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1、
基于Arduino單片機的實物設計
題目： 基于Arduino的智能小車(烏龜)設計
姓名：
學院：
專業(yè)：
班級：
學號：
指導教師：
設計時間：
目錄
一 、任務設計及要求 3
二、 Arduino 4
2.1 Arduino簡介 4
2.2參數(shù)說明 4
三、 硬件設計 4
3.1所需硬件清單 4
3.2硬件設計說明 5
3.3電機驅動模塊
2、 5
3.3.1 L298N說明 5
3.3.2 L298N連接圖 5
3.4循跡模塊 5
3.4.1尋線功能 5
3.4.2尋線傳感器與實驗連接圖 5
3.5避碰模塊 7
3.5.1 超聲波模塊 7
3.5.2 實驗連接圖 7
3.6紅外模塊 8
3.6.1紅外模塊說明 8
3.6.2實物圖 8
四、模塊軟件設計 8
4.1循跡模塊程序 8
4.2 紅外模塊程序 10
4.3避碰模塊程序 11
五、綜合設計與調試 11
5.1流程圖 11
5.2軟件設計 12
六、總結 14
6.1遇到問題及解決辦法 14
1、 硬件問題 14
2、 軟件問題 1
3、5
6.2個人感悟 15
一 、任務設計及要求
利用Arduino設計智能小車(烏龜)其功能：
1、實現(xiàn)循跡（利用TCRT5000 紅外對管）；
2、避碰功能（利用超聲波）；
3、紅外遙控功能；
4、綜合以上功能實現(xiàn)自動循跡、避障、紅外控制的智能小車；
二、 Arduino
2.1 Arduino簡介
ARDUINO 智能小烏龜是一款單片機學習應用開發(fā)系統(tǒng),以 arduino 單片機系列 atmega-328為核心.完成尋線,避障,紅外遙控和藍牙遙控的功能,
4、.套件包含了大量的趣味程序，并可擴展外置的電路模塊，從而增加小車的使用功能.旨在讓使用者在學習 ARDUINO 單片機時能脫離枯燥的理論知識，在玩樂中獲取單片機系統(tǒng)開發(fā)的能力。
2.2參數(shù)說明
1.電機參數(shù)：電壓范圍：1.5-12V,電機軸長10mm,轉速 100rpm/min.
2.控制電機選用L298N驅動模塊，與單片機真正隔離.
3.三組尋線模塊,檢測黑白線，精度更高,也可用與防跌落控制.
4.紅外遙控通信模塊，組成智能小車遙控系統(tǒng). 5.超聲波模塊,小車避障系統(tǒng).
5.藍牙無線模塊,可以和手機藍牙配對遙控機器人.
5、
6.可接入外部7~12V的電壓。并能搭載多款傳感器模塊，根據您的想象力實現(xiàn)各種功能.
三、 硬件設計
3.1所需硬件清單
1. 金屬減速電機 2 個；2.優(yōu)質輪胎 2 個；3.電機固定件 2 個；4 、牛眼萬向輪；5.機器人底盤 2 片；6.L298N 電機驅動板 1 個；7.ARDUINO UNO328 控制板 1 個；8.ARDUINO 傳感器擴展板 1 個；9.云臺 1 個；10.舵機 1 個；11.超聲波模塊 1 個；12.三組尋線模塊；13.紅外接收傳感器；14.單片機遙控器；15.2000MA 18650 充電電池 2 節(jié)；16.18650 電池盒一個；17.186
6、50 充電器一個。
3.2硬件設計說明
結合實際、根據需要，將系統(tǒng)分為四個模塊，即電機驅動模塊，循跡模塊，避碰模塊，紅外模塊，分開做，自后將其綜合起來。
3.3電機驅動模塊
3.3.1 L298N說明
L298N是一個驅動模塊，就是單片機的驅動電流太小無法驅動電動機，因此L298N其起到一個放大器作用。通過控制L298N I1 I2 I3 I4接口，控制電機的正轉，反轉，轉彎和停止。
3.3.2 L298N連接圖
如下圖所示：
3.4循跡模塊
3.4.1尋線功能
使小車沿著黑線走，根據黑線的位置選著行走的狀態(tài)。
3.4.2尋線傳感器
7、與實驗連接圖
TCRT5000紅外對管的工作原理是利用紅外線對顏色的反射率不一樣，將 反射信號的強弱轉化成電流信號。黑白尋跡模塊在檢測到黑色高電平有效，檢測到白色是為 低電平有效，檢測高度為 0—3cm。
使用方法
1.傳感器接口有3根排針，分別是GND ，VCC，OUT。VCC和GND為供電端，OUT是信 號輸出端。
2.檢測到物體，信號端輸出低電平；未檢測到物體，信號端輸出高電平。
3.主要判斷信號輸出端是0或者1，就能判斷物體是否存在。 性能參數(shù)： 1：檢測距離，檢測白紙時約為2厘米。視顏色的不同距離有所不同，白色最遠。 2.供電電壓：2.5V~12V,不要超
8、過12V。(注意：最好用低電壓供電，供電電壓太高傳感器的壽命會變短。5V供電為佳。) 3.工作電流，5V時18~20ma。經大量測試，傳感器硬件設置為18~20ma工作電流時性能最 佳，主要表現(xiàn)在抗干擾能力上。
4.檢測到物體，信號端輸出低電平；未檢測到物體，信號端輸出高電平。
5.傳感器輸出TTL電平，能直接與3.3V或者5V單片機IO口相連。
黑線或者白線檢測原理 1.利用黑色對光線的反射率小這個特點，當平面的顏色不是黑色時，傳感器發(fā)射出去的紅 外光被大部分反射回來。于是傳感器輸出低電平0。 2.當平面有一黑線，傳感器在黑線上方時，因黑色的反射能力很弱，反射回來的紅外光很 少，達
9、不到傳感器動作的水平，所以傳感器還輸出1。 3.我們只要用單片機判斷傳感器的輸出端是0或者是1，就能檢測黑線。 4.檢測白線的原理和檢測黑線的原理一樣，檢測白線時，白線周邊的顏色也要比較接近黑 色，然后調節(jié)紅外傳感器上面的可調電阻，將靈敏度調低，一直調到剛好周邊的顏色檢測 不到為止，那樣就能檢測白線了。
連接參考圖如下：
3.5避碰模塊
3.5.1 超聲波模塊
超聲波智能避障實現(xiàn)方便、計算簡單、易于做到實時控制,并且在測量精度方面能達到實用的要求,因此成為常用的避障方法。
3.5.2 實驗連接圖
3.6紅外模塊
3.6.1紅外模塊說明
實驗前須知：
10、
1.先把 IRremote 函式庫資料夾放進 Arduino libraries 目錄底下
2.開啟 IrReceive.pde 測得自 己的紅外線遙控的碼（在 Serial Monitor 可顯示 IRcode） ， 再將IRcode 記錄下來， 然后到程式里面修改成自 己的紅外線碼即可。
