arduino循跡小車(chē)畢業(yè)論文.doc

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1、福建船政交通學(xué)院 目　錄 摘要 2 引 言 2 1 Arduino智能小車(chē)設(shè)計(jì)方案與參數(shù) 3 1.1 Arduino智能小車(chē)設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 3 1.1.1 功能要求 3 1.1.2 基本原理 3 1.2 循跡小車(chē)參數(shù) 4 2 Arduino與51單片機(jī)的區(qū)別 5 2.1 Arduino單片機(jī) 5 2.1.1 Arduino單片機(jī)的介紹 5 2.1.2 Arduino單片機(jī)的特色 5 2.1.3 Arduino單片機(jī)的功能 5 2.2 51單片機(jī) 6 2.2.1 51

2、單片機(jī)的介紹 6 2.2.2 51單片機(jī)的功能 6 2.3 Arduino比51更好的地方 7 3 循跡小車(chē)設(shè)計(jì) 8 3.1 硬件設(shè)計(jì) 8 3.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 8 3.1.2 灰度傳感器模塊 9 3.1.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 10 3.2 軟件設(shè)計(jì) 12 3.2.1 系統(tǒng)主程序 13 3.2.2 本系統(tǒng)編譯器 13 3.3 實(shí)物展示 14 3.4 部分程序展示 15 結(jié) 論 20 致 謝 21 參考文獻(xiàn) 22 Arduino循跡小車(chē)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘要：循跡小車(chē)是

3、Arduino單片機(jī)的一種典型應(yīng)用。本智能小車(chē)是由ardiuno單片機(jī)和外部電路組成，包括檢測(cè)模塊，控制模塊，電源模塊。循跡車(chē)設(shè)計(jì)采用Arduino單片機(jī)作為小車(chē)的控制核心，采用灰度傳感器作為小車(chē)的檢測(cè)模塊來(lái)識(shí)別綠色路面中央的黑色引導(dǎo)線，采集信號(hào)并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為能被ardiuno單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；采用驅(qū)動(dòng)芯片L298N構(gòu)成雙H橋控制直流電機(jī)。其中軟件系統(tǒng)采用C程序。 關(guān)鍵詞：Arduino單片機(jī)，自動(dòng)循跡，驅(qū)動(dòng)電路。 引言 自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來(lái)，機(jī)器人的民展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。近年來(lái)機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人

4、們?cè)诓粩嗵接?、改造、認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中，制造能替代人工作的機(jī)器一直是人類(lèi)的目標(biāo)。單片機(jī)是一種可通過(guò)編程控制的微處理器，雖其自身不能單獨(dú)用在某項(xiàng)工程或產(chǎn)品上，但當(dāng)其與外圍數(shù)字器件和模擬器件結(jié)合時(shí)便可發(fā)揮強(qiáng)大的功能，現(xiàn)在單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。例如：工業(yè)自動(dòng)化，智能儀器儀表，消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品，通信方面，武器裝備等。 作為與自動(dòng)化技術(shù)和電子密切相關(guān)的理工科學(xué)生，掌握單片機(jī)是最基礎(chǔ)的要求。為進(jìn)一步豐富和鞏固單片機(jī)知識(shí)，也為能更好的聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇了基于單片機(jī)Arduino循跡車(chē)，并做出實(shí)物。鑒于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及各種更先進(jìn)的仿真軟件的出現(xiàn)，使用高級(jí)語(yǔ)言如C代替匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程和控

