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化工厂自主巡检用无人车的避障系统设计

作者：张小宇等

来源：《中国管理信息化》2015年第08期

，吕雪艳12

（1.北京市师达中学，北京100093；2.北京化工大学，北京100029）

摘要[]本文设计了用于化工厂自主巡检的无人小车，实现自主避障、有毒有害气体检测、

火焰检测和定位报警等功能，可用于化工厂的日常巡检等工作。作为阶段性研究成果，本文报

道了基于Arduino平台的六轮车避障系统。系统采用超声波测距模组和红外传感器感知障碍物

信息；使用VisualBasic6.0软件设计了上位机控制界面，控制小车运动；利用网络摄像头监视

现场环境。实验验证了在上位机控制下，系统能够自主完成避障任务。实验结果表明，该避障

系统软件和硬件部分配合良好，系统设计可行。

关键词[]Arduino；VisualBasic；六轮车；避障；网络摄像头

：doi10.3969/j.issn.1673-0194.2015.08.114

中图分类号[]TP242[文献标识码]A[文章编号]1673-0194（2015）08-0147-03

智能小车是一种四轮或六轮驱动的智能机器人，属于移动机器人的一种，涉及机械、汽

车、电子、自动控制、计算机以及传感技术等多学科知识领域，可以完成危险环境下的探查、

侦察、救灾和排爆等工作[1]。与普通机器人相比，智能小车行动灵活、操作方便、研究成本

较低，特别是可在人类无法工作的恶劣环境中进行相应的工作。

国内外学者对移动机器人及其避障进行了不同的研究。张洪[2]等提出一种基于多超声波

传感器的信息处理算法通过该算法计算得到的小车运动空间安全区域能为自主避障提供有效的

信息；强彦[3]等设计了基于双路交叉红外探测的智能避障系统解决了红外避障点缺陷问题；

朱向庆[4]等采用反向型光电探测器探测行驶路径结合无线通信模块及VB软件设了基于语音控

制的自主循迹与避障智能小车；陈超[5]等以导盲机器人为载体设计了一种超高频和低频RFID

相结合的定位与导航方法，可以减少避障传感器在拐点处的多余及错误动作；李磊[6]等通过

超声波传感器感知车辆行驶环境，实现了模型小车的自适应巡航、避障等功能；Yeounggwang

Ji[7]等设计了一种面向残疾人的智能轮椅，该轮椅具有用户意图识别、障碍物检测及避障、态

势感知三重功能；SumanDeb[8]等设计了一种自主导航智能车，该车通过USB与计算机通

讯，车上载有一个光学传感器和网络摄像头，可用于军事侦察、消防系统、远程自主探测以及

家庭安保。

本文以化工厂自主巡检的无人小车研究课题为基础，重点介绍了以六轮车为智能小车自律

控制模型和算法，基于Arduino控制器设计了一种避障系统。该系统通过超声波测距模组和红

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外传感器检测环境障碍物信息，实现了自主避障。为了更好地控制小车的运动，使用Visual

Basic6.0设计了上位机控制界面，并结合网络摄像头实现了对小车运动监控。

系统硬件介绍1

本文设计的避障系统主要由以下几部分构成：Arduino驱动/控制器、无线数传模块、超声

波测距模组、红外传感器、网络摄像头、电源和六轮车。

图1是系统结构框图。Arduino驱动/控制器接收计算机控制命令控制小车运动并通过无线

数传模块将传感器检测信息返回给计算机；超声波测距模组和红外传感器直接连接在Arduino

板上，将检测信息返回到控制器；无线数传模块一端与控制器相连，另一端与计算机相连，用

于计算机与控制器之间的串口通讯；网络摄像头将现场视频通过无限网络返回给计算机。

程序设计2

避障程序分为上位机控制界面设计和下位机程序设计两部分。在上位机控制下，小车执行

控制器中的程序，并实时返回距离信息。系统流程图如图2所示。

整个避障过程如下所述：程序初始化后，超声波模组和红外传感器开始检测，控制器接收

到连续运动指令（“x）”，执行避障程序。

①如果前方障碍物大于40cm，小车继续前进；

②如果前方障碍物小于40cm，则执行预定避障程序，即先停止，再判断左右障碍物情

况；

③如果右侧没有障碍物则右转，否则，判断左侧有无障碍物，没有障碍物则左转，否则后

退