【正文】 和分析問題能力，受益匪淺。 圖 編程界面 第 34 頁 Arduino 語言是以 setup()開頭， loop()作為主體的一個程序構(gòu)架。 第 33 頁 在 PC 機上上最常見的串行通信協(xié)議是 RS232 串行協(xié)議，而在各種微控制器（單片機）上采用的則是 TTL 串行協(xié)議。 PWM 是一種開關(guān)式穩(wěn)壓電源應用，它是借助微處理器的數(shù)字輸出來對模 擬電路進行控制的一種非常用效的技術(shù)，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。例如，電路中的溫度傳感器能夠?qū)囟戎缔D(zhuǎn)換成 0V到 5V 間的某個電壓，比如 、 等。 Arduino 單片機 引腳簡介 Arduino的數(shù)字 I/O被分成兩個部分，其中每個部分都包含有 6個可用的 I/O管腳，即管腳 2到管腳 7和管腳 8到管腳 13。 Arduino 開發(fā) IDE 接口基于開放源代碼原，可以讓您免費下載使用開發(fā)出更多令人驚艷的互動作品。 電機控制信號 控制信號定義 電機控制信 號 共三根： Ctrl1 為 PWM 控制信號。能夠解決這個問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重（如老式的家庭立體聲設備）和昂貴。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。 第 26 頁 圖 電磁蓋板上的支點 直流電機 H 橋驅(qū)動電路 (PWM) 脈沖寬度調(diào)制 (PWM)，是英文 “Pulse Width Modulation” 的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。 沒有像玩具和模型那樣，提供做好的電池組，是因為在使用中發(fā)現(xiàn)，通常不是電池組內(nèi)所有電池都同時失效，這樣會給用戶帶來不必要的損失，所以還是用電池盒。 這樣就要求車輪中置，如下圖： 圖 這種驅(qū)動方式，需要前后 2 個支點，這樣就形成了 4點共面問題，如場地稍有不平，就會導致一個驅(qū)動輪懸空，小車打轉(zhuǎn)。k14。in。 sum=SendData[5]+SendData[6]+SendData[7]。 SendData[0]=0x55。 ? 命令四：讀測量數(shù)據(jù)，對于自動測量方式的被動數(shù)據(jù)返回模式，需要此命令。 返回數(shù)據(jù)幀為： 幀頭 發(fā)送方地址 自己的地址 幀長 命令 低地址 高地址 寫成功字節(jié)數(shù) 校驗和 通過“寫成功字節(jié)數(shù)”來告之發(fā)送方是否寫成功，如果為“ 0”，表示寫操作失敗。 發(fā)送方地址 —— 告訴接收方，便于接收方 回答。 工作分為“自動測量”和“單輪測量”兩種模式。單片機此時開始計時。 超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知 ，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 本設計中未采用，簡述之。將該信號傳輸?shù)絾纹瑱C的內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)，根據(jù)預先實測的數(shù)據(jù)換算關(guān)系即可計算出電動機車的行車距離。由此可見，測距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到一個脈沖 第 9 頁 信號經(jīng)過整形器后送入計數(shù)器或直接送入單片機中。本車有兩只輪子，分別由兩只直流電動機驅(qū)動。 但使用超聲波模塊的成本比較高。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖 1所示。 課題 主要內(nèi)容 本課題南京嵌入之夢工作室的 fira 智能小車平臺，選擇通用、價廉的Arduino 單片機為控制平臺，通過細化設計要求，結(jié)合傳感器技術(shù)和電機控制技術(shù)相關(guān)知識實現(xiàn)小車的各種功能。 智能車輛研究也是智能交通系統(tǒng) ITS 的關(guān)鍵技術(shù)。 