5、制已成為現(xiàn)實(shí)，單片機(jī)C語(yǔ)言編程相對(duì)于MC51匯編語(yǔ)言編程有如下優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不需要有很深的理解就可以編程操作單片機(jī)。寄存器分配、不同存儲(chǔ)器的尋址及數(shù)據(jù)類(lèi)型等細(xì)節(jié)完全由編輯器自動(dòng)處理。程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，可使程序結(jié)構(gòu)化。庫(kù)中包括許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的處理能力，使用方便。具有方便的模塊化編程技術(shù)，使已編好的程序便于移植，可極大縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，增加程序的可讀性和可維護(hù)性。 事實(shí)上，當(dāng)今許多硬件的開(kāi)發(fā)都已開(kāi)始用C語(yǔ)言編程，如各種單片機(jī)、DSP、ARM等，用C語(yǔ)言進(jìn)行工業(yè)控制也已成為一種趨勢(shì)，為了更好的適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)形勢(shì)，為了更好的面對(duì)挑戰(zhàn)、把握機(jī)遇，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)決定嘗試

6、用C語(yǔ)言編程完成。也希望能在進(jìn)一步熟悉單片機(jī)控制的同時(shí)，對(duì)數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、計(jì)算控制技術(shù)以及常用外圍芯片有更深層次的了解，提高自己的綜合能力。 1 Arduino智能小車(chē)設(shè)計(jì)方案與參數(shù) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，Arduino智能小車(chē)要沿著山道環(huán)山跑一圈。Arduino智能小車(chē)主要由四部分組成：分別為大腦-微控制器Arduino、眼睛-灰度傳感器、軀體-電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和心臟-電源模塊。 1.1 Arduino智能小車(chē)方案簡(jiǎn)介 依據(jù)所需功能的要求，設(shè)計(jì)計(jì)價(jià)器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和硬件電路，繪制出智能小車(chē)的電路圖，再繪制程序框圖，之后編程并燒錄到單片機(jī)；將各模塊組合進(jìn)行調(diào)試。 1.1.1功能要求

7、 小車(chē)以Arduino 為控制核心, 用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，控制小車(chē)速度。利用灰度傳感器對(duì)路面黑色軌跡進(jìn)行檢測(cè),并將路面檢測(cè)信號(hào)反饋給單片機(jī)內(nèi)。單片機(jī)對(duì)采集到的信號(hào)予以分析判斷,及時(shí)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)以調(diào)整小車(chē)轉(zhuǎn)向,從而使小車(chē)能夠沿著黑色軌跡自動(dòng)行駛,實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)尋跡的目的。 1.1.2基本原理 智能小車(chē)系統(tǒng)主要由四部分組成：大腦-微控制器Arduino、眼睛-灰度傳感器、手腳-電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、能源-電源模塊, 智能車(chē)循跡行駛過(guò)程是：首先灰度傳感器將檢測(cè)到黑線的信號(hào)傳送給單片機(jī)最小系統(tǒng)，然后通過(guò)單片機(jī)最小系統(tǒng)的控制算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，將此信號(hào)在通過(guò)控制算法驅(qū)動(dòng)電機(jī)，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)

8、行實(shí)時(shí)控制。 微控制器-Arduino為內(nèi)部核心處理處理單元，將外部給予的電平信號(hào)通過(guò)以植入的c語(yǔ)言程序?yàn)橹鬟M(jìn)行處理?；叶葌鞲衅鳛橹悄苄≤?chē)的眼睛，通過(guò)辨別地面的黑色線條的物理信號(hào)，灰度再將之轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠處理的電平信號(hào)。單片機(jī)將信號(hào)傳輸給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，即我們小車(chē)結(jié)構(gòu)的手腳接受指令運(yùn)行。智能車(chē)總體模塊設(shè)計(jì)圖如圖1-1所示。 L298N 驅(qū)動(dòng)模塊 Arduino 單片機(jī) 電源模塊 灰度傳感器模塊 直流電機(jī) 小車(chē) 路徑 圖1-1 循跡車(chē)

