基于Arduino的智能循跡小車設計

李文龍+孫偉峰

摘 要：隨著全球進入信息化，科技化。智能循跡小車，作為科技創新中比較入門級的一個作品，由于其原理較為簡單，實現起來不是特別困難，常常作為高校中比賽或練習的一種形式，它可以利用前端的四個紅外裝置對地面的黑色膠帶進行識別，將信息傳回Arduino進行分析后，將不同大小的電流輸送給電機驅動，實現直行或者差速轉彎，從而實現智能循跡。本文通過對基于Arduino的智能循跡小車設計制作以及技術原理進行分析，并探討其在實際生活中的應用。

關鍵詞：智能循跡；Arduino；紅外模塊

1 循跡小車模塊介紹

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺。包含硬件和軟件。Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環境。板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器。

L298N電機驅動模塊，它是SGS公司的產品，內部包含4通道邏輯驅動電路。是一種二相和四相電機的專用驅動器，即內含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。

四路紅外循跡模塊，此模塊是為智能小車提供一種紅外線探測系統的解決方案。該傳感器模塊對環境光線適應能力強，其具有幾對紅外線發射與接收管，發射管發射出一定頻率的紅外線，當檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，經過比較器電路處理之后，同時信號輸出接口輸出數字信號（一個低電平信號），可通過電位器旋鈕調節檢測距離，有效距離范圍2～60cm，工作電壓為3.3V-5V。該傳感器的探測距離可以通過電位器調節，廣泛應用于機器人避障、避障小車、等眾多場合。

2 硬件實現原理

四路紅外智能循跡小車設計主要利用小車前端的四個紅外發射和接收裝置來進行對地面上的黑膠帶進行分析，將黑膠帶的位置信息送給Arduino，Arduino將不同大小的電流輸送給電機驅動，實現直行或者差速轉彎，從而實現智能循跡。圖1為智能循跡小車的原理框圖。

四路紅外循跡模塊主要由四對紅外探測傳感器構成，它們構成了循跡小車的“眼睛”。每對紅外傳感器由一個紅外線發射管和紅外線接收管組成。紅外線發射管用來發射紅外光，紅外線接收管用來檢測紅外光，當檢測到紅外光時，相應的位就會呈現低電平，地面上的黑膠帶不反射紅外線發射管發射的紅外線，使相應的紅外線接收管呈現高電平。當小車在延著黑膠帶構成的賽道行駛時，若遇到拐彎，會使不同的紅外線接收管依次呈現高電平，根據不同紅外接收管的高低電平變化，可以推斷出軌道的變化情況，從而編寫合適的程序來使小車循跡。Arduino中用來存放控制小車循跡的程序，它是循跡小車的“大腦”。它接收四路紅外發射器的信號，根據程序對小車的運行狀態做出判斷，給出不同大小的電流控制小車兩邊電機的轉速。

3 軟件實現

小車的軟件設計關系到循跡小車是否能夠正常循跡，因此它是循跡小車設計十分重要的組成部分，好的程序能使小車的前進的速度更快，轉彎角度更加合理，良好設計的程序可以提高軟件的執行效率。Arduino的程序編寫采用Processing語言的開發環境，所用到的語句簡單易學，適合初學者進行入門掌握。

部分程序如下：

starttime=millis（）；

do {

TEST（）；

if （D1==1）

{

FORW（50）；

goto start；

}

stoptime=millis（）；

looptime=stoptime-starttime；

}

while（looptime<45）；

BACK（25）；

STOP（50）；

do {

TEST（）；

crcL（0，115）；

}

while（MIX！=100）；

crcR（45，115）；

STOP（100）；

break；

void TEST（）

{ MIX=digitalRead（D4）*1000+digitalRead（D3）*100

+digitalRead（D2）*10+digitalRead（D1）；

}

參考文獻

[1]趙建偉，班鈺，王義，等.基于Arduino的智能小車的控制系統設計[J].兵工自動化，2015年第34卷

[2]陳開軍.基于Arduino技術的智能小車設計[J].科技創新，2014年第34期

[3]Massimo Banzi著.于新龍 郭浩赟.譯[M].愛上Arduino，人民郵電出版社

[4]孫寧，向琴，張勇.智能循跡小車的設計[J].科技風，2014年第18期

[5]吳冬燕，基于紅外傳感器的智能循跡小車[P]，國家知識產權局2015.05.21