基于红外传感器的机器人避障系统设计
《第7课 昂首阔步——红外传感器和机器人的避障行走》作业设计方案-初中信息技术清华大学版2012九年
《昂首阔步——红外传感器和机器人的避障行走》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在帮助学生理解和掌握红外传感器在机器人避障行走中的应用，通过实践操作，提升学生的编程能力和团队协作能力。
二、作业内容1. 制作一个简单的避障机器人模型，包括机器人的基本结构、红外传感器和相关控制线路。
2. 编写程序，使机器人能够根据红外传感器的反馈，自主判断前方障碍物并作出避障行动。
3. 完成作业后，提交一份作业报告，包括机器人的制作过程、编程调试过程以及遇到的问题和解决方法。
三、作业要求1. 确保机器人制作和编程过程符合安全规范，避免意外伤害。
2. 严格按照作业指导书进行操作，确保作业质量。
3. 按时提交作业报告，不得拖延。
4. 鼓励创新，发挥个人特长，展示团队协作能力。
四、作业评价1. 评价标准：* 机器人制作是否正确、美观；* 避障行动是否准确、迅速；* 编程逻辑是否清晰、易懂；* 作业报告是否详实、规范。
2. 评价方式：* 学生自评、互评；* 教师评价（结合实际情况，给予一定的权重）。
五、作业反馈1. 学生提交作业后，教师将及时给予反馈，指出作业中的优点和不足，并提供改进建议。
2. 对于普遍存在的问题，教师将在课堂上进行集中讲解，确保所有学生都能理解和掌握。
3. 对于个别学生的特殊问题，教师将给予针对性的指导，帮助学生解决问题，提高学习效果。
六、拓展与挑战1. 鼓励学生尝试使用不同的红外传感器和传感器组合，探索更多避障策略。
2. 鼓励学生在编程中加入人工智能算法，使机器人能够更加智能地避障。
3. 鼓励学生组成团队，尝试制作更加复杂的机器人，挑战更高的难度。
通过本次作业，学生将能够：1. 理解和掌握红外传感器在机器人避障中的应用；2. 提升编程能力和团队协作能力；3. 培养创新精神和解决问题的能力；4. 为未来的机器人设计和编程打下坚实的基础。
请各位同学认真完成本次作业，相信你们能够通过实践操作，进一步理解和掌握信息技术知识，为未来的科技发展做出贡献。
超声波 红外避障
移动机器人的多传感器测距系统设计一、引言在自主移动机器人的实时避障和路径规划过程中，机器人须依赖于外部环境信息的获取，感知障碍物的存在，测量障碍物的距离。
目前，机器人避障和测距传感器有红外、超声波、激光及视觉传感器。
激光传感器和视觉传感器价格贵，对控制器的要求较高，因而，在移动机器人系统中多采用红外及超声波传感器。
多数系统采用单一传感器进行信息采集，但超声波传感器因为存在测量盲区的问题，测距范围一般在30～300cm之间；而红外测距传感器的探测距离较短，一般在几十厘米之内，它可以在一定程度上弥补超声波传感器近距离无法测量的缺点。
因而，本系统采用多路红外和超声波传感器进行距离信息的测量和采集。
二、测距原理及方法（一）超声波传感器超声波是指谐振频率高于20 Hz的声波，频率越高反射能力越强。
超声波传感器价格低廉，其性能几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰的影响，并且，金属、木材、混凝土、玻璃、橡胶和纸等可以反射近乎100％的超声波，因而，可以用来探测物体。
超声波测距的方法为回声探测法，发射换能器不断发射声脉冲，声波遇到障碍物后反射回来被接收换能器接收，根据声速及时间差计算出障碍物的距离。
距离与声速、时间的关系表示为式中：s为与障碍物间的距离，m; c为声速，m/s；t为第一个回波到达的时刻与发射脉冲时刻的时间差，s。
c与温度有关，空气中声速与温度的关系可表示为式中c为声速，m/s;θ为环境温度，℃。
（二）提高超声波测距精度的方法1．采用合适的频率和波长：使用超声波传感器测距，频率取得太低;外界杂音干扰较多；频率取得太高，在传播过程中衰减较大。
并且，超声波传感器在测量过程中容易产生盲区，接收端易接收到泄漏波。
改善这一缺点，须减少发射波串的长度，增高发射波频率。
但发射波串长度过短会使得发射换能器不能被激振或激振达不到最大值；发射波频率过高则衰减大，作用距离下降、有试验表明：使用40 kHz的超声波，发射脉冲群含有10-20个脉冲，具有较好的传播性能。
昂首阔步——红外传感器和机器人的避障行走课件
步骤7：将机器人的初始转角设置为45°， 并将机器人置于其前方的障碍墙附近，如图 所示，视察显示屏的检测输出结果。
视察红外检测结果，在表中填写红外检测 值。
2、机器人避障 若要使得机器人在一个模拟的房间中行走时不碰 到周围的障碍，可以使用红外传感器不断地获取周围 环境的障碍信息，并根据获得的信息按照一定的策略 采取相应的动作。
昂首阔步——红外传感器 和机器人的避障行走
任务导航
人类的视觉系统是眼睛，而能力风暴机器人 的视觉系统分为两部分，一部分是亮度传感器： 另一部分是红外传感器。
本课，机器人将通过红外传感器获取障碍信 息并对信息进行条件判断，然后根据判断的结果 做出相应的避障动作。
1、机器人的红外检测
能力风暴机器XXX以通过红外传感器获取前方 的障碍信息，并能够根据对障碍信息的判断躲开 障碍。在机器人的左前方和右前方分别有一只红 外发射传感器。
试着在如图0所示的场地中完成机器人“避障寻火” 项目。
提示，可以结合本课与第6课所学的知识完成 此项目。图1给出了解决本问题的程序流程。
谢谢
步骤3：在仿真环境中加载红外检测场地环 境并在场地中设置障碍，如图所示。
步骤4：将机器人置于场地中，然后调试 使其能躲开障碍物机器人。
知识着陆
1、红外传感器像机器人的眼睛，机器人通过 红外传感器获取外界的障碍信息，并通过程序处理 这些信息从而实现躲开障碍或跟踪障碍等动作。
2、红外传感器函数的代码和功能： 格式：ir_detector（）功能：检测红外 传感器接收到的检测值。能力风暴机器XXX以 获得的4种障碍信息的检测值，如表所示。
如图所示，在这两只红外发射传感器的中间有 一只红外接收传感器。当红外发射传感器发射出的 红外信号被前方的障碍物挡住时，就会有信号返回 并被红外接收传感器接收，表示机器人的前面有障 碍；如果红外接收传感器没有接收到信号，表示机 器人的前面没有障碍。
避障机器人的设计
避障机器人的设计随着科技的不断进步，机器人在日常生活中扮演着越来越重要的角色。
其中一种常见的机器人类型是避障机器人，它能够通过感知周围环境，避开障碍物并自主移动。
下面将讨论避障机器人的设计原理和关键技术。
避障机器人的设计原理主要基于感知、决策和执行三个步骤。
首先，机器人需要通过传感器感知周围环境。
常用的传感器可以包括激光传感器、红外传感器、超声波传感器等。