9、總體模塊設(shè)計(jì)圖 1.2 循跡小車(chē)參數(shù) 系統(tǒng)參數(shù)如下表所示： 微控制器 Arduino 路徑檢測(cè)模塊 灰度傳感器 倆輪驅(qū)動(dòng) 車(chē)模配套直流電機(jī) 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 芯片：LM298N 電機(jī)電源 9V 3A 參數(shù) 2 Arduino與51單片機(jī)的區(qū)別 2.1 Arduino單片機(jī) 2.1.1 Arduino單片機(jī)的介紹 Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開(kāi)源電子原型平臺(tái)，包含硬件(各種型號(hào)的Arduino板)和軟件(Arduino IDE)。它適用于愛(ài)好者、藝術(shù)家、設(shè)計(jì)師和對(duì)于"互動(dòng)"有興趣的朋友們。是一個(gè)基于開(kāi)放原始碼的軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建

10、于開(kāi)放原始碼simple I/O介面版，并且具有使用類(lèi)似Java、C語(yǔ)言的Processing/Wiring開(kāi)發(fā)環(huán)境。Arduino包含兩個(gè)主要的部分:硬件部分是可以用來(lái)做電路連接的Arduino電路板;另外一個(gè)則是Arduino IDE，你的計(jì)算機(jī)中的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。你只要在IDE中編寫(xiě)程序代碼，將程序上傳到Arduino電路板后，程序便會(huì)告訴Arduino電路板要做些什么了。 2.1.2 Arduino單片機(jī)的特色 開(kāi)放源代碼的電路圖設(shè)計(jì)，程序開(kāi)發(fā)接口可以免費(fèi)下載，也可依個(gè)人需求自己修改。而且低價(jià)格的微處理控制器 (AVR系列控制器)，可以采用USB接口供電，不需外接電源，也可以

11、使用外部9VDC輸入。Arduino支持ISP在線燒，可以將新的"bootloader"固件燒入AVR芯片。有了bootloader之后，可以通過(guò)串口或者USB to RS232線更新固件。也可依據(jù)官方提供的Eagle格式PCB和SCH電路圖簡(jiǎn)化Arduino模組，完成獨(dú)立運(yùn)作的微處理控制;可簡(jiǎn)單地與傳感器，各式各樣的電子元件連接(例如:紅外線,超音波,熱敏電阻,光敏電阻,伺服馬達(dá),…等)支持多種互動(dòng)程序，如:Flash、Max/Msp、vvvv、PD、C、Processing等。應(yīng)用方面：利用Arduino，突破以往只能使用鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、CCD等輸入的裝置的互動(dòng)內(nèi)容，可以更簡(jiǎn)單地達(dá)成單人或多人

12、游戲互動(dòng)。 2.1.3 Arduino單片機(jī)的功能 在功能上可以快速使用Arduino與Adobe Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider等軟件結(jié)合，作出互動(dòng)作品。 Arduino可以使用現(xiàn)有的電子元件例如開(kāi)關(guān)或者傳感器或者其他控制器件、LED、步進(jìn)馬達(dá)或其他輸出裝置。 Arduino也可以獨(dú)立運(yùn)行，并與軟件進(jìn)行交互，例如: Macromedia Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data, VVVV或其他互動(dòng)軟件等。 Arduino的IDE界面基于開(kāi)放源代碼，可以免費(fèi)下載使用，開(kāi)發(fā)出更多令人

13、驚艷的互動(dòng)作品。 在更多功能上有基于知識(shí)共享開(kāi)放元源碼的電路圖設(shè)計(jì)，有基于知識(shí)共享開(kāi)放源碼的程式開(kāi)發(fā)環(huán)境。Arduino可使用ICSP線上燒入器，將「bootloader」燒入新的IC晶片，可依據(jù)官方電路圖，簡(jiǎn)化Arduino模組，完成獨(dú)立運(yùn)作的微處理控制，可簡(jiǎn)單地與傳感器，各式各樣的電子元件連接(例如:紅外線，超聲波，熱敏電阻，光敏電阻，伺服馬達(dá)等)，USB接口上，不需外接電源。另外有提供9V直流電源輸入。 2.2 51單片機(jī) 2.2.1 51單片機(jī)的介紹 51單片機(jī)是對(duì)所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱(chēng)。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8031單