3.6.2實物圖
四、模塊軟件設計
4.1循跡模塊程序
int MotorRight1=8;//IN1
int MotorRight2=9;//IN2
int MotorLeft1=7;//IN4
int MotorLeft2=6;//IN3
int speedpin=
11、11;//定義 EA(PWM 調速)
int speedpin1=10;//定義 EB(PWM 調速)接口
const int SensorLeft = 5; //左感測器輸入腳
const int SensorMiddle= 4 ; //中感測器輸入腳
const int SensorRight = 3; //右感測器輸入腳
int SL; //左感測器狀態(tài)
int SM; //中感測器狀態(tài)
int SR; //右感測器狀態(tài)
void advance(int a) // 前進
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);
digitalWrite(M
12、otorRight2,HIGH);
digitalWrite(MotorLeft1,LOW);
digitalWrite(MotorLeft2,HIGH);
delay(a*50);
}
void left(int i) // 左轉
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);
digitalWrite(MotorRight2,HIGH);
digitalWrite(MotorLeft1,LOW);
digitalWrite(MotorLeft2,LOW);
delay(i*30);
}
void right(int c) //
13、 右轉
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);
digitalWrite(MotorRight2,LOW);
digitalWrite(MotorLeft1,LOW);
digitalWrite(MotorLeft2,HIGH);
delay(c*30);
}
void stopp(int d) //停止
{
digitalWrite(MotorRight1,LOW);
digitalWrite(MotorRight2,LOW);
digitalWrite(MotorLeft1,LOW);
digitalWrite(Mo
14、torLeft2,LOW);
delay(d * 10);
}
void back(int g) //后退
{digitalWrite(MotorRight1,HIGH);
digitalWrite(MotorRight2,LOW);
digitalWrite(MotorLeft1,HIGH);
digitalWrite(MotorLeft2,LOW);
delay(g * 100);
}
void re(int x) //右大轉
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);
digitalWrite(MotorRight2
15、,HIGH);
digitalWrite(MotorLeft1,HIGH);
digitalWrite(MotorLeft2,LOW);
delay(x * 25);
}
void le(int h) //左打轉
{digitalWrite(MotorRight1,HIGH);
digitalWrite(MotorRight2,LOW);
digitalWrite(MotorLeft1,LOW);
digitalWrite(MotorLeft2,HIGH);
delay(h * 25);
}
void setup()
{Serial.begin
16、(9600);
pinMode(MotorRight1, OUTPUT); // 腳位 8 (PWM)
pinMode(MotorRight2, OUTPUT); // 腳位 9 (PWM)
pinMode(MotorLeft1, OUTPUT); // 腳位 7(PWM)
pinMode(MotorLeft2, OUTPUT); // 腳位 6 (PWM)
pinMode(speedpin,OUTPUT);
pinMode(speedpin1,OUTPUT);
pinMode(SensorLeft, INPUT); //左感測器
pinMode(SensorM
17、iddle, INPUT);//中感測器
pinMode(SensorRight, INPUT); //右感測器
}
void loop()
{
SL = digitalRead(SensorLeft);
SM = digitalRead(SensorMiddle);
SR = digitalRead(SensorRight);
SL = digitalRead(SensorLeft);
SM = digitalRead(SensorMiddle);
SR = digitalRead(SensorRight);
if (SM == HIGH) {
18、
if (SR == LOW & SL == HIGH) // 向左
{left(1); stopp(2);
} else if (SL == LOW & SR == HIGH)
{right(1);stopp(2); }
else if(SL == HIGH & SR == HIGH )
{ if(count
19、);
SM = digitalRead(SensorMiddle);
SR = digitalRead(SensorRight);
}else if(count>=des) {digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(MotorRight2,LOW);
digitalWrite(MotorLeft1,LOW);
digitalWrite(MotorLeft2,LOW);
delay(50000);
}else advance(2) ; }
else // 直進
{ advance(1); } }
20、
if (SM==LOW)
