，第一侧部为智能车车体的左边侧部，第二侧部为智能车车体右边侧部。其中，红外传感器1,2,3所在的一侧为车体前进方向的前部。

红外光电传感器能够同时发射并且接收反射回来的红外信号。当红外光电传感器前方有障碍物时，发出的红外光会被反射回来并被传感器接收，当红外光电传感器接收到反射回来的红外光时，红外光电传感器将产生高电平信号并且将此高电平信号传递给单片机控制系统。

红外传感部件用于探测外部行驶环境，当探测到外部行驶环境出现障碍物时，将障碍物信息传送给微控制单元芯片，微控制单元芯片接收红外传感部件传回的障碍物信息，经过分析后发送控制命令到车体驱动电机，车体驱动电机接收控制命令后实施相应驱动，实现智能车的正常运行。

上述的障碍物信息可以指车辆或者其他的妨碍正常行驶的物体。

下面结合图1-2进一步解释基于跑道的自动避障智能车的工作原理：

以下描述的车体转向以及车体左侧、右侧均是相对于智能车车体前进方向限定的。

该实施例是以智能车在跑道上行驶时的情形，对于其他的情形智能车也可以行驶。其中，用于智能车行驶的跑道设置为距离地面的高度为20-30厘米。

基于跑道的自动避障智能车的整个行驶过程中，红外光电传感器1-6持续处于检测状态，红外光电传感器7，8基于红外光电传感器3的检测情况确定是否被启用。

当自动避障智能车是位于普通的道路上行驶时，可以将红外光电传感器3关闭，而将红外光电传感器7，8设置为持续检测状态。

下面以智能车位于跑道上行驶时为例对其工作原理进行介绍。

智能车的起跑线位于跑道上，当智能车开始行驶后，红外光电传感器1与红外光电传感器2位于智能车车体的前部，即红外光电传感器1与红外光电传感器2位于车头位置处。红外光电传感器1与红外光电传感器2用于探测智能车正前方的障碍物。红外光电传感器3用于探测智能车是否偏离跑道，具体探测原理是：红外光电传感器3位于智能车车体前部经支架支起距车体3-6cm高度，并向车体前部倾斜延伸出车体外，红外光电传感器3可以探测20厘米以内的物体，当智能车未偏离跑道时，红外光电传感器3发出的红外光照射到跑道上可以返回相应的红外信号，当红外光电传感器3发出的红外光偏离出跑道(此时无法探测到地面)而无法探测到物体时，即没有相应的红外信号返回时，说明此时智能车偏离跑道。通过红外光电传感器3探测得知智能车未偏离跑道时，不启用红外光电传感器7,8，智能车正常行驶。

智能车正常行驶时，红外光电传感器1与红外光电传感器2用于探测智能车正前方的障碍物。当红外光电传感器1探测到障碍物且红外光电传感器2未探测到障碍物时，车体向左转向20-40度，优选转向30度；当红外光电传感器2探测到障碍物且红外光电传感器1未探测到障碍物时，车向右转向20-40度，优选转向30度。当红外光电传感器1，2同时探测到障碍物时，智能车进行向右微调5-15度，优选调整10度，然后重复上面的循环。当红外光电传感器1,2都未探测到障碍物时可以判断智能车正前方没有障碍物，正常行驶。

当红外光电传感器3未探测到跑道，即无相应的红外信号返回时，此时智能车偏离跑道需要通过启动红外光电传感器7,8调整智能车转向，位于车体底部并延伸出车体的右侧的红外光电传感器7用于探测车体右侧障碍物，位于车体底部并向车体左侧倾斜并延伸出车体前部的红外光电传感器8用于探测车身左侧障碍物。当红外光电传感器7探测到障碍物且红外光电传感器8未探测到障碍物时，智能车车体向左转60-120度，优选左转90度。当红外光电传感器8探测到障碍物且红外光电传感器7未探测到障碍物时，智能车车体向右转60-120度，优选右转90度。当红外光电传感器7,8两者都未探测到障碍物时，智能车降低车速向右微调5-15度，优选向右调整10度，重复上述操作。当红外光电传感器7,8都探测到障碍物时，智能车停车。

