基于Arduino單片機(jī)的智能循跡小車設(shè)計(jì)

趙閱涵

摘 要：智能小車可以協(xié)助人類完成危險(xiǎn)情況下的掃除路邊炸彈、偵測化學(xué)泄露物質(zhì)等任務(wù)。它的硬件電路采用Arduino單片機(jī)為核心處理器，遠(yuǎn)程控制功能利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)，紅外線傳感器FC-51采用紅外線探測法識(shí)別行進(jìn)路面上的黑色路徑，通過Arduino單片機(jī)和各個(gè)功能模塊的協(xié)同工作最終實(shí)現(xiàn)智能循跡小車的智能性與實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：Arduino 單片機(jī) 智能 循跡

中圖分類號(hào)：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2019）03-0-01

一、 背景與現(xiàn)狀

智能小車在國外已經(jīng)有幾十年的發(fā)展，發(fā)達(dá)國家已向月球和火星發(fā)射多個(gè)無人勘測車。月球勘測車可在月球表面進(jìn)行實(shí)地勘測，并利用攜帶的儀器進(jìn)行月壤厚度和結(jié)構(gòu)的科學(xué)探測。火星勘測車可探測未知世界，尋找新的適合人類居住的星球，為人類揭開火星的神秘面紗。總而言之，無論在工程技術(shù)方面，還是在科學(xué)研究方面，智能小車對太空探測事業(yè)都具有非凡的意義。

二、總體設(shè)計(jì)方案

1.設(shè)計(jì)任務(wù)要求

本設(shè)計(jì)主要包括以下幾項(xiàng)任務(wù)：（1）遠(yuǎn)程控制功能：小車可以與手機(jī)建立連接，通過手機(jī)下達(dá)指令控制小車。（2）循跡功能：小車可以沿指定路線行進(jìn)。

2.設(shè)計(jì)的技術(shù)要求

本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)所采用的核心處理器是Arduino單片機(jī)，成本較低，語言簡單易懂，大大減小設(shè)計(jì)難度。為了滿足與提高智能小車使用率，使其與人們生活相關(guān)切，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求應(yīng)滿足設(shè)計(jì)方便、體積小、功耗低、可靠性高、成本低等。

3.總體設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)硬件電路采用Arduino單片機(jī)作為核心處理器，通過藍(lán)牙模塊向小車下達(dá)指令，紅外線傳感器采集信息回饋Arduino單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)智能循跡小車的基本功能。采用這些傳感器與模塊，可以控制小車簡單行進(jìn)與循跡，從而來實(shí)現(xiàn)小車的智能化與實(shí)用價(jià)值。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用的核心控制器是Arduino單片機(jī)，通過藍(lán)牙模塊使小車和手機(jī)建立連接，可以在手機(jī)端下達(dá)指令控制小車。通過紅外線傳感器使小車實(shí)現(xiàn)循跡功能。

1.單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)

因本設(shè)計(jì)需要很多的IO接口，所以選取的單片機(jī)是Arduino Mega 2560。其處理器核心為ATmega 2560，具有54路數(shù)字輸入/輸出口，16路模擬輸入，4路UART接口，一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕。Arduino Mega 2560可以自動(dòng)選擇3種供電方式：外部直流電源通過電源插座供電；Arduino Mega 2560的GND和VIN引腳接外加電源；直流供電接其USB接口。

2.循跡模塊的原理

不同的物理表面顏色下紅外線反射的差異特性是紅外線探測法的原理。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號(hào)。傳感器的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線照射到黑線上被吸收時(shí)，紅外接收管處于關(guān)斷狀態(tài)，紅外線傳感器的指示燈會(huì)處于熄滅狀態(tài)，模塊輸出高電平；紅外線照射到白色跑道被反射回時(shí)，紅外接收管接收到信號(hào)處于飽和狀態(tài)，此時(shí)傳感器的指示燈會(huì)處于點(diǎn)亮狀態(tài)，模塊輸出低電平。從而小車根據(jù)接收到的信號(hào)產(chǎn)生的邏輯值自動(dòng)做出相應(yīng)的動(dòng)作，達(dá)到實(shí)現(xiàn)循跡功能的目的。

