基于Arduino平台的多功能智能小车的设计研究

摘 要：与其他系统相比，Arduino具有成本节约、平台跨越、编程简易、开发广泛等优点，将该平台引入智能类机器小车设计极具意义。本文一是从Arduino单片机、L298 N电机驱动、HC-06蓝牙控制等方面分析了智能类机器小车的蓝牙遥控设计，二是分析了智能类机器小车的超声波避障设计，论述了Arduino平台之于功能智能小车的意义。

关键词：Arduino平台；智能小车；蓝牙

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.119

1 整体系统设计方案

Arduino与其他系统相比，成本节约、平台跨越、编程简易、开发广泛的优越性被目前各大研究领域列为着重发展对象。目前使用最多的Arduino版本是Arduino UNO R3，也是Arduino平台作为参考用的标准模板。其稳定性与高效性成为智能类机器小车控制单元选择系统上的首选，对于智能类机器小车而言，蓝牙遥控设计、超声波避障功能缺一不可，这也是智能类机器小车最为璀璨的亮点，而能让这两点得以实现，作为智能类机器小车大脑和相应感官的微控制器与传感器有着举足轻重的作用。智能类机器小车，顾名思义，是一款可以对各种实际状况进行智能自主的判断分析从而做出相应的最佳应对反应行为。整体结构为：通过直流电动机的驱动（电机的驱动电路通常采用H桥驱动模块，从而带动两个直流电动机，满足系统驱动能力与效率的需要），将各类传感器收集到的信息数据转送入主控制单元Arduino，单片机进行相应的数据处理工作后，施行最佳相应的动作，也就是所谓的智能化自身控制。

2 智能类机器小车的蓝牙遥控设计

通过Android手机蓝牙系统，进行实际助手指令的传达，以Arduino单片机为整体核心，对实际的助手指令进行分析存储，从而让智能类机器小车通过Android手机蓝牙进行各类如：前进、后退、左右旋转、上下跳动等一系列行为操作。对于数据的传输分析，流程如下：硬件核心的通电驱动下，先进行硬件数据的初始化，例如HC-06蓝牙模块的相应操作开启设置以及待机状态，之后便通过Android手机中的蓝牙系统功能进行数据的处理以及指令的发送，Arduino系统进行对于HC-06蓝牙模块端口的数据共享以及分析处理，再通过L296 N电机驱动系统进行最后的小车行动操控。

系统硬件是一切的前提，因此对于系统硬件电路的设计要格外重视。硬件系统整体分为三大部分：Arduino主控部分、H桥控制的电机驱动部分以及HC-06蓝牙部分。Arduino主控部分以Atmega328 AU处理芯片作为内核cpu（中央处理器）的主要芯片，处理信息收集、分析数据应用，承担着整个Arduino系统的智能控制作用。作为系统的供应者，电机驱动部分主要为L298 N驱动模式，不仅完全满足系统的驱动要求，同时也能充分实现对于电动机的有效控制。最后，蓝牙系统进行实际的指令接收以及驱动电动机开启的控制行为，也就是真正的智能化无线控制功能。以下就是具体的分析讲解，以供参考。

2.1 Arduino单片机

开放性有效源代码的USB接口板是Arduino单片机的前身，而系统信息处理的微处理器应用Atmega328 AU，也就是Atmega328 AU处理芯片，这是内核cpu的最为关键的芯片，Atmega328 AU处理芯片想对于其他处理芯片而言，性价比较高，功能较强，实用与适用性能都十分满足符合Arduino单片机的相关要求，同样的，Atmega328 AU处理芯片也有着能进行Java， C语言的IDE开发工作的有效硬件存储数据库，可以进行硬件存储数据库的二次开发优化，不但利于与各种电子组件的连用，同时。还支持外部供电与USB供电的相应转换。

2.2 L298 N电机驱动

电机控制的接口端由4个二极管组成，是L298 N电机驱动部分主要组成成分之一，电机控制的接口端的内部为逻辑驱动电路，其主要作用是收集Arduino单片机发出的对于驱动以及电机的控制信息指令，电机控制的接口端中的二极管可以将产生的反向电流有效疏放，成为排泄方向电流的有效通道，从而防止电流聚集过大而将Arduino主控中的Atmega328 AU处理芯片烧毁，具体如图1所示。