{if(SR==LOW & SL==HIGH)
{left(1);
stopp(2);
}else if(SL==LOW & SR==HIGH)
{right(1);
stopp(2); } }
if((SL == LOW & SR == LOW & SM==LOW))
{
le(1); }} }
4.2 紅外模塊程序
long advence = 0x00FF629D;
long back = 0x00FFA857;
long stopp = 0x00FF02FD;
21、
long left = 0x00FF22DD;
long right = 0x00FFC23D;
IRrecv irrecv(RECV_PIN);
decode_results results;
void dump(decode_results
*results)
{ int count =
results->rawlen; if (results->decode_type == UNKNOWN){Serial.println("Could not decode message"); }
else{if(results->decod_type==NEC)Seri
22、al.print("Decoded NEC: "); } else if (results->decode_type ==SONY){Serial.print("Decoded SONY: "); }else if (results->decode_type == RC5){ Serial.print("Decoded RC5: "); } else if (results->decode_type == RC6){Serial.print("Decoded RC6: ");}
Serial.print(results->value, HEX) Serial.print(" (");Seri
23、al.print(resuls->bits, DEC); Serial.println("bits)"); } Serial.print("Raw("); Serial.print(count, DEC);Serial.print("): ");for (int i = 0; i < count; i++) {if ((i % 2) ==1)Serial.print(results->rawbuf[i]*USECPERTICK,DEC); }else{Serial.print(-(int)results->rawbuf[i]*USECPERTICK, DEC);
}Serial.print
24、(" ");
} Serial.println(""); }
void setup()
{Serial.begin(9600);
irrecv.enableIRIn(); // Start the receiver
}int on = 0;
unsigned long last = millis();void(loop)
{ i(irrecv.decode(&results))}
if (millis() - last > 250) {on = !on;
digitalWrite(13, on ? HIGH :LOW);dump(&result)
i
25、f (results.value== ? ){}
}}
4.3避碰模塊程序
主程序
void loop()
{myservo.write(90); //測量
detection(); //測量角度
if(directionn == 2) //假如 directionn(方向) = 2(倒車)
{back(5); // 倒退
stopp(); //停止
while(1);
}if(directionn == 8)
{advance(2); }}
五、綜合設計與調試
5.1流程圖
26、開始
紅外信號
障礙物
路徑1
路徑2
終點
終點
開始
5.2軟件設計
#include
#include
int RECV_PIN = 12;
int MotorRight1=8;//IN1
int MotorRight2=9;//IN2
int MotorLeft1=7;//IN4
int MotorLeft2=6;//IN3
int speedpin=11;
int speedpin1=10;
27、
const int SensorLeft = 2;
const int SensorMiddle= 4 ;
const int SensorRight = 5;
int SL; int SM;
int SR;
int inputPin = A0;
int outputPin =A1；
int Fspeedd = 0;
int directionn = 0;
Servo myservo;
int delay_time = 250;
int Fgo = 8;
int Bgo = 2;
int count=0;
int des=0;
int f=
28、0;
//******紅外控制部分********
long advence = 0x00FF629D;
long b = 0x00FFA857;
long s = 0x00FF02FD;
long l = 0x00FF22DD;
long r = 0x00FFC23D;
IRrecv irrecv(RECV_PIN);
decode_results results;
void dump(decode_results *results)
{int count = results->rawlen;
if (results->decode_type == UNKNOWN)
29、
{ Serial.println("Could not decode message"); }
else {if (results->decode_type == NEC){Serial.print("Decoded NEC: "); } else if (results->decode_type == SONY)
{ Serial.print("Decoded SONY: "); }else ifresults->decode_type == RC5)
{Serial.print("Decoded RC5: ");} else if (results->decode_type