这些传感器可以测量障碍物与机器人之间的距离，并将这些信息传送给控制系统。
控制系统会将传感器的数据进行处理和分析。
在感知的基础上，机器人需要根据感知到的环境信息做出决策，并制定合适的行动计划。
这需要一个强大的算法和智能控制系统。
算法可以根据传感器的数据进行障碍物检测和识别，以确定障碍物的位置、形状和大小。
控制系统会根据这些信息制定机器人的运动策略，避开障碍物。
常用的算法包括路径规划算法、机器学习算法等。
最后，机器人需要执行制定好的行动计划，进行移动并避开障碍物。
这需要一个精确的定位和导航系统，以确保机器人能够准确地执行行动计划。
定位和导航系统可以基于全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）和视觉导航系统等技术，确定机器人的位置和方向。
机器人根据这些信息进行运动控制，避开障碍物。
避障机器人的关键技术主要包括障碍物检测和识别技术、路径规划技术、机器学习技术和定位导航技术等。
障碍物检测和识别技术可以利用图像处理、模式识别和深度学习等方法，对环境中的障碍物进行检测和识别。
路径规划技术主要通过图论和最优化算法，寻找机器人自身位置与目标位置之间的最佳路径，并避开障碍物。
机器学习技术可以利用大量的样本数据，训练出一个强化学习模型，使机器人可以通过反馈机制不断优化自己的行为。
定位导航技术可以提供精确的定位信息，确保机器人能够准确地执行行动计划。
当然，以上只是避障机器人设计中的一些关键技术和原理，实际的避障机器人系统还需要考虑多个因素，如功耗、成本、可靠性等。
红外避障小车原理介绍及制作
•L298电机控制驱动：
各部分电路图
•光耦电路
•电机保护电路
各部分电路图及说明
•模拟电源
四、机械部分
•总的装配图如下图：
•零件图 车身板
车身板
设计 绘图 审核
比例 图号 数量 共 张 第张
组别 第9组
•零件图 连杆
连杆
设计 绘图 审核
•功能：本品基于红外传感系统,采用红外传感器实现 前方障碍物检测,来实现自动检测前方障碍物,并能通 过单片机控制舵机实现左、右转弯来避开障碍物,
•应用场合及市场前景：可用于恶劣地理环境中无人驾 驶汽车的物资运输,及玩具小车的自动避障,可见,自动 避障车的应用前景广泛,
二、系统结构框图
三、硬件设计
智能避障小车
一、概述
•设计背景：针对高危环境下对无人化作业的要求,机 器人在复杂地形中行进时自动避障及恶劣环境中无人 驾驶汽车的物资运输,自动避障是一项必不可少也是最 基本的功能设计,另外,市场现在的遥控玩具小车遇到 障碍物时不能自动避开障碍,需人工手动把玩具车拿开, 若加入自动避障功能可省去人工操作,
比例 图号 数量 共 张
第张
组别 第9组
•零件图 电机支架
电 机 支 架 比例 图号 数量 共 张 第张
设计
绘图
组别 第9组
审核
五、软件设计
•程序流程图：
Y N
《简易机器人常用传感器作业设计方案》
《简易机器人常用传感器》作业设计方案第一课时一、设计背景：随着科技的不息进步，机器人技术已经逐渐走进人们的平时生活。
而机器人的核心功能之一就是能够感知四周环境，并依据环境的变化做出相应的反应。
因此，传感器作为机器人的“感觉器官”，在机器人设计中起着至关重要的作用。
本次作业旨在让同砚了解并精通常用的机器人传感器，并利用这些传感器设计一个简易机器人。
二、设计目标：1. 了解机器人传感器的种类和作用；2. 精通传感器与控制系统之间的协作原理；3. 进行实际操作，设计一个具有基本感知能力的简易机器人。
三、设计内容：1. 机器人传感器介绍：本次设计将涉及到以下常用机器人传感器：- 光敏传感器：用于检测光线强度，实现机器人对光线的感知；- 超声波传感器：用于测量距离，实现机器人对四周环境的距离感知；- 红外传感器：用于检测物体的距离和避障，实现机器人在前进过程中的避障功能；- 陀螺仪传感器：用于检测机器人的角度和方向变化，实现机器人的姿态控制。
2. 传感器与控制系统协作原理：传感器卖力感知四周环境，并将感知到的数据传递给控制系统，控制系统依据接收到的数据做出相应的决策和控制机器人的挪动。
这种协作原理是实现机器人智能感知和自主运动的关键。
3. 简易机器人设计：基于上述传感器和控制系统的协作原理，设计一个简易机器人，要求具有以下功能：- 能够感知光线强度，并依据光线强度的变化调整自身运动方向；- 能够测量前方距离并避障；- 能够保持水平姿态并依据陀螺仪传感器调整角度。
四、设计步骤：1. 硬件部分：- 搭建机器人底盘，安装电机和轮子；- 毗连光敏传感器、超声波传感器、红外传感器和陀螺仪传感器；- 搭建控制系统，包括单片机和电机驱动模块。
2. 软件部分：- 编写传感器数据得到程序，并将数据传递给控制系统；- 编写控制系统程序，依据传感器数据调整机器人的运动和姿态。
3. 测试部分：- 对机器人进行光线强度、距离、避障和姿态稳定性的测试；- 调整程序，优化机器人的运动和姿态控制。
机器人设计方案
【经典资料，ＷＯＲＤ文档，可编辑修改】
机器人设计方案
一、设计要求
设计一具有独立前进、转弯、后退、避障、救人等功能的救援机器人。
二、设计任务
1.电子控制组：设计好控制电路及原理图，各类传感器电路及稳压电源，
并制作成独立模块，按程序要求进行调试（超声波、雷达和红外线传感器的感应距离）。
2.机械设计组：设计机器人各部分结构（包括机械手、身躯、底盘）以及
各类传感器模块的安装。
3.程序设计组：按照具体设计要求进行编程及调试、烧录等工作。
三、设计思路
机器人在封闭场地内利用红外线传感器自动搜索安装了红外线发射管的洋娃娃。
一旦发现目标便向目标靠近，途中发现障碍物则侧移距离L或转弯角度a然后继续前进，当机器人与洋娃娃之间距离达到S（此时红外线传感器比超声波传感器或雷达优先级更高）时，触发控制机械臂抓向小人，机械臂的“手指”部分装有压力传感器（或轻触开关代替触觉传感器实现），当抓紧小人时触发单片机控制（入口设一200W白炽灯光感返回或者程序倒退返回）机器人返回，并翻转电机松开洋娃娃。
四、场地模拟。
红外避障小车课程设计
红外避障小车课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解红外避障小车的基本工作原理，掌握红外传感器的作用和使用方法。
2. 学生能描述小车电机驱动的基本原理，了解电机控制与速度调节的相关知识。
3. 学生了解并掌握小车整体电路的连接和调试方法。
技能目标：1. 学生能够独立完成红外避障小车的组装和调试，提高动手实践能力。
2. 学生能够运用编程思维，设计并实现小车的避障功能，培养编程与解决问题的能力。