3.遠(yuǎn)程控制模塊的電路設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程控制模塊采用的是藍(lán)牙技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)是低成本和可以短距離無線連接的解決方案，藍(lán)牙模塊需要連接的設(shè)備發(fā)射無線電信號(hào)到藍(lán)牙模塊與其建立連接。藍(lán)牙設(shè)備的工作距離可達(dá)10米，最高速度10Mbps。為人們的工作和生活帶來更便利的溝通。本設(shè)計(jì)選用HC-05藍(lán)牙模塊。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)總程序流程設(shè)計(jì)

智能循跡小車先判斷是否接受到指令，然后判斷指令的類型并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)更改指令時(shí)判斷更改的指令類型并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，收到停止指令時(shí)小車停止。

2.循跡模塊子程序流程設(shè)計(jì)

當(dāng)智能循跡小車接收到循跡指令時(shí)，根據(jù)紅外線傳感器產(chǎn)生的邏輯值執(zhí)行其對應(yīng)的動(dòng)作，在收到停止指令時(shí)小車停止。

3.采用的編程語言

本次設(shè)計(jì)采用C語言作為編程語言。C語言是高級(jí)程序語言，事實(shí)上，任何高級(jí)語言程序最終必須要轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別、并能執(zhí)行的機(jī)器指令代碼，定位于存儲(chǔ)器。

五、硬件組裝及調(diào)試

1.元器件清單

Arduino單片機(jī)、紅外線傳感器（3個(gè)）、超聲波傳感器、藍(lán)牙模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、舵機(jī)模塊、小車模型、外加電源、杜邦線（若干）、電機(jī)、面包板。

2.調(diào)試過程

首先明確調(diào)試方法，這為整體調(diào)試明確了思路。因?yàn)楹附雍脤?shí)物后若出現(xiàn)實(shí)物不工作檢查起來很困難，所以本設(shè)計(jì)采用分塊調(diào)試法。先對Arduino單片機(jī)和各部分模塊進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過程很順利，各部分都可以正常工作。然后組裝個(gè)部件，焊接實(shí)物后檢查各功能是否可以實(shí)現(xiàn)。調(diào)試結(jié)果為小車正常工作，遠(yuǎn)程控制、循跡等各功能均可實(shí)現(xiàn)。證明智能小車設(shè)計(jì)以及組裝成功。

總結(jié)

智能小車可以代替人類在危險(xiǎn)情況下完成任務(wù)，還可以在生活當(dāng)中為人們提供便捷，創(chuàng)造實(shí)用價(jià)值。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案、選取硬件和設(shè)計(jì)電路是本設(shè)計(jì)深入學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，工作完成情況如下：完成了以Arduino為核心處理器的智能循跡小車整體設(shè)計(jì)方案；闡述了系統(tǒng)對于紅外線傳感器、藍(lán)牙模塊、驅(qū)動(dòng)模塊的選取原則；設(shè)計(jì)了各模塊和系統(tǒng)的電路圖；完成了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)工作很順利，不足的是由于連接Arduino單片機(jī)電源口的USB數(shù)據(jù)線太短，智能小車工作時(shí)提供電源的移動(dòng)電源體積、重量大使小車運(yùn)動(dòng)受限制。初步解決方法為更換小型移動(dòng)電源并設(shè)計(jì)固定裝置將其固定在智能小車上，達(dá)到一體化的美觀和實(shí)用。

總的來說，智能小車具有很多優(yōu)點(diǎn)，并且有廣闊的市場前景。所以設(shè)計(jì)智能小車是很有必要的，將智能深入人心是本人選擇這個(gè)題目的初心。

參考文獻(xiàn)

[1]朱濤.基于STC89C52單片機(jī)的智能循跡小車設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011（31）：193-195+200.

[4]徐健.嵌入式小車循跡控制系統(tǒng)[J].裝備制造技術(shù)，2012（05）：59-60.

[5]李毅，盧仁義，吳甜.智能尋跡小車[J].電子技術(shù)，2008（01）：41-43.