前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的自動跟隨運輸系統設計研究，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
0引言
近年來，智能車在自動跟隨領域已有重大突破，然而目前，中國的跟隨性小車主要是有軌機械跟隨，用于工廠生產機車部分，或是比賽場地的有軌跟隨拍攝車，并沒有實際針對旅館、超市、飛機場等大眾場合，或個人家庭的產品。自動跟隨運輸系統是一種超聲波定位和綜合運用單片機模塊，并能對特定目標實時跟蹤的服務車。在不同場合下，設置最合適的行駛速度和跟蹤距離，使用跟隨技術和超聲波定位技術，可實現對移動目標的精確跟隨，便于攜帶物品，解放雙手。
1硬件結構設計
系統設計基于STC89C52單片機，實現自動跟隨功能。采用模塊化設計，提高整個系統的實時性、可靠性，并能降低功耗，提供更大的載物空間，滿足設計需求。
1.1硬件總體設計
采用紅外模塊接收特定信號，超聲波模塊測距定位，并將測距數據實時傳送給STC89C52單片機，單片機通過控制系統處理數據，確定目標方位，并傳達運動控制指令，使小車做出精確的跟隨，加上小車具有避障和報警功能，使小車跟隨目標更加智能、精確。
1.2控制系統
控制系統采用STC89C52單片機為控制核心。STC89C52單片機與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，可直接適用于工業生產中。
1.3超聲波模塊
基于超聲波定位原理，在小車前端設置3個超聲波傳感器，中間超聲波傳感器測小車與目標正對距離，左側和右側各1個超聲波傳感器測小車與目標的左右偏差。超聲波發送傳感器發出信號，遇到目標返回，超聲波接收傳感器接收信號后，輸出端輸出高電平，觸發中斷，讀取定時器計數值，實現測距。
1.4紅外模塊
紅外模塊由紅外線發射管和紅外接收頭兩部分組成。紅外線發射管放置在目標上，持續發射紅外信號；紅外接收頭置于小車前端中部，接收紅外信號，以甄別跟隨目標，實現特定跟隨。
1.5電機驅動模塊
對電機轉速的控制通過電機驅動器實現。電機驅動器采用脈寬調制(PWM)模式實現速度調控，使電源更節能，電路更高效。電機驅動器置于小車后部。
1.6避障模塊
避障模塊選用了三個紅外避障傳感器E18-D80NK-N，該傳感器具有探測距離遠、受可見光干擾小、性價比高、易裝配等特點。三個傳感器位于小車后部，并呈一定角度排列，分別用于檢測左后方、正后方、右后方三個方向的障礙物。小車后部接近物體時，傳感器會輸出數字信號（1個低電平信號），通過讀取電平信號即可判斷小車后方有無障礙。
1.7警報模塊
小車在實際運行中遇到丟失跟隨目標時，需要對外發出警報。警報模塊主要由蜂鳴器和LED燈組成。
1.8電源模塊
選用12V充電電池為直流電機供電。此外，將12V電壓通過L7805穩壓芯片穩壓后，電壓降至5V，為單片機系統和其他部件供電。
2系統原理設計
2.1系統總體設計
系統通過4個核心模塊函數（“紅外函數”、“脈沖函數”、“方向函數”、“行動函數”）實現小車對目標的自動跟隨。小車前端的紅外模塊接收紅外信號后，單片機通過“紅外函數”對信號進行甄別后，再控制3個超聲波傳感器向目標發射并接收超聲波信號，單片機通過“脈沖函數”對信號接收時間進行運算，計算出各個傳感器到目標的距離。然后基于超聲波定位相應的算法，可確定目標相對小車的具體方位，通過“方向函數”明確小車行動方向，“行動函數”使PWM控制電機轉速，實現小車按照設定距離跟隨目標。當目標在位置2時，小車直行，離目標遠則前進，反之后退；當目標在位置1或位置3時，小車左轉或右轉，小車通過“左側輪后退，右側輪前進”來實現左轉，右轉同理。另外，系統通過“避障函數”實現小車避障功能，通過“報警函數”實現丟失目標時自動報警功能。
2.2“紅外函數”模塊
小車接收到紅外信號后，通過“紅外函數”對紅外信號解碼，信息判斷后，決定超聲波測距目標。
2.3“方向函數”模塊
“方向函數”通過“脈沖函數”測得距離，確定目標相對小車的具體方位，明確小車行動方向。
2.4“行動函數”模塊
“行動函數”分為前進、后退、左轉、右轉、靜止五部分，根據“方向函數”明確的行動方向，做出相應響應。
2.5跟隨系統設計
3測試數據與系統誤差
3.1系統測試
實驗測試系統響應特性，可通過不同距離時系統反應時間來衡量。由于超聲波傳播速度受溫度影響大，故將系統置于20℃環境下進行實驗。為盡可能排除外界不良因素對實驗的干擾，實驗在空曠、平穩、無風、無噪音、無電磁干擾的室內進行。
3.2誤差來源
（1）超聲波信號在傳播時的衰減。超聲波信號在傳播時，隨著檢測距離增大，聲波信號減弱，導致聲波信號的檢測難度加大，測距精度降低。（2）計時啟動和超聲波發射啟動間的偏差。由系統原理知，從系統計時啟動到目標超聲波發射啟動實際是先后完成的，存在時差，距離越遠，時差越大。
3.3減小測量誤差措施
針對測量距離較遠，聲波不易進入接收頭的問題，可采用在一個平面內，設置多個接收頭的辦法來解決。同時，為了彌補超聲波在傳播時的衰減，可增大發射的功率或延長發射的持續時間。對于計時啟動和超聲波發射啟動間的偏差，可采用無線電來傳播反饋的信號。
4結語
通過實驗驗證，小車反應時間為15ms至1s左右，能與主人保持4m以內的同步跟隨。系統采用充電環保電池，四驅電機驅動，不排放尾氣，具有簡單智能、環保清潔、方便實用、成本低廉的特點。系統應用范圍廣泛，可應用于旅館、超市、飛機場、高爾夫球場等公共場合。
作者：趙昊寧 聶憲波 關立強 鞏文文 邵澤健 單位：哈爾濱理工大學榮成學院