14、片機(jī)，后來(lái)隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將占有大量市場(chǎng)。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門(mén)的一個(gè)單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。 2.2.2 51單片機(jī)的功能 51單片機(jī)的功能特點(diǎn)分別有：8位CPU4kbytes程序存儲(chǔ)器(ROM) (52為8K)，128bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM) (52有256bytes的RAM)，32條I/O口線111條指令，大部分為單

15、字節(jié)指令，21個(gè)專(zhuān)用寄存器，2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)(52有6個(gè))，一個(gè)全雙工串行通信口，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB，外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB，邏輯操作位尋址功能雙列直插40PinDIP封裝。 51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別為CPU:由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器;RAM:用以存放可以讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù);ROM:用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格;I/O口:四個(gè)8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；T/C:兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式;五個(gè)中斷源的中斷控制系

16、統(tǒng); 一個(gè)全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信;片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最佳振蕩頻率為6M-12M。 2.3 Arduino比51更好的地方 Arduino與51單片機(jī)相比：變更人性化，編程相對(duì)人性化和直觀，沒(méi)有單片機(jī)基礎(chǔ)的人也能很快上手。硬件性能上，Arduino更加穩(wěn)定，不會(huì)像51一樣時(shí)常出現(xiàn)跑飛的現(xiàn)象。Arduino作為開(kāi)源的一款的單片機(jī)，更重要的是在這個(gè)4g時(shí)代可搜尋的學(xué)習(xí)資料是非常多的。綜上所述，Arduino無(wú)疑是比51更適合新手和用于比賽專(zhuān)用的。 3 循跡

17、小車(chē)設(shè)計(jì) 3.1 硬件設(shè)計(jì) 3.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng) 主控機(jī)系統(tǒng)采用Arduino mega2560單片機(jī)，采用USB接口的核心電路板，它最大的特點(diǎn)就是具有多達(dá)54路數(shù)字輸入輸出，特別適合需要大量IO接口的設(shè)計(jì)。Mega2560的處理器核心是ATmega2560， 同時(shí)具有54路數(shù)字輸入/輸出口（其中16路可作為PWM輸出），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。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖3-1所示。 圖3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng) Arduino mega2560的主要參數(shù)： 處理器 AT

18、mega2560，工作電壓 5V，輸入電壓（推薦） 7-12V，輸入電壓（范圍） 6-20V，數(shù)字IO腳 54 (其中16路作為PWM輸出），模擬輸入腳 16，IO腳直流電流 40 mA，3.3V腳直流電流 50 mA，F(xiàn)lash Memory 256 K，（ATmega328，其中8 KB 用于 bootloader），SRAM 8 KB，EEPROM 4 KB，工作時(shí)鐘 16 MHz。 存儲(chǔ)器： ATmega2560包括了片上256KB Flash，其中8KB用于Bootloader。同時(shí)還有8KB SRAM和4KB EEPROM。 輸入輸出： 一共有數(shù)字輸入輸出口，4路串口信

19、號(hào)，6路外部中斷，14路脈沖寬度調(diào)制PWM（0--13），SPI（53(SS)，51(MOSI)，50(MISO)，52(SCK)）：SPI通信接口，16路模擬輸入，特別LED（13號(hào)）：Arduino專(zhuān)門(mén)用于測(cè)試LED的保留接口，和TWI接口（專(zhuān)門(mén)支持通信）。 3.1.2 灰度傳感器模塊 灰度傳感器是利用黑線對(duì)紅外線不同的反射能力通過(guò)光敏二極管或光敏三極管，接收反射回的不同光強(qiáng)信號(hào)，把不同光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，最后通過(guò)電阻，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的高低電平。灰度傳感器實(shí)現(xiàn)循跡的基本電路如3-2所示。 圖3-2 灰度傳感器電路圖 （1）灰度傳感器工作原理 傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅

20、外線，當(dāng)發(fā)射出的紅外線沒(méi)有被反射回來(lái)或被反射回來(lái)但強(qiáng)度不夠大時(shí)，光敏三極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)模塊的輸出端為低電平，指示二極管一直處于熄滅狀態(tài)；而當(dāng)紅外線被反射回來(lái)且強(qiáng)度足夠大，光敏三極管飽和，此時(shí)模塊的輸出端為高電平，指示二極管被點(diǎn)亮。 小車(chē)行駛過(guò)程中向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到綠色路線，地板發(fā)生漫反射，安裝在小型車(chē)的反射光接收器會(huì)接收；如果是遇到黑色路線，紅外光將被黑線吸收，安裝在小車(chē)上的接收管沒(méi)有收到紅外光?？刂破鲿?huì)根據(jù)是否收到反射的紅外光為判斷依據(jù)來(lái)確定的黑線的位置和小車(chē)的路線。這種探測(cè)方法，即利用紅外線在不同顏色的表面特征，具有不同的反射性能。 紅外發(fā)射和接收紅外線感應(yīng)器，可

21、以直接使用集成的紅外探頭，選擇寬度為3-5厘米的黑線。該傳感器的靈敏度是可調(diào)的，傳感器有時(shí)遇到黑線卻不能送出相應(yīng)的信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)傳感器上的可調(diào)電阻，適當(dāng)?shù)脑龃蠡驕p小可改變靈敏度。 （2）傳感器分布 傳感器通過(guò)信號(hào)采集，向單片機(jī)提供信息。因此傳感器合理的布局很重要，傳感器布局需要考慮小車(chē)行駛過(guò)程中信息檢測(cè)的準(zhǔn)確度和前瞻性，能使在相同數(shù)量的傳感器下，獲得更多的數(shù)據(jù)。 而由于考慮到我們改造車(chē)的車(chē)座較窄、不平整，且車(chē)身較請(qǐng)，適合放多的傳感器，最終決定選用對(duì)6個(gè)傳感器來(lái)進(jìn)行布局，即在車(chē)子底座前端放6個(gè)傳感器。這種布局是目前最適合我們改造車(chē)的布局方法。 3.1.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 本設(shè)計(jì)采用L29

22、8N電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片帶動(dòng)兩個(gè)5V的直流電動(dòng)機(jī)。 L298N是一個(gè)內(nèi)部有兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)芯片，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。使用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制，直接連接單片機(jī)管腳，具有兩個(gè)使能控制端，使能端在不受輸入信號(hào)影響的情況下不允許器件工作。L298N有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作。 (1) L298N引腳結(jié)構(gòu)如表3-1 圖3-3 L298N 驅(qū)動(dòng)芯片 表3-1 L298N引腳編號(hào)與功能: 引腳編號(hào) 名稱(chēng) 功能 1 電流傳感器A 在該引腳和地之間接小阻值電阻可用來(lái)檢測(cè)電流 2 輸出引腳1 內(nèi)置

23、驅(qū)動(dòng)器A的輸出端1，接至電機(jī)A 3 輸出引腳2 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的輸出端2，接至電機(jī)A 4 電機(jī)電源端 電機(jī)供電輸入端,電壓可達(dá)46V 5 輸入引腳1 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的邏輯控制輸入端1 6 使能端A 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的使能端 7 輸入引腳2 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的邏輯控制輸入端2 8 邏輯地 邏輯地 9 邏輯電源端 邏輯控制電路的電源輸入端為5V 10 輸入引腳3 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的邏輯控制輸入端1 11 使能端B 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的使能端 12 輸入引腳4 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的邏輯控制輸入端2 13 輸出引腳3 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的輸出端1，接至電機(jī)B 14

24、輸出引腳4 內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的輸出端2，接至電機(jī)B 15 電流傳感器B 在該引腳和地之間接小阻值電阻可用來(lái)檢測(cè)電流 （2） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理 電路的形狀很像字母H。四個(gè)三極管就是H橋的四條垂直線，而電機(jī)就是H中的橫線，如圖3-4所示。 圖3-4 L298N內(nèi)部H橋驅(qū)動(dòng)電路 H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包含四個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須遵循導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。基于不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，電流可可以從左至右流過(guò)電機(jī)，也可以從右至左流過(guò)電機(jī)。當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右流過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極，該流向的電

