智能避障循迹消毒车的设计

智能避障循迹消毒车的设计

郭天赐 王俊伟 孙文

（宿州学院 机械与电子工程学院，安徽 宿州 234000 ）

【摘要】

HC_SR04超声波传感器采用I/O触发测距,触发信号输入端(Trig)输入一个10微秒以上的高电平信号,超声发送口收到信号自动发送8个40Hz方波,同时启动定时器,待传感器接收到回波则停止计时并输出回响信号,回响信号脉冲宽度与所测距离正比.根据时间间隔可以计算距离,公式为“距离=(高电平时间*声速)/2”，通过计算障碍物与小车的距离，绕过障碍物继续运行。

【关键词】HC_SR04超声波传感器；TCRT5000传感器；STC12单片机

1 设计背景及意义

2020年年初，一场突如其来的新冠肺炎疫情席卷而来，随之带来的不仅有恐慌，还有人们对于公共卫生的重视。对于公共区域的定时消毒消杀工作，如利用人工去消毒消杀，不仅效率低下，费时费力 ，而且在疫情等特殊情况下，接触人群复杂，人口密集，交叉感染概率增大；因此，开发一种结构简单，适用范围广，功能齐全，便捷，高效的智能避障寻迹消毒车是有必要的。

设计一种新型的智能消毒车，其可以运用于医院等传染源比较高的这些工作区域的消毒消杀工作或者学校和车站等人口密度较大的区域，还可以运用于商场等人流量较大且人员复杂的场合。而且智能消毒车扩展空间大，如加以改进，可用于军事危险区域的消杀、化学危险物泄露的处理、危险场合的检测等。智能消毒车的实用范围广，小巧、灵活、便捷，有一定的发展前景

2 HC_SR04超声波简介

2.1 HC_SR04超声波传感器的工作原理

本模块使用方法简单,一个控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离.如此不断的周期测,即可以达到你移动测量的值

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即：s=340m/s× t / 2 。

2.2 HC_SR04超声波模块原理图

图一：HC_SR04超声波原理图

3 系统硬件设计

3.STCC2单片机

主控电路采用STC12单片机作为主控模块，采用USB接口线5V电源供电:电脑、充电宝、电池接口等均能满足设计电源的需求。该单片机具备32个I\O端口，每个I/0口驱动能力口等均能满足设计电源的需求。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC12为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

3.2 电源模块

整个电路采用7.2V镉镍电池供电，镉镍电池的7.2V电流经芯片TPS7350，把7.2V直流电压转 换成5V，给STC12芯片供电，整个转压电路加入10uf钽电容和104电容进行滤波处理，过滤那些杂波，使得供电的电压更加的稳定。得到的5V电压经过TPS7335芯片，将5V转化为3.3V电压，给单片机与传感器供电

图二：供电模块

3.3 TCRT5000传感器

在本项目中使用TCRT5000传感器发射管一直在发射红外光，当前面的障碍物越近，反射回来的红外光越强，红外接收管的EC电压越接近0V，那么绿色指示灯亮。在实际使用中红外接收管工作在放大区，也就是说C点的电压在不断的变化。所以我们通过调节电压比较器的电压来改变灵敏度使指示二极管一直处于熄灭状态;当被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，红外接收管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮。使小车按照指定路线运行。

4 系统框图和程序框图

4．1 系统框图

智能避障循迹消毒车，由STC12单片机接受并且处理由HC_SR04超声波与TCRT5000传感器发送接受的信号，及时处理在道路上所遇到的各种情况。下图是整个系统的流程图。

图三： 系统结构图

4.2 程序

本设计将程序分为两个部分，HC_SR04传感器的检测障碍物的距离和TCRT5000发射红外线判断循迹中线，通过电机轮子差速控制车模的前进，后退，左转，右转等指令

整个程序是在KEIL5的环境下编写，调用的头文件，将程序的整体模块化，可以更好的对程序进行改动和优化，对一些寄存器进行初始化PSW = 0x00;PCON = 0x00;IP = 0x00;IE = 0x00; 然后对所需的定时器中断进行配置，最后把IIC的通信完成，将上面的综合运用在一起，即可完成避障循迹消毒车项目的设计[1]。

附录部分程序源码

if(CSB_TIME<500)

{

retreat();

delay(30);

stop();// 右侧

dj(1);

CSB_TIME=csb();

Timer_Init();// 左测(左转3测)

left();

dj(3);

CSB_TIME2=csb();

Timer_Init();

right();//对比直行

}

5． 器件安装与调试

5.1 元器件的安装

1.检测元件

根据我们项目的要求，提前购买我们所需要的电子元器件，所需的各类模块、电阻、电容，均需要一一检测其好坏，用万用表检测所购买的电阻是否合乎我们的要求。

2.电路焊接检测

将自己画好的PCB电路文件送到PCB制作厂家进行制作，最后还需将电路板的线路反复检查，防止VCC和GND的导通或者某些引脚存在虚焊、漏焊的情况。

【参考文献】

1. 王应军、赵晨萍、刘文闯编著普基于AT80C51单片机的智能小车设计.2009

2. 熊有伦主编机器人技术基础 武汉:华中科技大学出版社 2002版

3. 李广弟、朱月秀、冷祖祁编著单片机技术基础 北京:北京航空航天大学出版社2008版

注明 宿州学院省级大学生创新创业训练计划项目资助 项目编号： S202010379157.