避障助行器控制系统设计方案获奖科研报告

避障助行器控制系统设计方案获奖科研报告摘

要：针对目前市面上现存的各类助行器都存在安全性比较低，定位方面不够明确，针对性不强，实际效果差等缺点。设计了一种以ATmega16单片机为主控芯的避障助行器控制系统设计方案，通过红外传感器与超声波传感器对路况进行采集，并通过A/D转换电路将传感器采集的模拟信号转换成单片机能够识别的数字信号，以便于单片机分析处理。通过单片机对红外传感器和超声波传感器检测信息的分析、判断，从而给出判断结果，并给相应端口数字信号，再经过相应驱动电路驱动相应传感器，以达到自动控制转向，改变行驶路径，绕过障碍物的目的，从而实现自主避障的功能。

关键词：避障;助行器;红外线;超声波

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引言

助行器作为一个老年人出行时最常选用的工具，能让老年人在无家人和护工的看护帮助下，能达到方便出行、实现生活上的自我照料的目标。目前，市面上现存的各类助行器都存在安全性比较低，定位方面不够明确，针对性也不强，实际效果差等缺点，并不能很好满足老年人所需。助行器的设计是为了给老人提供出行方便的，考虑到适用人群特征，因此对安全性要求特别高，所以助行器的运行速度一般较慢。为了使助行器功能多样化，也为提升助行器的安全性。针对上述问题，需要从老年人的身体和心理入手，分析老年人生理和心理特征和生活方式，增加其安全性，因此，制定了避障助行器控制系统设计方案。

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总体设计方案概述

避障助行器控制系统设计方案主要由电源模块，电机模块，测距模块，避障模块件，单片机主控模块等部分组成。其中，单片机选用以ATmega16单片机为主控芯片，电源模块选用稳压电源，避障模块采用双红外线传感器避障，测距模块采用超声波传感器进行测量。

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电源模块的设计

电源模块是为了给系统中各个模块中的器件模块分配一定的电压的，是助行器能够稳定运行的基础。在本次设计中采用2块12V锂电池作为整车的动力源，为电机模块与其他模块供电。当输入电压在8V～40V时，系统电源可以利用电压变化器LM2678将输入电压转换为5V稳压分别给避障模块、测距模块，单片机模块等模块供电。

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电机模块的设计

由于助行器需要前进后退转向调速等功能，所以需要电机正反转来进行调速，针对助行器驱动系统，功率密度为主要性能指标，伺服电机或者步进电机各项指标较为适宜，其中闭环控制方式可得到比开环控制更精密的伺服控制。所以本次本次设计中选用直流伺服电机，并且采用ST公司生产双极型H桥驱动芯片L298N，可以驱动46V、2A以下电机，并且内含两个H桥，可同时驱动两个直流电机。

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避障模块的设计

由于助行器在进行工作时，速度不会过高，为了保障避障效果，本次设计中分别在助行器的左右两侧安装红外避障模块。当左侧传感器检测到障碍物时，立即让助行器左转弯后退，右转弯前进;当右侧传感器检测到障碍物时，立即让助行器右转弯后退，左转弯前进;当两侧都未检测到障碍物，助行器一直前行，避障传感器电路图如图1。

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测距模块的设计

在本设计中，为了测量障碍物的距离，拟定采用超声波传感器进行测量，并且利用测量方法是简单实用的渡越时间法。在本次设计中拟采用HC-SR04模块的I/O接口TRIG触发测距模块自动发送8个40kHZ的方波，自动检测是否有信号返回。若有信号返回，则输出高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，高电平持续的时间可以用定时器计时完成。超声波模块接线图如图2所示，根据检测到的距离信息，让单片机控制电机转向和转速。

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軟件的设计

助行器控制系统的软件设计是实现助行器控制的重要组成部分，助行器通过红外传感器来实现避障功能，通过超声波传感器来实现测距功能，将传感器检测到的信息经过A/D转换将信号传递给单片机，使得单片机输出信息，从而对助行器的运动进行控制，使得助行器能够按照正确且通顺的道路行驶，最后建立流程图如图3和避障子程序如图4。

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总结

随着我国科技事业的发展，助行器的研究也将更加深入。作为助行器的关键部分，助行器控制系统的设计与研发直接关系到助行器的后续功能体验和运行维护实效。本文中助行器控制系统的设计从使用者的安全角度出发，希望设计出更加适合老年