3. 学生能够通过团队合作，共同完成任务，提高沟通与协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生在课程学习中，培养对科学技术的兴趣和求知欲，提高创新意识。
2. 学生在动手实践过程中，培养耐心、细心的品质，增强克服困难的自信心。
3. 学生在团队合作中，学会尊重他人，培养集体荣誉感和社会责任感。
课程性质：本课程为实践性课程，强调理论知识与实际操作的相结合，注重培养学生的动手能力、创新能力和团队协作能力。
学生特点：本课程面向初中年级学生，学生对新鲜事物充满好奇，动手能力强，但需加强对理论知识的学习和运用。
教学要求：结合学生特点，教师应采用启发式教学，引导学生主动探究，注重培养学生的自主学习能力和解决问题的能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，提供个性化的指导和支持。
通过课程学习，使学生能够达到上述设定的课程目标，实现知识、技能和情感态度价值观的全面发展。
二、教学内容1. 红外传感器原理与应用：讲解红外传感器的工作原理，引导学生学习传感器在避障小车中的作用，结合教材相关章节，分析传感器电路连接及调试方法。
2. 电机驱动原理：介绍小车电机驱动的基本原理，包括电机的工作原理、控制方法及速度调节，结合教材内容，让学生了解并掌握电机驱动电路的设计与连接。
3. 小车组装与调试：指导学生根据教材相关章节，进行红外避障小车的组装，学习电路连接、传感器安装、电机驱动等步骤，并进行调试。
4. 编程与避障功能实现：教授编程基础知识，引导学生设计并实现小车的避障功能，结合教材内容，让学生掌握编程思维和解决问题的方法。
移动机器人的避障实验设计源程序流程图
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 移动机器人的避障实验设计+源程序+流程图摘要:随着科学技术的日益，机器人越来越融入到人们的生活。
近年来，特别是智能机器人的开发与研究引起了很多学者的关注。
其中，机器人的避障问题成为了机器人研究的热点。
传统的避障方法如可视图法、栅格法、自由空间法等算法可以解决障碍物信息己知时的情况。
但在试验条件确定的情况下，很多方法就比较复杂，因此，我根据现有的红外探头进行了简单的避障算法设计。
算法设计出来之后，对小车建立运动学模型，主要分为两块，一个是小车自身的运动学模型，一个是避障算法的建模。
建好之后就编程控制小车的运动，试验得到数据。
5267关键词：移动机器人避障算法运动学红外测距Mobile robot obstacle avoidance test design1 / 22Abstract:With the growing science and technology, robots become more integrated into people's lives.In recent years, in particular the development and research of intelligent robots has aroused the concern of many scholars.Robot obstacle avoidance has become a hot research spot.Traditional obstacle avoidance algorithm such as view method, grid method, free space method can solve obstacle information knownsituation.However, a lot more complicated in the case of the test condition determining.Therefore, in accordance with existing infrared probe I do simple obstacle avoidance algorithm design,Algorithm is designed, the kinematic model is established on the robot, mainly pided into two, one is the kinematic model of the trolley, another is obstacle avoidance algorithm modeling. Modeling programmed to control the movement of the trolley, then get the test data.Key words：Mobile robot, Obstacle avoidance algorithm, Kinematics, Infrared range目录---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 目录1绪论41.1引言41.2机器人概述41.3移动机器人国内外发展现状6其中移动机器人的智能避障更是机器人研究领域的研究热点。
扫地机器人的红外避障技术
扫地机器人的红外避障技术扫地机器人的出现极大地方便了人们的生活。
它们可以自动地清扫房间、吸尘、拖地等，无需人工干预。
其中，红外避障技术是扫地机器人关键的功能之一。
本文将探讨扫地机器人的红外避障技术，并分析其原理和应用。
一、红外避障技术的原理红外避障技术是利用红外传感器感知前方障碍物并做出相应的反应。
扫地机器人通过装配在机器人正面或四周的红外传感器，实时监测周围环境。
红外传感器会发射一束红外线，当遇到物体时，物体会反射红外线返回传感器。
通过测量红外线的强度及返回时间，扫地机器人可以判断障碍物的距离和尺寸。
一般来说，返回时间越短，距离越近，机器人就会做出相应的避障动作。
二、红外避障技术的应用红外避障技术在扫地机器人中有多种应用。
下面将分别介绍在导航和避障方面的应用。
1. 导航扫地机器人可以借助红外避障技术进行导航，确保其能够准确无误地清扫每一个角落。
红外传感器可以帮助机器人探测并跟踪墙壁、家具等固定物体的位置，从而使机器人在室内环境中具备定位和导航能力。
2. 避障扫地机器人必须具备避障能力，以免碰撞或卡住障碍物。
红外避障技术可以及时感知到遇到的障碍物，并让机器人采取相应的动作避免碰撞。
例如，当机器人检测到前方有障碍物靠近时，它可以自动改变方向或停下来等待。
三、红外避障技术的优势红外避障技术在扫地机器人中具有以下几个优势：1. 高灵敏度: 红外传感器对周围环境变化的感知非常敏锐，能够快速、准确地检测障碍物。
2. 快速响应: 由于红外线传输速度非常快，扫地机器人能够在瞬间感知到障碍物并做出相应的反应，避免碰撞。
