本系统的功能为通过传感器对小车行驶的周边环境进行探测，遇到障碍物要进行有效的避障处理，并进行相应的危险状况播报，同时还可以根据预定的进行寻迹行驶等。

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系统总体结构框图如下：

超声波模块采集小车前面障碍物的距离信息；红外传感器采集小车前部下方预设轨迹的变化信息。

STM32主控芯片采集红外传感器及超声波传感器输出的信号，对它们的信息进行融合处理，经过数据分析之后发出相应控制指令传给L298N驱动模块及语音模块，对电机作出相应的驱动处理，对危险信息进行播报，实现对小车行驶的自动控制。

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1 电机驱动模块电路设计

本次设计中的电机驱动芯片选用了L298N，它是一款接受高电压的电机驱动器，直流电机和步进电机都可以驱动。一片驱动芯片可同时控制两个直流减速电机做不同动作，在6V到46V的电压范围内，提供2安培的电流，并且具有过热自断和反馈检测功能。

L298N可对电机进行直接控制，通过主控芯片的I/O输入对其控制电平进行设定，就可为电机进行正转反转驱动，操作简单、稳定性好，可以满足直流电机的大电流驱动条件。

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2 超声波模块电路设计

根据智能小车控制器的避障需求，环境探测传感器应具有精确的探测功能，以获得周边环境的完整信息，同时还要为小车运动提供实时的信息。具有处理速度快，低功耗，容易使用等优点，且不受到外界环境的影响。
6 l& @8 h, o% k0 L# }但也有一些局限：检测角度较小，方向性较差，所以单个超声波模块的准确性并不理想，测量范围存在盲点。在实际开发应用中，会采取一些措施进行补偿处理，然后利用信息汇总技术对准确度进行提高。

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超声波距离测量原理非常简单，一般采用回波时间法，即检测超声波往返所测距离的时间，当发射器发出一个短脉冲时，定时器启动;当接收器接收到返回脉冲时，定时器立即停止。

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此时记录的时间值为D = CT / 2，

D为超声波传感器与测量对象之间的距离，

C为介质中声波的传播速度，

C = 331.4+t273 / 1m / s，

t是摄氏温度，

T是超声波发射回波时间间隔。

理论上，超声波在正常空气中传播速度随着介质温度的升高而有所加快，温度提高了一度，速度提高0.6 m/s左右。

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超声波传感器主要由三部分组成：控制部分，总线部分，超声波发射接收部分。

主控芯片通过I/O口发送信号，通过总线发送到两个发生电路中，控制着两个超声波的发射，然后再由两个信号接收电路对接收超声波信号进行放大，最后通过总线传送到主控芯片的输入端口，然后根据发射接收时间差T，计算出传感器与障碍物之间的距离，最后根据距离对小车的行驶安全性进行判断，并做出相应动作。

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3 语音模块电路设计

本设计中采用的是ISD1820语音模块，它是美国ISD公司于2001年推出的一款单芯片8至20秒单段语音录放电路模块，基本结构与之前的ISD1110和ISD1420原理几乎相同，都是采用了CMOS技术，配置振荡器、滤波器、增益控制、话筒前置放大、扬声驱动及FLASH阵列。

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4 红外模块电路设计

本次选用的红外对管模块适应环境光的能力很强，具有一对发射接收管，发射管发射一定频率的红外线，当检测到黑线时，不能反射回接收管，比较电路处理完后，绿色灯亮，信号输出接口不能输出数字信号。

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可以通过电位器的旋钮调节灵敏度，有效检测距离范围为2到30厘米，正常工作电压为3.3到5V。具有抗干扰，易安装使用等特点，广泛应用于自动避障循迹。

红外模块电路原理如图所示，图中10K限流电阻，不同性能的限流电阻决定了红外发射功率，限流电阻越小，发射功率越大。当光反射回来三极管导通，LM393两个输入端，同相输入端用“+”表示，反相输入端用“-”表示。用于比较两个电压，任一个输入端加一个固定电压做参考电压，即阈值电平。另一端加上比较电压。

当反相输入电压低于同相输入电压时，输出截止。否则输出端饱和，输出接地。只要LM393的两个输入电压差大于10mv，就可以确保输出从现状态可靠转换到另一状态。

使用比较器就可以不用AD转换电路，经过LM393后在主控芯片控制端口产生高电平，从而完成检测的目的。模块的灵敏度可以通过变阻器VR1进行调整。

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5 显示模块电路设计

LCD1602模块的命令操作端有RS、RW和EN，单片机的P2^5、P2^6、P2^7脚分别与之相连。数据端口DB0～DB7分别接在单片机的P0^0～P0^7。为了保持LCD1602液晶具有较高的亮度，一般电路设计中都会将VL端串联一个2K的电阻接地。

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% s3 C* h: U% A* Q0 T6 主程序设计 开始先是对单片机的初始化，其中包括对外部中断初始化和液晶的初始化。然后调用超声波测距子程序，判断前方300mm处是否存在障碍物，如果存在进行避障处理，如果不存在则进行红外对管检测，并做出相应动作。

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' Y$ n5 P& k# x* h7 电机驱动程序设计

开始通过超声波模块和红外模块的检测，判断中断请求,如果没有中断请求则保持原状态，如果有中断请求则调控PWM进行避障或者循迹运动。通过P1^3电平检测，把它赋给temp，根据P1低四位电平，给出相应的驱动电平送到L298N，从而控制小车的直走停止，左右转等动作。

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8 超声波避障程序设计

首先，单片机给超声波模块Trig端发送一个高电平且持续20us，再给Trig端发送一个低电平，启动超声波模块，随即超声波模块会发送8个40KHZ的方波，等待信号返回，如果有信号返回则超声波模块的Echo端输出一个高电平，接收高电平的时间就是超声波从发射到接收的时间。

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测试距离就等于（接收高电平时间*340）/ 2，单位为m。计算出障碍物和智能小车的距离，取前方多个方向的值，然后进行多次采样，以此减小数据误差，最后进行数据处理，通过软件算法判断最优路线，智能小车向目标方向行驶。

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9 语音模块程序设计

它的工作状态和检测障碍存在信号是同步的，当检测到前方存在障碍物，语音模块就会进行障碍信息播报。

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10 红外循迹程序设计

首先对小车状态进行检测，如在轨迹上，则调用直走子程序，即两电机都正转；如偏向轨迹左边，则调用右转子程序，即左电机正转右电机反转；如偏向轨迹右边，调用左转子程序，左电机反转右电机正转；如到轨迹终点，则调用停止子程序，即两电机都不转。

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