基于Arduino的循跡避障小車的設(shè)計(jì)與研究

鳳嬌

(山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院 山東 青島 266590)

基于Arduino的循跡避障小車的設(shè)計(jì)與研究

王賀于蘭浩李錚王鳳嬌曹冬冬黃曉松

(山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院山東青島266590)

本文設(shè)計(jì)了循跡避障小車，以Arduino Mega2560為主控制板，L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，紅外傳感器和超聲波傳感器結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)小車靈敏的循跡和避障，通過藍(lán)牙模塊，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)和PC對(duì)小車的控制。

Arduino；循跡避障小車；傳感器

一、引言

循跡避障小車屬于輪式機(jī)器人，因其價(jià)格低廉并且適合在許多環(huán)境下工作，因此得到廣泛應(yīng)用[1]。智能小車是一種集環(huán)境探測(cè)、智能決策和自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合機(jī)電系統(tǒng)。在循跡避障小車上加裝機(jī)械手或其他裝置可以在特定環(huán)境下實(shí)現(xiàn)特定的功能。

二、循跡避障小車總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文使用SolidWorks軟件對(duì)循跡小車的整體模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括小車的底盤、兩個(gè)直流電機(jī)、兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪、一個(gè)前置萬向輪和萬向輪支架。小車的前行動(dòng)力是靠?jī)蓚€(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并通過萬向輪調(diào)整前行的方向(如圖1)。

圖1 小車總體裝配圖

三、Arduino微處理器控制理論

常見的Arduino控制板主要有Mega 2560、Mega ADK、Mini、Nano控制板，本文選用的是Arduino Mega2560控制板。Aduino Mega2560具有多達(dá)54路的數(shù)字輸入輸出接口，14路脈沖寬度調(diào)制PWM，16路模擬輸入接口，其供電方式可以通過電源插座供電，也可以將電池直接連接到板卡上電源連接器的VIN和GND引腳或利用USB接口直接供電[2]。

四、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)小車循跡原理

在小車車頭安裝有兩個(gè)紅外傳感器，紅外尋線傳感器主要用于小車前行時(shí)的巡線，小車在前行時(shí)可以沿著黑線前行。

(二)小車避障原理

選用HC-SR04超聲波測(cè)距傳感器，其測(cè)距精度可高達(dá)2mm，測(cè)距范圍為2～400cm，抗干擾的性能和穩(wěn)定性能也相對(duì)較高。小車有兩個(gè)避障傳感器，分別為前避障傳感器和后避障傳感器。在小車前行過程中如果有障礙物，前避障傳感器立即旋轉(zhuǎn)進(jìn)行測(cè)距，經(jīng)MCU計(jì)算發(fā)出方向指令并有輪子旋轉(zhuǎn)。后避障傳感器安裝與車體平面呈約50度角，負(fù)責(zé)后退過程中的后方和上方障礙物的檢測(cè)。

圖2 HC-SR04超聲波傳感器電路原理圖

(三)手機(jī)藍(lán)牙模塊的設(shè)計(jì)

選用的藍(lán)牙模塊為HC-06從模塊，該模塊具有4個(gè)引腳，該模塊為從機(jī)模塊，可以和具有藍(lán)牙功能的手機(jī)進(jìn)行配對(duì)，通過藍(lán)牙發(fā)送控制指令，接收端在收到信息后根據(jù)指令內(nèi)容驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)車體的前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)和停止的功能。

五、Arduino IDE編程軟件代碼設(shè)計(jì)及調(diào)試

Arduino IDE是Arduino開放源代碼的集成開發(fā)環(huán)境，Arduino IDE編好程序之后，單擊校驗(yàn)按鈕，編譯成功后，單擊下載，通過數(shù)據(jù)線將程序下載到Arduino板子上。

在控制直流電機(jī)時(shí)要控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)時(shí)間、旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速，需要兩個(gè)控制引腳和一個(gè)PWM控制引腳，其中兩個(gè)引腳用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，而PWM信號(hào)用來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和啟停。

圖3 程序代碼窗口

六、總結(jié)

本文對(duì)循跡小車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用Arduino Mega2560為主控制板，L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，紅外傳感器和超聲波避障傳感器相結(jié)合控制，通過Arduino IDE軟件編程和調(diào)試，保證了小車的平穩(wěn)運(yùn)行。

[1]王晶.智能小車運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

[2]黃春平，萬其明，葉林.基于51單片機(jī)的智能循跡小車的設(shè)計(jì)[J]儀表技術(shù)，2011(2)

王賀(1994-)，男，漢，研究生在讀，山東科技大學(xué)，研究方向機(jī)電液控制。