【正文】 福建船政交通學(xué)院 1 目 錄 摘要 .................................................................2 引 言 ...............................................................2 1 Arduino 智能小車 設(shè)計 方案與參數(shù) ....................................3 Arduino 智能小車設(shè)計方案簡介 .............................3 功能要求 ..................................................3 基本原理 ..................................................3 循跡 小車 參數(shù) ................................................4 2 Arduino 與 51 單片機(jī)的區(qū)別 .........................................5 Arduino 單片機(jī) ..............................................5 Arduino 單片機(jī) 的 介紹 ......................................5 Arduino 單片機(jī)的特色 ......................................5 Arduino 單片機(jī)的功能 ......................................5 51 單片機(jī) ....................................................6 51 單片機(jī)的介紹 ...........................................6 51 單片機(jī)的功能 ...........................................6 Arduino 比 51 更好的地方 .....................................7 3 循跡 小車設(shè)計 ......................................................8 硬件設(shè)計 ....................................................8 單片機(jī)最小系統(tǒng) ............................................8 灰度傳感器模塊 .......................................... 9 電機(jī)驅(qū)動電路 .............................................10 軟件設(shè)計 ...................................................12 系統(tǒng)主程序 ...............................................13 本系統(tǒng)編譯器 .............................................13 實物展示 ..................................................144 部分程序 展示 ..............................................145 結(jié) 論 ..............................................................20 致 謝 ..............................................................21 參考文獻(xiàn) ............................................................22 Arduino 循跡小車 2 Arduino 循跡小車設(shè)計與實現(xiàn) 摘要 ： 循跡 小車 是 Arduino 單片機(jī) 的一種典型應(yīng)用。 本 智能小車 是由 ardiuno 單片機(jī)和外部電路組成 ，包括檢測模塊，控制模塊， 電源 模 塊 。 循跡車 設(shè)計采用 Arduino單片機(jī)作為小車的控制核心 ， 采用 灰度 傳感器作為小車的 檢測 模塊來識別 綠 色路面中央的黑色引導(dǎo)線，采集信號并將信號轉(zhuǎn)換為能被 ardiuno 單片機(jī)識別的數(shù)字信號；采用驅(qū)動芯片 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) ， 自動循跡 ， 驅(qū)動電路 。 引言 自第一臺工業(yè)機(jī)器人誕生以來，機(jī)器人的民展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。近年來機(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。人們在不斷探討、改造、認(rèn)識自然的過程 中，制造能替代人工作的機(jī)器一直是人類的目標(biāo) 。 單片機(jī)是一種可通過編程控制的微處理器，雖其自身不能單獨(dú)用在某項工程或產(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)自動化 ， 智能儀器儀表 ， 消費(fèi)類電子產(chǎn)品 ， 通信方面 ， 武器裝備 等。 作為 與自動化技 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，也為能更好的聯(lián)系實際應(yīng)用，本次畢業(yè)設(shè)計選擇了基于單片機(jī) Arduino 循跡車 ，并做出實物。鑒于電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及各種更先進(jìn)的仿真軟件的出現(xiàn)，使用高級語言如 C 代替匯編語言進(jìn)行編程和控制已成為現(xiàn)實，單片機(jī) C 語言編程相對于 MC51 匯編語言編程有如下優(yōu)點(diǎn)： 對單片機(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、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)完全由編輯器自動處理。