3. 低能耗: 红外传感器的功耗较低，使得扫地机器人在长时间工作时能够更加高效地利用电量。
4. 适应性强: 红外线能够穿透一些薄的材料，如窗帘，从而在不同的环境下实现避障，适应性更强。
四、红外避障技术的局限性红外避障技术在应用中也存在一些局限性。
1. 距离限制: 红外传感器的探测距离有限，一般在几米以内。
红外避障小车原理介绍及制作(课堂PPT)
设计
绘图
组别 第9组
审核
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零件图
电机支架
电 机 支 架 比例 图号 数量 共 张 第张
设计
绘图
组别 第9组
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审核
五、软件设计
程序流程图：
Y N
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功能：本品基于红外传感系统，采用红外传感器实 现前方障碍物检测，来实现自动检测前方障碍物，
并能通过单片机控制舵机实现左、右转弯来避开障 碍物。
应用场合及市场前景：可用于恶劣地理环境中无人
驾驶汽车的物动避障车的应用前景广泛。
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二、系统结构框图
3
三、硬件设计
智能避障小车
刘萌萌 徐英蛟 孙宪佳 宋云石
1
一、概述
设计背景：针对高危环境下对无人化作业的要求， 机器人在复杂地形中行进时自动避障及恶劣环境中 无人驾驶汽车的物资运输，自动避障是一项必不可 少也是最基本的功能设计。另外，市场现在的遥控 玩具小车遇到障碍物时不能自动避开障碍，需人工 手动把玩具车拿开，若加入自动避障功能可省去人 工操作。
系统总设计电路图如下图
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各部分电路图及说明
单片机最小系统
L298电机控制驱动：
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各部分电路图
光耦电路
电机保护电路
6
各部分电路图及说明
模拟电源
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四、机械部分
总的装配图如下图：
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零件图
车身板
车身板
比例 图号 数量 共 张 第张
设计
绘图 审核
组别 第9组
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零件图
连杆
连杆
比例 图号 数量 共 张
(新)红外避障小车课程设计报告
前言---------------------------------------------------随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。
红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。
智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。
由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。
本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。
目录前言------------------------------------------------------------------------------1目录------------------------------------------------------------------------------2摘要------------------------------------------------------------------------------3功能概述------------------------------------------------------------------------3硬件设计------------------------------------------------------------------------3 避障电路------------------------------------------------------------------------4单片机电路---------------------------------------------------------------------7电机转速控制电路------------------------------------------------------------7电源电路------------------------------------------------------------------------8电机驱动电路---------------------------------------------------------------9主程序设计--------------------------------------------------------------------12小结-----------------------------------------------------------------------------23参考文献-----------------------------------------------------------------------231.【摘要】:本文提出一种智能避障小车的设计方法，利用红外技术检测障碍物信息，采用AT89S51单片机进行实时控制，实现智能避障，智能小车采用后轮驱动，两轮各用一个直流电机控制，避障用的传感器采用红外漫反射式传感器。
红外避障机器人毕业设计
红外避障机器人毕业设计As a person, we must have independent thoughts and personality.摘要随着红外物理与技术的不断发展, 红外探测技术已广泛地应用于军事、煤矿的安全生产等各个领域。