25、流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。下面分析另一對(duì)三極管Q2和Q3，當(dāng)兩個(gè)三極管同時(shí)導(dǎo)通的情況下，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)。從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。 電機(jī)控制邏輯如下：以電機(jī)A為例，當(dāng)使能端ENA為高電平時(shí)，如果輸入引腳IN1為低電平而輸入引腳IN2為高電平，電機(jī)A反轉(zhuǎn)；如果輸入引腳IN1為高電平而輸入引腳IN2為低電平，電機(jī)A正轉(zhuǎn)。 電機(jī)A 電機(jī)B 圖3-5 L298N驅(qū)動(dòng)芯片和直流電機(jī)接線圖 3.2 軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的目的是以Arduino單片機(jī)為控制核心，將紅外光電傳感器輸出的電信號(hào)送至單片機(jī)電路，再由單片機(jī)向L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送指

26、令，控制后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)行進(jìn)，控制前輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)轉(zhuǎn)向，從而自動(dòng)循跡。 3.2.1 系統(tǒng)主程序 在主程序模塊中，需要完成對(duì)各參量和接口的初始化、檢測(cè)黑線、前進(jìn)或轉(zhuǎn)向判斷等工作。當(dāng)小車(chē)探測(cè)到黑線后，根據(jù)檢測(cè)到黑線的傳感器的編號(hào)不同，小車(chē)要做出相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)小車(chē)左邊的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，說(shuō)明小車(chē)車(chē)頭向右邊偏移，這時(shí)主控芯片控制前輪電機(jī)反轉(zhuǎn)，車(chē)體向左邊修正；同理當(dāng)小車(chē)的右邊傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制前輪電機(jī)正轉(zhuǎn)，車(chē)體向右邊修正；當(dāng)黑線在車(chē)體的中間，中間的傳感器一直檢測(cè)到黑線，這樣小車(chē)就會(huì)沿著黑線自動(dòng)循跡。主程序流程如圖3-6所示。 圖3-6 循跡車(chē)程序流程圖 3.2.2 本系統(tǒng)編

27、譯器 本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言來(lái)編譯程序。模塊化結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也使其他人更好地理解和閱讀系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。因此，軟件的設(shè)計(jì)上，運(yùn)用了模塊化程序的結(jié)構(gòu)對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得程序變得更加直觀易懂。 隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，ARDUINO IDE軟件是目前Arduino專(zhuān)用開(kāi)發(fā)的軟件，界面清晰整潔,編程簡(jiǎn)便。. ARDUINO IDE開(kāi)發(fā)系統(tǒng)可用于編輯C。由編譯器編譯可以生成目標(biāo)文件（.ino）。 3.2.3 實(shí)物展示 圖3-7 小車(chē)全景圖 19

28、 3.4 部分程序展示 unsigned int p_1=22; unsigned int p_2=24; unsigned int p_3=26; unsigned int p_4=28; unsigned int p_5=30; unsigned int p_6=32; #define l 1 #define r 2 #define rl 3 unsigned int num,co,c=0,mum,d=0; int t; void setup() { pinMode(2,OUTPUT);//lift back

29、 pinMode(3,OUTPUT);//lift go pinMode(4,OUTPUT);//right back pinMode(5,OUTPUT);//right go for(t=22;t<=52;t++) { pinMode(t, INPUT); } } void stop (unsigned char m) { switch(m) { case r : analogWrite(5,0); analogWrite(4,0); case l : analogWrite(3,0);

30、analogWrite(2,0); case rl : analogWrite(5,0); analogWrite(4,0); analogWrite(3,0); analogWrite(2,0); default : break; } } void FOLL_FINE(unsigned int ti) { while(1) { num=0; p_1=digitalRead(22); p_2=digitalRead(24); p_3=digitalRead(26); p_4=digitalRead(28

