前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的自动跟随运输系统设计研究，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
0引言
近年来，智能车在自动跟随领域已有重大突破，然而目前，中国的跟随性小车主要是有轨机械跟随，用于工厂生产机车部分，或是比赛场地的有轨跟随拍摄车，并没有实际针对旅馆、超市、飞机场等大众场合，或个人家庭的产品。自动跟随运输系统是一种超声波定位和综合运用单片机模块，并能对特定目标实时跟踪的服务车。在不同场合下，设置最合适的行驶速度和跟踪距离，使用跟随技术和超声波定位技术，可实现对移动目标的精确跟随，便于携带物品，解放双手。
1硬件结构设计
系统设计基于STC89C52单片机，实现自动跟随功能。采用模块化设计，提高整个系统的实时性、可靠性，并能降低功耗，提供更大的载物空间，满足设计需求。
1.1硬件总体设计
采用红外模块接收特定信号，超声波模块测距定位，并将测距数据实时传送给STC89C52单片机，单片机通过控制系统处理数据，确定目标方位，并传达运动控制指令，使小车做出精确的跟随，加上小车具有避障和报警功能，使小车跟随目标更加智能、精确。
1.2控制系统
控制系统采用STC89C52单片机为控制核心。STC89C52单片机与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，可直接适用于工业生产中。
1.3超声波模块
基于超声波定位原理，在小车前端设置3个超声波传感器，中间超声波传感器测小车与目标正对距离，左侧和右侧各1个超声波传感器测小车与目标的左右偏差。超声波发送传感器发出信号，遇到目标返回，超声波接收传感器接收信号后，输出端输出高电平，触发中断，读取定时器计数值，实现测距。
1.4红外模块
红外模块由红外线发射管和红外接收头两部分组成。红外线发射管放置在目标上，持续发射红外信号；红外接收头置于小车前端中部，接收红外信号，以甄别跟随目标，实现特定跟随。
1.5电机驱动模块
对电机转速的控制通过电机驱动器实现。电机驱动器采用脉宽调制(PWM)模式实现速度调控，使电源更节能，电路更高效。电机驱动器置于小车后部。
1.6避障模块
避障模块选用了三个红外避障传感器E18-D80NK-N，该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、性价比高、易装配等特点。三个传感器位于小车后部，并呈一定角度排列，分别用于检测左后方、正后方、右后方三个方向的障碍物。小车后部接近物体时，传感器会输出数字信号（1个低电平信号），通过读取电平信号即可判断小车后方有无障碍。
1.7警报模块
小车在实际运行中遇到丢失跟随目标时，需要对外发出警报。警报模块主要由蜂鸣器和LED灯组成。
1.8电源模块
选用12V充电电池为直流电机供电。此外，将12V电压通过L7805稳压芯片稳压后，电压降至5V，为单片机系统和其他部件供电。
2系统原理设计
2.1系统总体设计
系统通过4个核心模块函数（“红外函数”、“脉冲函数”、“方向函数”、“行动函数”）实现小车对目标的自动跟随。小车前端的红外模块接收红外信号后，单片机通过“红外函数”对信号进行甄别后，再控制3个超声波传感器向目标发射并接收超声波信号，单片机通过“脉冲函数”对信号接收时间进行运算，计算出各个传感器到目标的距离。然后基于超声波定位相应的算法，可确定目标相对小车的具体方位，通过“方向函数”明确小车行动方向，“行动函数”使PWM控制电机转速，实现小车按照设定距离跟随目标。当目标在位置2时，小车直行，离目标远则前进，反之后退；当目标在位置1或位置3时，小车左转或右转，小车通过“左侧轮后退，右侧轮前进”来实现左转，右转同理。另外，系统通过“避障函数”实现小车避障功能，通过“报警函数”实现丢失目标时自动报警功能。
2.2“红外函数”模块
小车接收到红外信号后，通过“红外函数”对红外信号解码，信息判断后，决定超声波测距目标。
2.3“方向函数”模块
“方向函数”通过“脉冲函数”测得距离，确定目标相对小车的具体方位，明确小车行动方向。
2.4“行动函数”模块
“行动函数”分为前进、后退、左转、右转、静止五部分，根据“方向函数”明确的行动方向，做出相应响应。
2.5跟随系统设计
3测试数据与系统误差
3.1系统测试
实验测试系统响应特性，可通过不同距离时系统反应时间来衡量。由于超声波传播速度受温度影响大，故将系统置于20℃环境下进行实验。为尽可能排除外界不良因素对实验的干扰，实验在空旷、平稳、无风、无噪音、无电磁干扰的室内进行。
3.2误差来源
（1）超声波信号在传播时的衰减。超声波信号在传播时，随着检测距离增大，声波信号减弱，导致声波信号的检测难度加大，测距精度降低。（2）计时启动和超声波发射启动间的偏差。由系统原理知，从系统计时启动到目标超声波发射启动实际是先后完成的，存在时差，距离越远，时差越大。
3.3减小测量误差措施
针对测量距离较远，声波不易进入接收头的问题，可采用在一个平面内，设置多个接收头的办法来解决。同时，为了弥补超声波在传播时的衰减，可增大发射的功率或延长发射的持续时间。对于计时启动和超声波发射启动间的偏差，可采用无线电来传播反馈的信号。
4结语
通过实验验证，小车反应时间为15ms至1s左右，能与主人保持4m以内的同步跟随。系统采用充电环保电池，四驱电机驱动，不排放尾气，具有简单智能、环保清洁、方便实用、成本低廉的特点。系统应用范围广泛，可应用于旅馆、超市、飞机场、高尔夫球场等公共场合。
作者：赵昊宁 聂宪波 关立强 巩文文 邵泽健 单位：哈尔滨理工大学荣成学院