把目标或目标区域的红外辐射聚焦在探测器上红外接收光学系统的基本作用, 通常情况下其结构类似于普通的接收光学系统, 但由于工作波段为红外波段, 其光学材料和镀膜必须和它的工作波长相匹配。
针对题目的要求，我们设计了一款简易的红外避障小车。
电路设计主要有以下四个模块：传感器模块（红外发射和接收器），控制模块（AT89S52），执行模块（伺服电机），电源模块。
传感器模块主要通过对左、右红外传感器的信号分别进行采集，传送给控制模块。
控制模块对采集来的信号进行处理，做出比较后把控制信号传送给执行模块。
配合正确的软件设计，小车能够在设计的赛道中准确快速地完成行走任务。
关键词：红外；避障；传感器AbstractAll bodies has its own infrared radiation characteristics. For studying the various objects of infrared radiation, people useideal─absolute blackbody radiation body (hereinafter referred to as in bold) the benchmark. Can absorb all the incident radiation and not the reflection of the object is called in bold. Good absorber must have also been good radiation body, so the blackbody radiation efficiency is highest, the radiation rate than a 1. Any real objects of radiation emission quantity and the same temperature blackbody emission of quantity of launch than, called the object than radiation rate, its value is always less than 1. The object than radiation rate, and the material object types, characteristics, temperature, surface other factors, such as the wavelength.According to the topic request, we design a simple infrared obstacle avoidance of the car. The circuit design basically has the following four modules: sensor module (infrared transmitter and receiver), control module (AT89S52 devices), executive module (servo motor), power supply module. Sensor module mainly through tothe left and right of the infrared sensor signal, respectively the collection, transfer to the control module. Control module to the acquisition of signal processing, make more the control after signals to execute module. The software design includes basic car to walk, walk, the combination of infrared obstacle avoidance program design, such as walking strategy improvement, through to the infrared signal processing to achieve the best car walk path.Cooperate with the right software design, the car can in the design of the track accurately and rapidly finish walking task.Keywords: infrared; Obstacle avoidance; sensor目录第一章绪论.................................. 错误!未定义书签。
基于传感器的智能车辆避障系统设计与开发
基于传感器的智能车辆避障系统设计与开发智能车辆技术的快速发展为人们的出行带来了极大的便利和舒适。
在智能车辆的发展过程中，一项至关重要的技术就是车辆的避障系统。
本文将探讨基于传感器的智能车辆避障系统的设计与开发。
1.引言智能车辆避障系统是通过传感器获取环境信息，进而通过算法对环境进行处理，实现车辆的自主避障和安全行驶。
本文将重点介绍基于传感器的智能车辆避障系统的设计与开发。
2.传感器选择与布局2.1 传感器选择基于传感器的智能车辆避障系统需要选择合适的传感器来获取周围环境信息。
常用的传感器包括超声波传感器、红外传感器和摄像头等。
根据实际需求和成本因素，我们选择了超声波传感器和摄像头作为主要传感器。
2.2 传感器布局在设计避障系统时，传感器的布局是非常重要的。
超声波传感器通常安装在车辆的前部和侧部，用于感知前方和侧方的障碍物。
摄像头则可以安装在车辆的前部和后部，用于获取更广阔的环境信息。
通过合理的传感器布局，可以确保系统对周围环境的感知能力。
3.数据处理与算法设计3.1 数据处理传感器获取的环境信息需要进行数据处理，以便车辆系统能够理解和利用这些信息。
数据处理的主要任务包括数据滤波、数据校准和数据融合等。
通过对传感器数据进行有效处理，可以提高系统的准确性和可靠性。
3.2 算法设计基于传感器的智能车辆避障系统需要设计合适的算法来实现避障功能。
常用的算法有障碍物检测与跟踪算法、路径规划算法等。
障碍物检测与跟踪算法用于检测和跟踪车辆周围的障碍物，路径规划算法用于确定车辆避开障碍物的最佳路径。
通过合理的算法设计，可以实现车辆的自主避障和安全行驶。
4.系统测试与优化4.1 硬件测试在系统设计完成后，需要进行硬件测试以验证系统的性能和稳定性。
测试过程中可以模拟不同的场景和障碍物，评估系统的避障效果和响应时间。