31、); p_5=digitalRead(30); p_6=digitalRead(32); if(p_1) num++; if(p_2) num++; if(p_3) num++; if(p_4) num++; if(p_5) num++; if(p_6) num++; if(num>3) { //for(co=0;co<200;co++); num=0; p_1=digitalRead(22); p_2=digitalRead(24); p_3=d

32、igitalRead(26); p_4=digitalRead(28); p_5=digitalRead(30); p_6=digitalRead(32); if(p_1) num++; if(p_2) num++; if(p_3) num++; if(p_4) num++; if(p_5) num++; if(p_6) num++; if(num>3) { c=c+1; } if(c==ti) { analogWri

33、te(2,0); analogWrite(4,0); analogWrite(3,40); analogWrite(5,40); delay(350); return; } } if(p_3) { analogWrite(2,0); analogWrite(4,0); analogWrite(3,90); analogWrite(5,90); } else if(p_4) {

34、analogWrite(2,0); analogWrite(4,0); analogWrite(3,90); analogWrite(5,90); } else if(p_2) { analogWrite(2,30); analogWrite(4,0); analogWrite(3,0); analogWrite(5,40); } else if(p_5) { analogWrite(2,0); analogWrite(4,30);

35、 analogWrite(3,40); analogWrite(5,0); } else if(p_1) { analogWrite(2,40); analogWrite(4,0); analogWrite(3,0); analogWrite(5,50); } else if(p_6) { analogWrite(2,0); analogWrite(4,40); analogWrite(3,50); analogWrite(5,

36、0); } } } void TURN_90(unsigned char e) { stop(rl); delay (500); if(e==r) { delay (10); analogWrite(2,0); analogWrite(4,70); analogWrite(3,60); analogWrite(5,0); delay (450); do { p_1=dig

37、italRead(22); p_2=digitalRead(24); p_3=digitalRead(26); p_4=digitalRead(28); p_5=digitalRead(30); p_6=digitalRead(32); if(p_4||p_3) { delay (3); p_1=digitalRead(22); p_2=digitalRead

38、(24); p_3=digitalRead(26); p_4=digitalRead(28); p_5=digitalRead(30); p_6=digitalRead(32); } } while(!(p_4||p_3)); } else if(e==l) { delay (10); analogWrite(2,70);

39、 analogWrite(4,0); analogWrite(3,0); analogWrite(5,60); delay (450); do { p_1=digitalRead(22); //讀取12位灰度 p_2=digitalRead(24); p_3=digitalRead(26); p_4=digitalRead(28); p_5=digitalRead(30); p_6=digitalRead(32)

40、; if(p_3||p_4) { delay (3); p_1=digitalRead(22); p_2=digitalRead(24); p_3=digitalRead(26); p_4=digitalRead(28); p_5=digitalRead(30); p_6=digitalRead(32); } } while(!(p_3||p_4)); }

41、 stop(rl); delay (100); } void loop() { while(1) { FOLL_FINE(1); 結(jié) 論 經(jīng)過(guò)努力《Arduino循跡小車(chē)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》實(shí)務(wù)專(zhuān)題的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于接近尾聲。較好地實(shí)現(xiàn)了小車(chē)自動(dòng)循跡行駛功能。但是仍舊有許多不足的地方，循跡車(chē)部分由于是遙控車(chē)改造所以無(wú)法進(jìn)行大幅度的拐彎，循跡行駛的靈敏度不高，循跡部分的這兩個(gè)問(wèn)題造成拍攝視頻時(shí)難度加大。 以為學(xué)的知識(shí)已經(jīng)很完善，但是通過(guò)這次對(duì)《Arduino智能小車(chē)》實(shí)務(wù)專(zhuān)題的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我認(rèn)識(shí)到自己所學(xué)的東西不過(guò)是

