基于Arduino單片機的智能循跡小車設計

趙閱涵

摘 要：智能小車可以協助人類完成危險情況下的掃除路邊炸彈、偵測化學泄露物質等任務。它的硬件電路采用Arduino單片機為核心處理器，遠程控制功能利用藍牙技術實現，紅外線傳感器FC-51采用紅外線探測法識別行進路面上的黑色路徑，通過Arduino單片機和各個功能模塊的協同工作最終實現智能循跡小車的智能性與實用性。

關鍵詞：Arduino 單片機 智能 循跡

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2019）03-0-01

一、 背景與現狀

智能小車在國外已經有幾十年的發展，發達國家已向月球和火星發射多個無人勘測車。月球勘測車可在月球表面進行實地勘測，并利用攜帶的儀器進行月壤厚度和結構的科學探測。火星勘測車可探測未知世界，尋找新的適合人類居住的星球，為人類揭開火星的神秘面紗。總而言之，無論在工程技術方面，還是在科學研究方面，智能小車對太空探測事業都具有非凡的意義。

二、總體設計方案

1.設計任務要求

本設計主要包括以下幾項任務：（1）遠程控制功能：小車可以與手機建立連接，通過手機下達指令控制小車。（2）循跡功能：小車可以沿指定路線行進。

2.設計的技術要求

本設計的系統所采用的核心處理器是Arduino單片機，成本較低，語言簡單易懂，大大減小設計難度。為了滿足與提高智能小車使用率，使其與人們生活相關切，系統設計的技術要求應滿足設計方便、體積小、功耗低、可靠性高、成本低等。

3.總體設計方案

本次設計硬件電路采用Arduino單片機作為核心處理器，通過藍牙模塊向小車下達指令，紅外線傳感器采集信息回饋Arduino單片機，從而實現智能循跡小車的基本功能。采用這些傳感器與模塊，可以控制小車簡單行進與循跡，從而來實現小車的智能化與實用價值。

三、系統硬件設計

本設計選用的核心控制器是Arduino單片機，通過藍牙模塊使小車和手機建立連接，可以在手機端下達指令控制小車。通過紅外線傳感器使小車實現循跡功能。

1.單片機的電路設計

因本設計需要很多的IO接口，所以選取的單片機是Arduino Mega 2560。其處理器核心為ATmega 2560，具有54路數字輸入/輸出口，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和一個復位按鈕。Arduino Mega 2560可以自動選擇3種供電方式：外部直流電源通過電源插座供電；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法的原理。在小車行駛過程中不斷地向地面發射紅外光，當紅外光遇到白色地面時發生漫發射，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。傳感器的紅外發射管發射紅外線照射到黑線上被吸收時，紅外接收管處于關斷狀態，紅外線傳感器的指示燈會處于熄滅狀態，模塊輸出高電平；紅外線照射到白色跑道被反射回時，紅外接收管接收到信號處于飽和狀態，此時傳感器的指示燈會處于點亮狀態，模塊輸出低電平。從而小車根據接收到的信號產生的邏輯值自動做出相應的動作，達到實現循跡功能的目的。

3.遠程控制模塊的電路設計

遠程控制模塊采用的是藍牙技術。藍牙技術是低成本和可以短距離無線連接的解決方案，藍牙模塊需要連接的設備發射無線電信號到藍牙模塊與其建立連接。藍牙設備的工作距離可達10米，最高速度10Mbps。為人們的工作和生活帶來更便利的溝通。本設計選用HC-05藍牙模塊。

四、系統軟件設計

1.系統總程序流程設計

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行相應動作。當更改指令時判斷更改的指令類型并執行相應動作，收到停止指令時小車停止。

2.循跡模塊子程序流程設計

當智能循跡小車接收到循跡指令時，根據紅外線傳感器產生的邏輯值執行其對應的動作，在收到停止指令時小車停止。

3.采用的編程語言

本次設計采用C語言作為編程語言。C語言是高級程序語言，事實上，任何高級語言程序最終必須要轉換成計算機可識別、并能執行的機器指令代碼，定位于存儲器。

五、硬件組裝及調試

1.元器件清單

Arduino單片機、紅外線傳感器（3個）、超聲波傳感器、藍牙模塊、電機驅動板、舵機模塊、小車模型、外加電源、杜邦線（若干）、電機、面包板。

2.調試過程

首先明確調試方法，這為整體調試明確了思路。因為焊接好實物后若出現實物不工作檢查起來很困難，所以本設計采用分塊調試法。先對Arduino單片機和各部分模塊進行調試，調試過程很順利，各部分都可以正常工作。然后組裝個部件，焊接實物后檢查各功能是否可以實現。調試結果為小車正常工作，遠程控制、循跡等各功能均可實現。證明智能小車設計以及組裝成功。

總結

智能小車可以代替人類在危險情況下完成任務，還可以在生活當中為人們提供便捷，創造實用價值。

系統設計的總體方案、選取硬件和設計電路是本設計深入學習的主要內容，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計方案；闡述了系統對于紅外線傳感器、藍牙模塊、驅動模塊的選取原則；設計了各模塊和系統的電路圖；完成了系統軟件的設計。

實驗工作很順利，不足的是由于連接Arduino單片機電源口的USB數據線太短，智能小車工作時提供電源的移動電源體積、重量大使小車運動受限制。初步解決方法為更換小型移動電源并設計固定裝置將其固定在智能小車上，達到一體化的美觀和實用。

總的來說，智能小車具有很多優點，并且有廣闊的市場前景。所以設計智能小車是很有必要的，將智能深入人心是本人選擇這個題目的初心。

參考文獻

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