4.2 算法优化通过测试可以发现系统中存在的问题和不足之处，需要对算法进行优化。
优化的目标是提高系统的准确性和实时性，使智能车辆能够更有效地避开障碍物。
基于Arduino多传感器的智能小车避障系统设计
基于Arduino多传感器的智能小车避障系统设计一、本文概述本文旨在探讨基于Arduino控制器设计并实现一个多传感器融合的智能小车避障系统。
在现代自动化和机器人技术领域，自主导航与障碍物规避能力是衡量移动平台智能化水平的重要指标。
本项目聚焦于采用开源硬件平台Arduino为核心控制器，结合各类传感器（如超声波测距传感器、红外线传感器、摄像头等）构建一套高效、实时的环境感知系统，并通过集成相应的数据处理算法与控制策略，使智能小车能够在复杂环境中自动探测周围障碍物，进而做出准确的路径规划与实时避障决策。
论文首先阐述了智能小车避障系统的总体架构及其工作原理，详述所选传感器的工作方式以及如何利用Arduino进行数据采集与处理。
接着，分析和比较不同传感器的特点及优劣，并讨论传感器融合技术在提高系统精度和鲁棒性上的关键作用。
介绍设计并实现实时避障算法的具体过程，包括但不限于障碍物检测、定位、路径规划与控制执行等方面。
通过实验验证该基于Arduino多传感器融合的智能小车避障系统的性能和实用性，展示其实地运行效果及可能的应用前景。
二、系统设计理论基础Arduino作为核心控制器，其开源硬件和软件平台为智能小车系统的构建提供了便捷且灵活的基础。
Arduino能够处理来自多个传感器的数据输入，并据此做出实时决策，控制小车的运动与方向。
它通过CC编程语言环境实现算法编程，从而对各类传感器数据进行整合分析，进而实现避障功能的设计与实现。
智能小车的避障能力依赖于多种传感器的有效结合使用，如超声波测距传感器、红外线避障传感器、光电传感器等。
每种传感器都有其特定的工作原理和检测范围，通过集成这些传感器可以获取更全面、准确的环境信息。
例如，超声波传感器用于测量障碍物的距离，红外线传感器则可在较近范围内快速响应障碍变化，而光电传感器可用于地面标记识别或路线追踪。
多传感器融合技术旨在有效融合各个传感器数据，降低误报率和漏报率，提高避障系统的可靠性和鲁棒性。
简析自动避障小车的硬件设计
简析自动避障小车的硬件设计避障小车是一种采用了红外、超声波、CCD和激光等传感器设计的移动机器人。
其工作原理是：避障小车在复杂环境自主移动时，通过传感器系统感知外界环境从而完成避障。
避障控制系统的总体设计思路是基于自动引导小车系统，这种系统使用传感器感知路线和障碍，根据智能小车实现自动识别路线，在遇到障碍时自动避让，并且选择正确的路线行进。
1 设计任务1.1 设计思想本系统要求自行设计制作一个智能小车，该小车在前进的过程中能够检测到前方障碍并自动避开，达到避障的效果。
设计思想是采用单片机为控制核心，利用位置传感器检测道路上的障碍，通过采集数据并处理后由单片机产生PWM波驱动直流电机对车进行转向和行动控制，控制电动小汽车的自动避障、快慢速行驶以及自动停车。
1.2 功能概述本系统主要由微控制器模块、避障模块、直流电机及其驱动模块电源模块等构成。
微控制器模块：通过采用STC89C52作为微控制器接受传感器部分收集到的外部信息进行处理，并将结果输出到电机驱动模块控制电机运行。
避障模块：采用位置传感器的漫反射检测来检测前方是否有障碍，通过红外光电开关将采集到的信号送到微控制器。
驱动模块：通过接收微控制器产生的信号来驱动电机运行，实现快慢速行驶，转向控制以及自动停车。
电源模块：为保证正常工作，为整个电路模块提供电源支持。
2 硬件电路设计关键元件选择讨论：2.1 单片机的选择单片机全称单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），简称SCM，把一个计算机系统集成到一个芯片上，具有质量轻、体积小、价格便宜的特点。
单片机内部也有着内存、CPU、类似硬盘一样具有存储功能的器件等与电脑功能类似的模块。
单片机的核心是集成电路芯片，该芯片采用了规模超大的集成电路技术，将各种模块集成在一起，包括对数据进行处理的中央处理器CPU、模拟多路转换器、显示驱动电路、中断系统、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器/计时器、A/D转换器等，这些功能模块被集成在硅片上，形成了一个小型的、完善的计算机系统。
避障小车
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红外接近传感器的是开关量传感器，接IO0~IO11的
任意一个接口都可以通过 NorthSTAR 进行数值读取 和编程。
由于输出是开关量，只能判断在测量距离内有无障
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红外避障小车设计
目的：利用创意之星机器人套件设计一个简单机器
人系统——“避障小车
要求：小车能够在较平坦地面上，以车轮驱动的方
式行走，有自主避开前方障碍物能力的机器人。
一、设计思路
一、结构设计方案
1、轮子底盘结构选择
Байду номын сангаас
2、电机与底盘的运动关系
二、感知方案 三、控制策略
四、程序编写与加载
关
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作用：用来测量前方物体和传感器探头之间的距
离。
输出为：0~2.5V 模拟量（电压值随距离变化）； 量程范围10~80 cm。
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红外测距传感器工作原理
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红外测距传感器工作原理
GP2D12 主要是由红外发射器、PSD（位置敏感检测
装置）及相关处理电路构成。
红外发射器发射一束红外光线，红外光线遇到障碍
物被反射回来，通过透镜投射到 PSD 上，投射点和
PSD 的中心位置存在偏差值 a ， GP2D12 根据上图所
示的a、b、α三个值就可以计算出H的值，并输出相
应电平的模拟电压。
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红外测距传感器的几个重要的特性
1、与障碍物的反射角度基本无关。 2、与反射物体的颜色及材质基本无关。
碍物，不能给出障碍的实际距离。但是该传感器带 有一个灵敏度调节旋钮，可以调节传感触发的距离 。
基于红外信号的智能扫地机器人设计