30、 == RC6) {
Serial.print("Decoded RC6: ");}Serial.print(results->value, HEX); Serial.print(" (");
Serial.print(results->bits, DEC);Serial.println(" bits)");
} Serial.print("Raw (");
Serial.print(count, DEC);
Serial.print("): ");
for (int i = 0; i < count; i++)
{if ((i % 2) == 1)
{Seria
31、l.print(results->rawbuf[i]*USECPERTICK, DEC); }
else{Serial.print(-(int)results->rawbuf[i]*USECPERTICK, DEC); } Serial.print(" ");}
Serial.println(""); }
int on = 0;
unsigned long last = millis();
void setup()
{Serial.begin(9600);
pinMode(MotorRight1, OUTPUT);
pinMode(MotorRight2, OUTPUT
32、);
pinMode(MotorLeft1, OUTPUT);
pinMode(MotorLeft2, OUTPUT);
pinMode(SensorLeft, INPUT);
pinMode(SensorMiddle, INPUT)； pinMode(SensorRight, INPUT); pinMode(speedpin,OUTPUT);pinMode(speedpin1,OUTPUT);Serial.begin(9600);
irrecv.enableIRIn();
pinMode(inputPin, INPUT);
pinMode(outp
33、utPin, OUTPUT);
myservo.attach(3); }
void detection()
{ int delay_time = 250;
ask_pin_F();
if(Fspeedd <3 )
{ directionn =Bgo; }
else { directionn = Fgo; }}
void ask_pin_F()
{ myservo.write(90);
digitalWrite(outputPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(outputPin
34、, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(outputPin, LOW); float Fdistance = pulseIn(inputPin, HIGH);
Fdistance= distance/5.8/10;
Fspeedd = Fdistance; }
void advance(int a)
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorL
35、eft2,HIGH);
delay(a*50); }
void left(int i)
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);
digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(i*30);
} void right(int c)
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,LOW);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);
36、digitalWrite(MotorLeft2,HIGH);delay(c*30); }
void stopp(int d)
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,LOW);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(d * 10);
}void back(int g)
{digitalWrite(MotorRight1,HIGH);digitalWrite(MotorRight2,LOW);
digitalWrite(
37、MotorLeft1,HIGH);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(g * 100);
} void re(int x)
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);
digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,HIGH);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(x * 25); }
void le(int h)
{digitalWrite(MotorRight1,HIGH);digitalWrite(MotorRig
38、ht2,LOW);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); delay(h * 25); }
void loop()
{ analogWrite(speedpin,300);analogWrite(speedpin1,300);if (irrecv.decode(&results))
{if (millis() - last > 250)
{
on = !on;
digitalWrite(13, on ? HIGH : LOW);dump(&results); }
if (results
39、.value == advence )
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); des=3;