另外，斯特拉斯堡實驗中心、英國國防部門的研究、美國卡內(nèi)基梅隆大學、奔馳公司、美國麻省理工學院、韓國理工大學對智能車輛也有較多的研究。在世界科學界和工業(yè)設計界中，眾多的研究機構(gòu)研 第 3 頁 發(fā)的智能車輛具有代表性的有： 德意志聯(lián)邦大學的研究 1985 年，第一輛 VaMoRs 智能原型 車輛在戶外高速公路上以 100km/h 的速度進行了測試，它使用了機器視覺來保證橫向和縱向的車輛控制。在歐洲，普羅米修斯項目于 1986 年開始了在這個領域的探索。智能車輛的一個基本特征是在一定道路條件下實現(xiàn)全部或者部分的自動駕駛功能，下面簡單介紹一下國內(nèi)外智能小車研究的發(fā)展情況。因此，智能小車具有再編程的特性，是機器人的一種。可見其研究意義很大。 本系統(tǒng)在硬件設計方面，以 Arduino 單片機為控制核心，以 超聲波傳感器檢測前方障礙物，從而自動避障 。在軟件方面，利用 C語言進行編程，通過軟件編程來控制小車運轉(zhuǎn)。本設計就是在這樣的背景下提出的，指導教師已經(jīng)有充分的準備。 中國自 1978 年把“智能模擬”作 為國家科學技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的主要研究課題，開始著力研究智能化。 國外智能車輛研究現(xiàn)狀 國外智能車輛的研究歷史較長，始于 上世紀 50 年代。在美洲，美國于 1995 年成立了國家自動高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟（ NAHSC） ，其目標之一就是研究發(fā)展智能車輛的可能性，并促進智能車輛技術(shù)進入實用化。 1988 年，在都靈的 PROMRTHEUS 項目第一次委員會會議上，智能車輛維塔（ VITA,7t）進行了展示，該車可以自動停車、行進，并可以向后車傳送相關(guān)駕駛信息。 國 內(nèi)智能車輛研究現(xiàn)狀 相比于國外，我國開展智能車輛技術(shù)方面的研究起步較晚，開始于 20 世紀80 年代。目前， 國內(nèi)的許多高校和科研院所都在進行 ITS 關(guān)鍵技術(shù)、設備的研究。設計完成以由超聲波測距、自動避障組成的硬件模塊結(jié)合軟件設計組成多功能智能小車，共同實現(xiàn)小車的前進倒退、轉(zhuǎn)向行駛，自動根據(jù)超聲波檢測前方障礙物距離，進行導航，檢測障礙物后停止等功能，實現(xiàn)智能控制，達到設計目標。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 主控單元方案比較與選擇 按照題目要求，控制器主要用于控制電機，通過相關(guān)傳感器對路面的軌跡信 Arduino 單片機 驅(qū)動電路 直流電動機 輪子 超聲波傳感器 電源 第 6 頁 息進行處理，并將處理信號傳輸給控制器，然后控制器做出相應的處理，實現(xiàn)小車的自動循跡和自動避障。因此我們考慮其它的方案，超聲波傳感器實物圖如下圖 2 所示： 圖 超聲波傳感器 方案二：用漫反射式光電開關(guān)進行避障。 由于紅外檢測具有反應速度快、定位精度高，可靠性強以及可見光傳感器所不能比擬的優(yōu)點，故采用紅外光電碼盤測速方案。 單片機通過計數(shù)值，即可求得 小車的 大概行駛距離，根據(jù)單位時間內(nèi)的計數(shù)值，也可求得轉(zhuǎn)速。 具體電路同圖 行車距離檢測電路所示： 圖 碼盤 檢測電路 為了避免在變換狀態(tài)時產(chǎn)生“毛刺”， 整形電路 是利用運放設計了“施密特”電路，用回差消除之。 超聲波測距 由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如 測距儀 和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。 壓電式超 聲波發(fā)生器原理 壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。由此可見，超聲波測距原理與雷達原理是一樣的。 接收回路為諧振回路，將收到的微弱回波信號檢出，送信號放大電路放大，收到產(chǎn)生脈沖輸出送單片機中斷端，單片機收到中斷信號后停止計時，計算出距離值，保存等待讀出或直接經(jīng) UART 送出。 “自動測量”時，傳感器按一定周期自動完成測量過程，并保存測量數(shù)據(jù)。 幀長 —— 命令和數(shù)據(jù)域字節(jié)之和， 命令 —— 說明操作內(nèi)容，詳見下面的定義 數(shù)據(jù)域 —— 與命令配合，表達一個完整的含義。 ? 命令三：設置工作模式，設置測量模式，并啟動測量。 命令字 —— 0x04 數(shù)據(jù)域 —— 讀最近幾次的數(shù)據(jù)（ 1 字節(jié)） 返回數(shù)據(jù)幀為： 幀頭 發(fā)送方地址 自己的地址 幀長 命令 測量數(shù)據(jù) 校驗和 通訊是個過程，包含等待處理，所以需要定義狀態(tài)變量，以控制處理的內(nèi)容和方式。 SendData[1]=0xAA。 SendData[8]=~sum。i++) { RecvData[i]=()。k++){sum=sum+RecvData[k]。 用 4 個支點來保證小車的平穩(wěn)（見上面小車的底部視圖）。 電池安裝位置設計在小車底部，降低了重心，使小車更加平穩(wěn)。 脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用 微處理器 的數(shù)字輸出來對 模擬電路 進行控制的一種非常有效的技術(shù)。 模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在 {0V,5V}這一集合中取值。模擬電路還有可能嚴重發(fā)熱，其功耗相對于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。 Ctrl2 和 Ctrl3 組合，得到電機的四個工作狀態(tài)：正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 剎車 惰行。 Arduino 單片機 特色 : 開放源代碼的電路圖設計，程序開發(fā)接口免費下載，也可依需求自己修改。在數(shù)字電路中開關(guān)（ switch）是一種基本的輸入形式，它的作用是 保持電路的連接或者斷開。由于傳感器表達的是模擬信號， 它不會像數(shù)字信號那樣只有簡單的高電平和低電平，而有可能是在這兩者之間的任何一個數(shù)值。簡而言之， PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法，它通過對半導體開關(guān)器件的導通和關(guān)斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等但寬度不相等的脈沖，而這些脈沖能夠被用來代替正弦波或其它所需要的波形。由于這兩者的電平有很大的不同，因此在實現(xiàn) PC 機和微控制器的通信時，必須進行相應的轉(zhuǎn)換。官方網(wǎng)站是這樣描述 setup()的：用來初始化變量，管腳模式，調(diào)用庫函數(shù)等等，此函數(shù)只運行一次。 通過 三年 的大專生活， 我 學到了很多知識，更重要的是有了較快掌握一種新事物的能力。根據(jù)自身愛好和能力，業(yè)余參與了一些活動，為個人綜合素質(zhì)的全面發(fā)展打下基礎。 本人在大專階段所獲頗豐，從學業(yè)、生活工作，到個人素質(zhì)，都得到了充分的培養(yǎng)和鍛煉，是充實且有意義的 三年 。認識了許多同學和老師，建立起友誼，并在與他們的交往中提升了自身素質(zhì)，認清了自身的一些短處并盡力改正?！?。 根據(jù) Arduino 的原理圖我們不難看出， ATmega 的 RX 和 TX引腳一方面直接接到了數(shù)字 I/O 端口的 0號和 1 號管腳， 另一方面又通過電平轉(zhuǎn)換電路接到了串口的母頭上。該函數(shù)有兩個參數(shù)，其中第一個參數(shù)是要產(chǎn)生模擬信號的引腳（ 10或者 11）；第二個參數(shù)是用于產(chǎn)生模擬信號的脈沖寬度，取值 范圍是 0到 255。 Arduino 所采用的 ATmega8 微處理器一其有 6個模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC， Analog to Digital Converter），每一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度都是 10bit，也就是說能夠讀取 1024