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(cè)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(cè)法識(shí)別行進(jìn)路面上的黑色路徑，通過(guò)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(guó)外已經(jīng)有幾十年的發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家已向月球和火星發(fā)射多個(gè)無(wú)人勘測(cè)車。月球勘測(cè)車可在月球表面進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，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(cè)?；鹦强睖y(cè)車可探測(cè)未知世界，尋找新的適合人類居住的星球，為人類揭開(kāi)火星的神秘面紗。總而言之，無(wú)論在工程技術(shù)方面，還是在科學(xué)研究方面，智能小車對(duì)太空探測(cè)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(guò)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(yǔ)言簡(jiǎn)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(guò)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(jiǎn)單行進(jìn)與循跡，從而來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(cè)法的原理。在小車行駛過(guò)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(wú)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(wú)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(lái)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(duì)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(yǔ)言

本次設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言。C語(yǔ)言是高級(jí)程序語(yǔ)言，事實(shí)上，任何高級(jí)語(yǔ)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(guò)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(lái)很困難，所以本設(shè)計(jì)采用分塊調(diào)試法。先對(duì)Arduino單片機(jī)和各部分模塊進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過(guò)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(duì)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(lái)說(shuō)，智能小車具有很多優(yōu)點(diǎn)，并且有廣闊的市場(chǎng)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.