} if (results.value == b )
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,HIGH
40、);
des=4;if (results.value == l )
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,HIGH);
digitalWrite(MotorLeft1,LOW);
digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); des=5;} }
while(des!=0)
{myservo.write(90); detection();
if(directionn == 2){ f=1; des=des+2;le(20);}
if(f==0)
{ SL =digitalRe
41、ad(SensorLeft);
SMdigitalRead(SensorMiddle);SR=digitalRead(SensorRight);if (SM == HIGH)/
{if (SR == LOW & SL == HIGH) {left(1);
stopp(2);}
else if (SL == LOW & SR == HIGH)
{right(1); stopp(2); }else if(SL == HIGH & SR == HIGH )
{ if(count
42、 count=count+1;
f(count==des-1) {
le(12);
SL = digitalRead(SensorLeft); SM=digitalRead(SensorMiddle); SR=digitalRead(SensorRight);
}else if(count>=des) {
digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,LOW);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,LOW);delay(50000);
43、 } else advance(2) ; } else {advance(1); }}
if (SM==LOW)
{if(SR==LOW & SL==HIGH)
{left(1);stopp(2); }else if(SL==LOW & SR==HIGH)
{ right(1);stopp(2); } }
if((SL == LOW & SR == LOW & SM==LOW))
{ le(1);}}
if(f==1)
{SL = digitalRead(SensorLeft);SM =digitalRead(SensorMiddle)
SR=digit
44、alRead(SensorRight);
if (SM == HIGH) {
if (SR == LOW & SL == HIGH) { left(1);stopp(2) }
else if (SL == LOW & SR == HIGH) {right(1); stopp(2); else if(SL == HIGH & SR == HIGH ) { if(count
45、sorLeft);SM=digitalRead(SensorMiddle);SR=digitalRead(SensorRight); }
else if(count>=des)
{digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,LOW);
digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); }else advance(2) ;else { advance(1);} }
if (SM==LOW)
{if(SR==LOW & SL==HIGH)
46、
{left(1);stopp(2);}
else if(SL==LOW & SR==HIGH)
{right(1);stopp(2);}}
if((SL == LOW & SR == LOW & SM==LOW))
{ re(1);}
}}}
六、總結
6.1遇到問題及解決辦法
1、 硬件問題
剛拿到手的器件，我以為都是好用的，然而并不是，只有經過自己的實踐才知道是否好用。只有對自己的硬件充分了解知道自己的硬件性能才能少走歪路，才能將編相應的程序結合自己的硬件完成任務。
舵機毀壞：舵機沒法轉彎，但是根據任務，并不需要轉彎，故對任務沒影響；
PWM
47、口：單片機I/O口9、10、11PWM口在循跡程序中可用，但在避碰程序、紅外線程序中不能用。PWM不能用硬件性能不好，只能用更好的額軟件程序來彌補（難度大大增加）性能的缺失。
2、 軟件問題
軟件設計難度設計的增加問題是硬件問題性能不良帶來的。
小車運行不穩(wěn)：由于只能輸出高低電平，轉彎尾部擺動大。用延時停止等到重新檢測后判斷重新執(zhí)行來保證調整實踐的適當解決。
黑點檢測不穩(wěn)：用延時檢測停止判斷。
轉彎容易掉頭：檢測到黑點后直行延時2ms，再轉彎這樣可以保證轉到規(guī)定路線上。
6.2個人感悟
這是課設分到的任務是基于ARDUINO的智能小車。在這兩周的學習與操作中學到了很多，不僅僅
48、是對ARDUINO單片機的初步了解（其實也沒怎么去了解，它不像51單片機好多函數(shù)需要自己編，這個是集成化的，方便靈活），更重要的是這個過程讓我意識到了一些非知識技能的技能。從我拿到硬件到完成任務，這個過程其實是可以分步來的，第一組裝硬件；第二測試硬件；第三編軟件；最后調試。然而這個過程中會出現(xiàn)很多自己不期望的現(xiàn)象，這就需要去改，改的首先步驟是發(fā)現(xiàn)導致該現(xiàn)象問題所在，這是最根本也是最難的，很多情況就是盲調，并沒有科學的方法，讓我意識到花時間去找問題與解決問題同等重要。
總之，通過這次課設我收獲最大的就是讓我意識到：根據現(xiàn)象用簡便的方法找到問題所在，才能根本解決問題，才能學到東西，發(fā)現(xiàn)問題也是一種技能。
課設報告基于Arduino單片機的實物設計