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，可極大縮短開發(fā)時間，增加程序的可讀性和可維護(hù)性。 事實上，當(dāng)今許多硬件的開發(fā)都已開始用 C 語言編程，如各種單片機(jī)、 DSP、ARM 等，用 C 語言進(jìn)行工業(yè)控制也已成為一種趨勢，為了更好的適應(yīng)當(dāng)今社會形勢，為了更好的面對挑戰(zhàn)、把握機(jī)遇，此次畢業(yè)設(shè)計決定嘗試用 C 語言編程完福建船政交通學(xué)院 3 成。也希望能在進(jìn)一步熟悉單片機(jī)控制的同時，對數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、計算控制技術(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 設(shè)計 方案 與參數(shù) 根據(jù)設(shè)計要求， Arduino 智能小車要沿著山道環(huán)山跑一圈 。 Arduino 智能小車 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)動模塊 和心臟 電源模塊 。 Arduino 智能小車 方案簡介 依據(jù)所需功能的要求，設(shè)計計價器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和 硬件電路，繪制出智能小車的 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 。 功能要求 小車以 Arduino 為控制核心 , 用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 波，控制小車速度 。利用灰度 傳感器對路面黑色軌跡進(jìn)行檢測 ,并將路面檢測信號反饋給單 片機(jī)內(nèi) 。 單片機(jī)對采集到的信號予以分析判斷 ,及時控制驅(qū)動電機(jī)以調(diào)整小車轉(zhuǎn)向 ,從而使小車能夠沿著黑色軌跡自動行駛 ,實現(xiàn)小車自動尋跡的目的 。 基本原理 智能小車 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)動模塊 、 能源 電源模塊 , 智能車循跡行駛過程是：首先灰度傳感器將檢測到黑線的信號傳送給單片機(jī)最小系統(tǒng)，然后通過單片機(jī)最小系統(tǒng)的控制算法對信號進(jìn)行計算處理，將此信號在通過控制算法驅(qū)動電機(jī)，最后實現(xiàn)對智能車 運(yùn)動軌跡進(jìn)行實時控制。 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通過以植入的 c 語言程序為主進(jìn)行處理 。 灰度傳感器 為智能小車的眼睛，通過辨別地面的黑色 線條的物理信號，灰度再將之轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠處理的電平信號 。單片機(jī)將信號傳輸給 電機(jī)驅(qū)動模塊 ，即我們小車結(jié)構(gòu)的手腳 接受指令 運(yùn)行 。 智能車總體模塊設(shè)計 圖 如圖 11 所示。 Arduino 單片機(jī) L298N 驅(qū)動模塊 Arduino 循跡小車 4 圖 11 循跡 車總體模塊設(shè)計圖 循跡 小車參數(shù) 系統(tǒng)參數(shù)如下表所示： 微控制器 Arduino 路徑檢測模塊 灰度傳感器 倆 輪驅(qū)動 車模配套直流電機(jī) 直流電機(jī)驅(qū)動模塊 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 Arduino 單片機(jī) Arduino 單片機(jī)的介紹 Arduino 是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件 (各種型號的 Arduino 板 )和軟件 (Arduino IDE)。它適用于愛好者、藝術(shù)家、設(shè)計師 電源模塊 灰度 傳 感器 模塊 路徑 直流電機(jī) 小車 福建船政交通學(xué)院 5 和對于 互動 有興趣的朋友們。是一個基于開放原始碼的軟硬件平臺，構(gòu)建于開放原始碼 simple I/O 介面版，并且具有使用類似 Java 、 C 語言的Processing/Wiring 開發(fā)環(huán)境。 Arduino 包含兩個主要的部分 :硬件部分是可以用來做電路連接的 Arduino 電路板 。另外一個則是 Arduino IDE，你的計算機(jī)中的程序開發(fā)環(huán)境。你只要在 IDE 中編寫程序代碼，將程序上傳到 Arduino 電路板后，程序便會告訴 Arduino 電路板要做些什么了。 Arduino 單片機(jī)的特色 開放源代碼的電路圖設(shè)計，程序開發(fā)接口 可以 免費(fèi) 下載，也可依個人需求自己修改。 而且 低價格的微處理 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電路圖簡化 Arduino 模組，完成獨(dú)立運(yùn)作的微處理控制 ?？珊唵蔚嘏c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、 CCD 等輸入的裝置的互動內(nèi)容，可以更簡單地達(dá)成單人或多人游戲互動。 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，作出互動作品。 Arduino 可以使用現(xiàn)有的 電子元件 例如開關(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 或其他互動軟件 等 。 Arduino 的 IDE界面基于開放源代碼，可以免費(fèi)下載使用，開發(fā)出更多令人驚艷的互動作品。 在更 多功能上有 基于知識共享開放元源碼的電路圖設(shè)計 ，有 基于知識共享開放源碼的程式開發(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，簡化 Arduino 模組，完成獨(dú)立運(yùn)作的微處理控制 ， 可簡單地與傳感器，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 。 Arduino 循跡小車 6 51 單片機(jī) 51 單片機(jī)的介紹 51 單片機(jī)是對所有兼容 Inte