【文章內(nèi)容簡介】 no 與 51 單片機相比 ： 變更人性化，編程相對 人性 化和直觀 ， 沒有 單片機基礎(chǔ) 的人也能很快上手 。 硬件性能上， Arduino 更加穩(wěn)定，不會像51 一樣時常出現(xiàn)跑 飛的現(xiàn)象。 Arduino 作為開源的一款的單片機， 更重要 的是 在這個 4g 時代可搜尋的學(xué)習(xí)資料是非常多的。綜上所述， Arduino 無疑是比 51 更適合新手和用于比賽專用的 。 Arduino 循跡小車 8 3 循跡 小 車 設(shè)計 硬件設(shè)計 單片機最小系統(tǒng) 主控機系統(tǒng)采用 Arduino mega2560 單片機， 采用 USB 接口的核心電路板，它最大的特點就是具有多達 54 路數(shù)字輸入輸出，特別適合需要大量 IO接口的設(shè)計。 Mega2560 的處理器核心是 ATmega2560， 同時具有 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 16MHz 晶體振蕩器，一個 USB 口，一個電源 插座，一個 ICSP header和一個復(fù)位按鈕 。單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖 31 所示。 圖 31 單片機最小系統(tǒng) Arduino mega2560 的主要參數(shù) ： 處理器 ATmega2560， 工作電壓 5V， 輸入電壓（推薦） 712V， 輸入電壓（范圍） 620V， 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， 腳直流電流 50 mA， Flash Memory 256 K，（ ATmega328，其中 8 KB 用于 bootloader） ， SRAM 8 KB， EEPROM 4 KB，工作時鐘 16 MHz。 福建船政交通學(xué)院 9 存儲器 ： ATmega2560 包括了片上 256KB Flash，其中 8KB 用于 Bootloader。同時還有 8KB SRAM 和 4KB EEPROM。 輸入輸出 ： 一共有 數(shù)字輸入輸出口 ， 4 路串口信號 ， 6 路外部中斷 ， 14 路脈沖寬度調(diào)制 PWM（ 013） ， 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）： Arduino 專門用于測試 LED 的保留接口 ， 和 TWI 接口 （專門支持通信）。 灰度傳感器模塊 灰度 傳感器是利用黑線對紅外線不同的反射能力通過光敏二極管或光敏三極管，接收反射回的不同光強信號，把不同光強轉(zhuǎn)換為電流信號，最后通過電阻，轉(zhuǎn)換為單片機可識別的高低電平。 灰度 傳感器實現(xiàn)循跡的基本電路如 32 所示。 圖 32 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)射紅外線，當(dāng)發(fā)射出的紅外線沒有被反射回來或被反射回來但強度不夠大時，光敏三極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，此時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) 紅外線被反射回來且強度足夠大，光敏三極管飽和，此時模塊的輸出端為高電平，指示二極管被點 亮。 小 車行駛過程中 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Arduino 循跡小車 10 漫反射，安裝在小型車的反射光接收器 會 接收；如果是遇到黑色路線，紅外光將被黑線吸收，安裝在小車上的接收管沒有收到紅外光?？刂破鲿鶕?jù)是否收到反射的紅外光為判斷依據(jù)來確定的黑線的位置和小車的路線。這種探測方法，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，可以直接使用集成 的 紅外探頭 ， 選擇寬度為 35 厘米的黑線。該傳感器的靈 敏度是可調(diào)的，傳感器有時遇到黑線卻不能送出相應(yīng)的信號，通過調(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 傳感器通過信號采集，向單片機提供信息。因此傳感器合理的布局很重要，傳感器布局需要考慮小車行駛過程中信息檢測的準確度和前瞻性，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的車座較窄、不平整，且車身較 請，適合放 多的傳感器， 最終決定 選 用對 6 個傳感器 來 進行布局， 即在車子底座前端放 6個傳感器 。 這種 布局是目前最適合我們改造車的布局方法 。 電機驅(qū)動電路 本設(shè) 計采用 L298N 電機專用驅(qū)動芯片帶動兩個 5V 的直流電動機。 L298N 是一個內(nèi)部有兩個 H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動芯片，可以用來驅(qū)動直流電動機、步進電動機。使用標準邏輯電平信號控制，直接連接單片機管腳，具有兩個使能控制端，使能端在不受輸入信號影響的情況下不允許器件工作。 L298N 有一個邏輯電源輸入端，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 31 圖 33 L298N 驅(qū)動芯片 福建船政交通學(xué)院 11 表 31 L298N 引腳編號與功能 : 引腳編號 名稱 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檢測電流 2 輸出引腳 1 內(nèi)置驅(qū)動器 A 的輸出端 1，接至電機 A 3 輸出引腳 2 內(nèi)置驅(qū)動器 A 的輸出端 2，接至電機 A 4 電機電源端 電機供電輸入端 ,電壓可達 46V 5 輸入引腳 1 內(nèi)置驅(qū)動器 A 的邏輯控制輸入端 1 6 使能端 A 內(nèi)置驅(qū)動器 A 的使能端 7 輸入引腳 2 內(nèi)置驅(qū)動器 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)動器 B 的邏輯控制輸入端 1 11 使能端 B 內(nèi)置驅(qū)動器 B 的使能端 12 輸入引腳 4 內(nèi)置驅(qū)動器 B 的邏輯控制輸入端 2 13 輸出引腳 3 內(nèi)置驅(qū)動器 B 的輸出端 1，接至電機 B 14 輸出引腳 4 內(nèi)置驅(qū)動器 B 的輸出端 2，接至電機 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檢測電流 （ 2） 電機驅(qū)動原理 電路的形狀很像字母 H。四個三極管就是 H 橋的四條垂直線，而電機就是 H 中的橫線 ， 如圖 34 所示 。 圖 34 L298N 內(nèi)部 H 橋驅(qū)動電路 Arduino 循跡小車 12 H 橋電機驅(qū)動電路包含四個三極管和一個電機。電機運轉(zhuǎn)，必須遵循導(dǎo)通對角線上的一對三極管?；诓煌龢O管對的導(dǎo)通情況可以控制電機 的轉(zhuǎn)向，電流可可以從左至右流過電機，也可以從右至左流過電機。當(dāng) Q1 管和Q4 管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng) Q1 從左至右流過電機，然后再經(jīng) Q4 回到電源負極，該流向的電流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。下面分析另一對三極管Q2 和 Q3，當(dāng)兩個三極管同時導(dǎo)通的情況下，電流將從右至左流過電機。從而驅(qū)動電機沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。 電機控制邏輯如下：以電機 A 為例，當(dāng)使能端 ENA 為高電平時，如果輸入引腳 IN1 為低電平而輸入引腳 IN2 為高電平，電機 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 A 正轉(zhuǎn)。 圖 35 L298N 驅(qū)動芯片和直流電機接線圖 軟件設(shè)計 本設(shè)計的目的是以 Arduino 單片機 為控制 核心 ，將 紅外光電