第14期2023年7月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.14July,2023作者简介:高识杰(2004 ),男,山东利津人,本科生;研究方向:电子信息工程,通信工程㊂基于红外信号的智能扫地机器人设计高识杰(山东科技大学,山东青岛266590)摘要:近年来,智能扫地机器人作为新型家庭服务型成员,正逐渐走进人们的日常生活,极大地便利了人们创建高舒适度的智能化生活方式㊂文章本着成本低㊁使用轻巧的目的,采用实物探究法,设计了一款符合市场需求并有着实用性强特点的智能扫地机器人㊂机器人借助红外线检测和接收来防止与障碍物产生碰撞,在实践中有效减轻了住户的家务劳动,在现代家庭中有较理想的实用性㊂关键词:智能扫地机器人;红外传感器;单片机中图分类号:TN876㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀近年来,我国人工智能技术取得了迅猛的发展,计算机技术和各类传感器技术也都有着很大的进步,正是这些技术的快速发展为智能扫地机器人在科技领域取得重大成就做出了铺垫[1]㊂智能扫地机器人的最终目的是实现智能化与自主化,即在无人控制的情况下能独立自主地完成安排的清扫任务㊂本文基于单片机设计原理,设计了一款智能扫地机器人,具体思路如下㊂1㊀智能扫地机器人系统设计总体介绍1.1㊀系统硬件总体介绍㊀㊀本文基于单片机设计的智能扫地机器人系统如图1所示,整个硬件系统包括超声波测距模块㊁红外线避障模块㊁姿态检测模块㊁单片机模块㊁电机及其驱动电路模块㊁清扫模块6个模块[2]㊂图1㊀系统硬件系统1.2㊀系统软件总体介绍㊀㊀智能扫地机器人的软件流程如图2所示,单片机上电之后先对GPIO 引脚㊁红外线避障模块㊁姿态检测模块㊁超声波测距模块以及电机控制模块进行初始化㊂初始化后,先检测前方的距离,当扫地机器人前方距离障碍物很远就直接前进,向前移动的同时检测前方的距离[3];当扫地机机器人移动到障碍物前时,就触发避障程序(该程序将会在软件设计部分中详细说明)㊂图2㊀系统软件流程2㊀系统硬件设计2.1㊀单片机控制模块㊀㊀本设计中,单片机控制模块选择ARM单片机作为控制核心,硬件连接思路如下㊂(1)GPIOA.1连接到超声波模块的触发端口Echo㊂(2)GPIOA.2作为终端捕获口连接到超声波模块的距离信息发送口Trig㊂(3)GPIOA.5 GPIOA.7和GPIOB.0是电机的控制端口,连接到电机控制芯片左侧正反转和右侧正反转㊂(4)GPIOB.1连接清扫电机控制芯片㊂(5)GPIOA.4㊁GPIOA.15㊁GPIOB.10㊁GPIOB.11 4个引脚为单片机的IIC引脚,与MPU6050的INT㊁AD0㊁SCL以及SDA连接㊂(6)GPIOB.9和GPIOB.8为IO口,接收扫地机器人两侧红外避障模块的传感器信号㊂2.2㊀姿态传感模块㊀㊀本设计选取MPU6050六轴加速度陀螺仪传感器作为智能扫地机器人的姿态传感器,如图3所示㊂该数字运动处理器可以帮助使用者省去大量的姿态数据运算,可以减轻加速度计和陀螺仪的运行压力,有效地减少加速度计和陀螺仪的温漂所带来的误差㊂图3㊀MPU6050硬件接线2.3㊀红外避障模块㊀㊀红外避障模块主要由红外避障传感器完成工作,当模块通电后,红外线发射二极管开始工作㊂当遇到不透明障碍物时,障碍物会吸收一小部分红外线,并反射绝大部分的红外线,模块另一个光敏二极管接收到红外线后会改变其反向的导通阻值[4],这样只需再配备一个分压电阻就可以将红外线信号转变成电压信号㊂2.4㊀电机及其驱动电路㊀㊀本设计使用小型直流电机作为扫地机器人的动力来源,电机额定工作电压为5V,额定工作电流为100mA,额定转速为190r/s,最终算出每台电机额定功率㊂扫地机器人需要4个轮子,且每个轮子都由一个电机来驱动,一共需要4个电机,总功率为2W㊂设计中,共需要3组L9110H芯片,L9110H支持正反转控制,如果电机的正极接OB,负极接OA,IB就是正转控制,IA为反转控制,反之亦然㊂硬件连接电路如图4所示㊂图4㊀L9110H硬件连接2.5㊀超声波测距模块㊀㊀本设计使用HC-SR04超声波测距模块测量扫地机器人与前方障碍物之间的距离,模块为3.3V低压工作模块,不需要额外使用电源电路给模块提供电能㊂HC-SR04超声波模块可以测量圆锥角15ʎ㊁高为4m的圆锥体范围内的所有物体与模块的距离㊂该模块有两根通信线,但其通信协议既不属于同步通信,也不属于异步通信,而是一种极其特殊的TTL电平通信[5-6]㊂2.6㊀车体框架㊀㊀本设计需要一个框架支撑4个电机以及电源模块和控制板,框架参数如下㊂整个车体由两块透明亚克力板组成,车体长260mm,宽140mm,6个铜柱支撑两块亚克力板构成一个夹层,夹层宽35.5mm用于固定电机㊂车轮直径为6.6cm,根据上节电机的额定转速可以算出,扫地机器人的行进速度为39m/min㊂2.7㊀电源模块㊀㊀本设计使用3个5号电池串联组成的干电池组作为外置电源,额定输出电压为4.5V,电池组容量为2 700mAh㊂使用专门的电池盒装配(电池盒上有电源开关),足以支撑整套智能扫地机器人系统的电能供应㊂2.8㊀清扫装置㊀㊀本设计使用旋转式清扫装置,由一个48V的电机拖动,转速为1200r/min㊂通过外置继电器间接驱动,清扫装置直径为20cm,刷头材质为棉材质,以保证更高效率的清扫㊂3 系统软件设计3.1㊀红外避障模块程序设计㊀㊀本文设计的两个红外避障模块程序,是将GPIOB 的IDR寄存器的第9位和第8位重命名为Lift_sen和Right_sen,以便操作㊂当模块未检测到障碍物时,默认输出高电平;当遇到障碍物时,输出低电平㊂3.2㊀姿态传感模块程序设计㊀㊀首先,在整个库中有3个文件,分别是IIC的通信函数驱动文件㊁DMP驱动文件和MPU6050陀螺仪与监督度计的驱动文件㊂其中,mpuiic.c文件主要是IIC通信协议的定义㊂其次,inv_mpu.c文件是MPU6050姿态运算的相关函数和算法,其中的函数是对DMP算法的配置,加载了DMP模块固件,最后再重置陀螺仪;mpu_dmp_ get_data函数是操作DMP单元获取翻滚角㊁俯仰角和航向角3个欧拉角量姿态数据㊂最后,MPU6050.c驱动文件包含了MPU6050六轴加速度陀螺仪传感器的初始化㊂本设计不会直接使用三轴加速度量和三轴陀螺仪量,只使用MPU6050的初始化函数MPU_Init㊂通过将GPIOA.15设置成MPU6050模块的AD0模块为地址设置端口,将GPIOA.4设置成模块的中断输入端口㊂3.3㊀超声波模块程序设计㊀㊀首先,捕获中断初始化函数CAP_Init㊂触发方式设置成上升沿中断触发,对中断优先级和中断服务函数进行配置㊂具体如图5所示㊂其次,TIM2_IRQHandler函数㊂当中断触发时,会先查看捕获完成标志位是否为高,为高说明已经捕获完成㊂如果没有捕获完成,则要查看触发了什么中断,如果是更新中断,要看溢出计数是否溢出㊂如果溢出,则需要强制结束捕获;如果未溢出,则需要溢出计数+1㊂最后,Lenth函数㊂函数运行后,会检测捕获完成标志位是否为1,如果为1,就读取溢出计数,并乘65 