42、冰山一角，認(rèn)識(shí)到理論和實(shí)踐相合的重要性。之后，我會(huì)更加勤奮地去學(xué)習(xí)。如果說(shuō)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們這幾個(gè)月艱苦奮斗的“硬件”成果，那么能夠激起我對(duì)知識(shí)的不斷渴求則是這幾月不懈努力的“軟件”成果。 通過(guò)這“最后一次的大學(xué)作業(yè)”，我深刻理解了理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要性，理論與實(shí)踐相結(jié)合不僅可以鞏固我們所學(xué)的的知識(shí)，還加深與鞏固了原有的知識(shí)，更重要的是還拓寬了我們的知識(shí)面，學(xué)到了更多更深的東西，與此同時(shí)，自己的動(dòng)手能力也大大的提高。在說(shuō)明文的編寫(xiě)過(guò)程中，查閱了不少的相關(guān)資料，使我Arduino單片機(jī)、L298N驅(qū)動(dòng)芯片、灰度傳感器、光電傳感器等電子元器件有了更進(jìn)一步的了解和掌握，同時(shí)也襯托出自己專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)

43、得還不扎實(shí)。特別是在電路制作過(guò)程中，由于缺少實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)單片機(jī)的很多功能還不能熟練的掌握。所以在今后的工作和學(xué)習(xí)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，不段以理論和實(shí)踐相結(jié)合，鍛煉出具有突出的專(zhuān)業(yè)技能，不段完善自己，拓寬知識(shí)面，最終成為復(fù)合型人才，適應(yīng)社會(huì)的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)人生的自我價(jià)值。 致 謝 在此次設(shè)計(jì)中，童曉薇老師作為我的指導(dǎo)老師，至始至終都給予我了不少幫助，從下任務(wù)書(shū)開(kāi)始，就幫我制定規(guī)劃，提醒我應(yīng)注意的問(wèn)題；借給我資料，幫我聯(lián)系硬件；和我一起調(diào)程序，并提出了很多的修改意見(jiàn)以及完善方案；此外還認(rèn)真批閱了我的論文，指出其中很多瑕疵和不清晰的地方；更重要的是在我遇到困難時(shí)

44、對(duì)我的鼓勵(lì)，讓我不懈怠、不退縮、也讓我更有信心；可以說(shuō)我的每一點(diǎn)進(jìn)展都與童老師的付出是分不開(kāi)的。 當(dāng)然在此，我還要向身邊關(guān)心我的老師、同學(xué)致以誠(chéng)摯的謝意！最后感謝母校對(duì)我這幾年的辛勤培養(yǎng)。還有其他老師和同學(xué)，都幫了我不少忙，在此不再一一陳述。謹(jǐn)祝老師們工作順利，萬(wàn)事如意，桃李滿天下；同學(xué)們學(xué)業(yè)有成，前程似錦！ 參考文獻(xiàn) [1]基于Arduino的趣味電子制作 Simon Monk、張寶玲、吳蘭臻、 鄭海昕 科學(xué)出版社(2011-07出版) [2] (英)Simon M

45、onk，ARDUINO 編程從零開(kāi)始， 科學(xué)出版社 [3] 單成祥，牛彥文，傳感器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，北京: 國(guó)防工業(yè)出版社，2007 [4] 竇振中，單片機(jī)外圍部件實(shí)用手冊(cè)輸出通道器件分冊(cè)，北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003. [5] 楊素行，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程(第三版)，北京：高等教育出版社，2005 [6] 閻石，數(shù)字電子技術(shù)(第五版)，北京：高等教育出版社，2006 [7] 孫余凱，傳感器應(yīng)用電路300例[M]，北京: 電子工業(yè)出版社，2008. [8] 陳曉莉，張俊濤，KEIL C51單片機(jī)仿真器的設(shè)計(jì)第二版，陜西科技大學(xué)出版社，2006:19－20 [9] 張一斌，余建坤，單片機(jī)原理課程設(shè)計(jì)，長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2008 21