红外光电传感器4,5,6用于探测智能车跑道的左侧面边缘的障碍物信息，使智能车能够靠近跑道的左侧面边缘行驶。相对于智能车车体的前进方向，红外光电传感器5,4,6依次伸出车体左侧。红外光电传感器4，5，6探测智能车是否偏离跑道的原理与红外光电传感器3的工作原理相同。为了便于在同一侧设置多个传感器，从而将红外光电传感器5、红外光电传感器4以及红外光电传感器6距离车体的高度设置为依次增大，在一个实施例中设置红外光电传感器5的探测距离为11厘米，距离跑道的距离为8厘米；红外光电传感器4的探测距离为15厘米，距离跑道的距离为13厘米；红外光电传感器6的探测距离为24厘米，距离跑道的距离为21厘米，从而保证红外光电传感器5,4,6可以探测到跑道，而无法探测到地面，即保证偏离跑道时无相应的红外信号返回，可以更加准确的探测探测智能车是否偏离跑道。

由于红外光电传感器5、红外光电传感器4以及红外光电传感器6延伸出车体左侧的水平距离依次变大，则当红外光电传感器4探测到跑道，而红外光电传感器6未探测到跑道时，说明智能车未偏离跑道，智能车正常行驶；当红外光电传感器5未探测到跑道时，说明智能车向左偏离跑道，智能车进行向右微调5-15度，优选调整10度；当红外光电传感器6探测到跑道时，说明智能车向右偏移，智能车向左微调5-15度，优选调整10度。

在另外一个实施例中，红外光电传感器5,4,6可以设置于车体的右侧，其中，红外光电传感器5、红外光电传感器4以及红外光电传感器6延伸出车体右侧的水平距离依次变大，并且红外光电传感器5、红外光电传感器4以及红外光电传感器6距离车体的高度依次增大。相应的工作原理与红外光电传感器5,4,6可以设置于车体的左侧相同，在此不再赘述。

车体驱动电机采用的是市面上普遍使用的L298n双H桥电机驱动芯片，其中每个H桥可以提供2A的电流，使用该芯片能提供足够电路驱动减速马达。能够分别控制两个减速电机的转动方向以及转动速度。采用370电机作为动力，采用强磁电机驱动370电机，较市面电机，最大的优势，在同转速输出的情况下，扭矩大。

本实用新型的稳压芯片使用LM2596稳压芯片，LM2596系列是德州仪器(TI)生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，LM2596支持输出可调，在输入40V时，输出可连续调整为0～37V。车体驱动电机的电路原理如下图3所示，经过焊接后装到智能车上，在车体驱动电机的驱动芯片上设置有散热片，以保证驱动芯片正常工作。

本实用新型的智能车使用+5v电源给单片机和红外传感器供电。稳压芯片的工作电路图如图4所示。本实用新型所有芯片都需要+5V的工作电压，而干电池只能提供的电压为1.5V的倍数的电压，并且随着使用时间的延长，其电压会逐渐下降，而且干电池不能循环使用，造成不必要的浪费。

红外光电传感器发热数量可以根据需要设置，并不仅仅限定为八个。红外光电传感器能够同时发射并且接收反射回来的红外信号。当传感器接收到反射回来的信号时，传感器将产生高电平信号给单片机控制系统。车体驱动电机由一个双H桥电路一端连接两个电机一端连接单片机。单片机可以分别实现对两个电机的转动方向和速度的控制。稳压系统由LM2596稳压芯片连接变压电路实现，该芯片稳定性好可通过电流高易于更换，可以为驱动系统与单片机更好的供电。本实用新型的电源采用可充电18650锂电池串联的形式，可以循环利用，优选地，可以使用三节锂电池串联为上述智能车供电。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。