536后再加计数器内的计数数值,最后将计数的数值除以58,这样计算出来的是以cm为单位的距离数据;如果捕获未完成,则返回上一次计算的距离数据㊂图5㊀捕获中断服务函数程序流程3.4㊀电机驱动模块程序设计㊀㊀car_movtion_Init函数是将GPIOA.4㊁GPIOA.5㊁GPIOA.6㊁GPIOA.7以及GPIOB.0设置成推挽输出模式㊂因此,本次定义了小车向前㊁向后㊁左转㊁右转和静止5个动作模式,分别为car_front㊁car_back㊁car_ lift㊁car_right和car_static5个函数㊂当执行car_right函数时,单片机驱动左侧轮子向前行驶并驱动右侧轮子向后行驶,机器人车体则原地右转;当执行car_lift函数时,单片机驱动左侧轮子向后行驶并驱动右侧轮子向前行驶,机器人车体则原地左转㊂3.5㊀主程序设计3.5.1㊀变量定义介绍㊀㊀关于float pitch㊁roll㊁yaw3个量,分别是储存俯仰角㊁翻滚角和航向角的浮点量变量㊂u32time_F=0;该变量用于测算障碍物的长度㊂由于小车避障时一定会偏移 主航线 一定的距离,在避障结束后需要再返回到主航线上㊂static u8dir=0;该变量用于标记当前为正向行驶还是反向行驶的方向标志位㊂1为反向行驶,0为正向行驶㊂3.5.2㊀转向控制程序介绍㊀㊀扫地机器人的转向控制函数共设计了4个转向函数㊂(1)right_first_corr函数㊂该函数是控制避障时的第一次右转,在执行函数之前会先确定是正向行驶还是反向行驶㊂(2)Lift_first_corr函数㊂该函数为避障时第一次左转,在转向之前会判断是正向行驶还是反向行驶㊂(3)Lift_second_corr函数㊂该函数为第二次左转函数,其转向逻辑与第一次左转函数类似,先判定是正向行驶还是反向行驶,如果正向行驶,需要左转将航向角修正至90ʃ2ʎ;反向行驶,需要左转将航向角修正至-90ʃ2ʎ㊂(4)right_second_corr函数㊂该函数为第二次右转函数,其转向逻辑与第一次右转函数类似,当正向行驶时,需要将当前的航向角修正至0ʃ2ʎ;反向时,需要将当前的航向角修正至180ʃ2ʎ㊂3.5.3㊀避障控制程序介绍㊀㊀本文设计的智能扫地机器人在房间内的行走路径为 弓 字形,其避障逻辑无论是正向行驶还是反向行驶都是右转避障,即当扫地机器人在 弓 字形路径上行驶时,遇到障碍物的第一动作先右转90ʎ躲避障碍物㊂3.5.4㊀主函数程序介绍㊀㊀单片机上电后,会初始化各个模块㊂首先,初始化delay系统延时功能,再设置中断组为组别2,即两位抢占优先级和两位相应优先级;其次,对小车运动模块进行初始化,再初始化MPU6050模块和DMP处理单片机;最后,初始化超声波测距模块和红外线避障模块㊂4㊀系统软硬联调㊀㊀按照以上设计思路,对小车的硬件和功能进行测试,包括机器人的驱动能力㊁姿态检测模块对航向角的测量以及小车的避障功能㊂测试得出,当把电池仓的电源开关打开,各模块的电源指示灯都亮起,说明供电正常;上电后,机器人会静止一段时间,主要是对各模块进行初始化;初始化完成后,扫地机器人会向前移动㊂当扫地机器人运行到障碍物前时,会向右旋转90ʎ,沿着障碍物向前移动,直到左侧的红外避障传感器不再触发信号,当确定左侧没有障碍物时,机器人会左转90ʎ躲避障碍㊂当扫地机器人运行到障碍物的后方时,会回到 主航线 继续运行,如果前方有障碍物,则会继续进行避障操作㊂5㊀结语㊀㊀本文基于红外测距原理,结合单片机设计了一款智能扫地机器人,由各类硬件电路构成的执行模块进行避障测试,旨在完成特定的清扫任务㊂经系统软硬件联调测试,本文设计的扫地机器人在实际操作中具有较为显著的可行性,不仅造价划算,而且性能优越,适合在今后的居家应用中推广㊂参考文献[1]杨林超,张新锋,李超,等.基于STM32微控制器的扫地机器人控制系统硬件架构设计[J].粘接,2022(1):106-110.[2]刘长虹.基于单片机的扫地机器人设计[J].电子制作,2022(15):26-29.[3]胡聪娟,王艺.基于现代光传感技术的扫地机器人垃圾检测研究[J].激光杂志,2022(4):173-177. [4]郝为亮,潘春荣,任艳奎.扫地机器人触发式液压辅助越障机构的设计[J].工程设计学报,2021(5): 569-575.[5]于入洋,王江涛,何人可,等.基于用户行为的扫地机器人APP体验优化方法研究[J].包装工程, 2022(2):90-97.[6]王自凯,刘立群,李爱民,等.基于单片机控制的清扫机器人的设计[J].物联网技术,2022(8):124-125,129.(编辑㊀沈㊀强)Design of intelligent sweeping robot based on infrared signalGao ShijieShandong University of Science and Technology Qingdao266590 ChinaAbstract In recent years intelligent sweeping robots as a new type of family service member have gradually entered people s daily lives greatly facilitating the creation of a high comfort intelligent lifestyle.The article with the aim of low cost and lightweight use adopts the method of physical exploration to design an intelligent sweeping robot that meets market demand and has strong practicality.Robots use infrared detection and reception to prevent collisions with obstacles effectively reducing household chores in practice and having ideal practicality in modern homes. Key words intelligent sweeping robot infrared sensor singlechip。