2.3 HC-06蓝牙控制

通过对Android手机和智能小车的蓝牙连接，有效的进行数据传输以及信息处理，在蓝牙控制部分一般分为主机和从机部分，与从机进行配对从而实现通信交流，是主机最大的特点，但是彼此之间的配对无法在同等系统层次上进行，例如从机之间无法通信连接，主机之间也同样无法做到，但是主机与从机两个不同系统层次竟可以实现配对通信。这一部分的主要功能是接受指令，实现与主端的配对通信，在这里选择HC-06蓝牙模块再合适不过，具体流程如图2所示：先进行与手机的藍牙配对，并连接到Arduino控制板，并接收信号，从而实现一系列的操作控制功能。蓝牙是新兴的无线连接技术，其强抗干扰能力强、低功率消耗的特点是其使用范围日益扩大的主要原因，但也因此限制了其工作范围，因此对于无线蓝牙的控制范围应当作为首先测试对象，以确保通信连接的质量。

3 智能类机器小车的超声波避障设计

智能类机器小车的超声波避障系统主要分为：LINO控制板、红外线传感器、蜂鸣器、工作模块（电源控制模块、蜂鸣器模块、液晶显示模块、LED移位数码管模块）。当然，以Arduino UNO R3开发

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板而进行电路设计的系统，自然也以Arduino作为只要控制核心。其大概流程为：单片机产生的PWM波，被利用到对于小车行动的控制，通过传感器的数据收集以及分析，进行实际判断，以及测距分析，再通过控制驱动机来进行小车方向的调整，从而达到控制小车避障的作用。

智能类小车的避障报警系统主要分为指示灯、蜂鸣器两部分，通过相应系统运算我们可以得知，避障报警的最佳有效距离为30cm，一

旦进入最佳距离，指示灯就会一直闪烁，并且自动小车通过智能控制进行自动转向或后退，当小车进入正常行驶状态时，指示灯熄灭停止闪烁，同时蜂鸣器也停止响鸣，对于测量距离的方法有很多，一般分为红外线测距、激光打束测距、超声波测距三种，同样对于进行测量距离的传感器也分为对应上述三种测距方式的传感器。而超声波测距是智能小车避障设计中最为常用的测距方式，同时超声波测距传感器也因其非接触测量方式而十分实用。由于超声波测距传感器的非接触测量方式而使其对于环境的变化敏感性不强，例如色彩光线等，对于受磁场电场的影响也在可接受范围内，结构十分简单对于成本的投资、能量的消耗都在一定程度上起到良性作用，由于空气传播中超声波会不断地消耗。因此根据回波信号的回返时间来测定会因为其在空气传播中的消耗而存在误差。

总的来说超声波避障功能的实际过程为：接收机以及单片机所发出的控制信号经过直流偏置电压与电位器电压的相互协调而成的电压差进行输出功率，再由电路板上的IC来进行智能小车实际行动例如转向、倒退的分析判断，在无核心马达的驱动下，由减速齿轮通过力的转换，位置移换到机械摆臂上，在最大程度上减少力的消耗损失，最后由位置检测器进行信号的输送传回，检测判断是否成功进行定位，在智能小车的行驶过程中，避障功能系统中的超声波传感器一直在工作，不断进行智能小车可监测范围内，障碍物有无的判断检测，一旦经由超声波传感器检测到障碍物的存在，驱动系统以及控制系统共同作用下，智能小车接受并执行单片机发出的后退并停止的命令，并由超声波测距传感器等测距传感器进行相应的测距，并接受传感器收集到的信息数据进行分析，从而判断有利行走路线，并进行转向等行动。

4 结语

基于Arduino平台的多功能智能小车的设主要以Arduino单片机为核心，通过HC-06蓝牙系统对Arduino单片机的反馈，从而达到对小车通信行动的智能控制，再通过微控制处理器进行对于数据的分析处理，从而控制电动机的主驱动，以实现智能类小车的蓝牙遥控、超聲波避障等智能化控制。

参考文献：

[1]徐开军，陈飞龙.基于Arduino平台的多功能智能小车的设计[J].电子世界，2016（24）.

[2]聂茹，严明.基于Arduino开发板的智能小车设计[J].微处理机，2015（04）.

作者简介：谭尚伟（1988-），男，广东信宜人，本科，助理实验师，研究方向：电子技术。