基于Arduino单片机的智能循迹小车设计

赵阅涵

摘 要：智能小车可以协助人类完成危险情况下的扫除路边炸弹、侦测化学泄露物质等任务。它的硬件电路采用Arduino单片机为核心处理器，远程控制功能利用蓝牙技术实现，红外线传感器FC-51采用红外线探测法识别行进路面上的黑色路径，通过Arduino单片机和各个功能模块的协同工作最终实现智能循迹小车的智能性与实用性。

关键词：Arduino 单片机 智能 循迹

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2019）03-0-01

一、 背景与现状

智能小车在国外已经有几十年的发展，发达国家已向月球和火星发射多个无人勘测车。月球勘测车可在月球表面进行实地勘测，并利用携带的仪器进行月壤厚度和结构的科学探测。火星勘测车可探测未知世界，寻找新的适合人类居住的星球，为人类揭开火星的神秘面纱。总而言之，无论在工程技术方面，还是在科学研究方面，智能小车对太空探测事业都具有非凡的意义。

二、总体设计方案

1.設计任务要求

本设计主要包括以下几项任务：（1）远程控制功能：小车可以与手机建立连接，通过手机下达指令控制小车。（2）循迹功能：小车可以沿指定路线行进。

2.设计的技术要求

本设计的系统所采用的核心处理器是Arduino单片机，成本较低，语言简单易懂，大大减小设计难度。为了满足与提高智能小车使用率，使其与人们生活相关切，系统设计的技术要求应满足设计方便、体积小、功耗低、可靠性高、成本低等。

3.总体设计方案

本次设计硬件电路采用Arduino单片机作为核心处理器，通过蓝牙模块向小车下达指令，红外线传感器采集信息回馈Arduino单片机，从而实现智能循迹小车的基本功能。采用这些传感器与模块，可以控制小车简单行进与循迹，从而来实现小车的智能化与实用价值。

三、系统硬件设计

本设计选用的核心控制器是Arduino单片机，通过蓝牙模块使小车和手机建立连接，可以在手机端下达指令控制小车。通过红外线传感器使小车实现循迹功能。

1.单片机的电路设计

因本设计需要很多的IO接口，所以选取的单片机是Arduino Mega 2560。其处理器核心为ATmega 2560，具有54路数字输入/输出口，16路模拟输入，4路UART接口，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。Arduino Mega 2560可以自动选择3种供电方式：外部直流电源通过电源插座供电；Arduino Mega 2560的GND和VIN引脚接外加电源；直流供电接其USB接口。

2.循迹模块的原理

不同的物理表面颜色下红外线反射的差异特性是红外线探测法的原理。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号。传感器的红外发射管发射红外线照射到黑线上被吸收时，红外接收管处于关断状态，红外线传感器的指示灯会处于熄灭状态，模块输出高电平；红外线照射到白色跑道被反射回时，红外接收管接收到信号处于饱和状态，此时传感器的指示灯会处于点亮状态，模块输出低电平。从而小车根据接收到的信号产生的逻辑值自动做出相应的动作，达到实现循迹功能的目的。

3.远程控制模块的电路设计

远程控制模块采用的是蓝牙技术。蓝牙技术是低成本和可以短距离无线连接的解决方案，蓝牙模块需要连接的设备发射无线电信号到蓝牙模块与其建立连接。蓝牙设备的工作距离可达10米，最高速度10Mbps。为人们的工作和生活带来更便利的沟通。本设计选用HC-05蓝牙模块。

四、系统软件设计

1.系统总程序流程设计

智能循迹小车先判断是否接受到指令，然后判断指令的类型并执行相应动作。当更改指令时判断更改的指令类型并执行相应动作，收到停止指令时小车停止。

2.循迹模块子程序流程设计

当智能循迹小车接收到循迹指令时，根据红外线传感器产生的逻辑值执行其对应的动作，在收到停止指令时小车停止。

3.采用的编程语言

本次设计采用C语言作为编程语言。C语言是高级程序语言，事实上，任何高级语言程序最终必须要转换成计算机可识别、并能执行的机器指令代码，定位于存储器。

五、硬件组装及调试

1.元器件清单

Arduino单片机、红外线传感器（3个）、超声波传感器、蓝牙模块、电机驱动板、舵机模块、小车模型、外加电源、杜邦线（若干）、电机、面包板。

2.调试过程

首先明确调试方法，这为整体调试明确了思路。因为焊接好实物后若出现实物不工作检查起来很困难，所以本设计采用分块调试法。先对Arduino单片机和各部分模块进行调试，调试过程很顺利，各部分都可以正常工作。然后组装个部件，焊接实物后检查各功能是否可以实现。调试结果为小车正常工作，远程控制、循迹等各功能均可实现。证明智能小车设计以及组装成功。

总结

智能小车可以代替人类在危险情况下完成任务，还可以在生活当中为人们提供便捷，创造实用价值。

系统设计的总体方案、选取硬件和设计电路是本设计深入学习的主要内容，工作完成情况如下：完成了以Arduino为核心处理器的智能循迹小车整体设计方案；阐述了系统对于红外线传感器、蓝牙模块、驱动模块的选取原则；设计了各模块和系统的电路图；完成了系统软件的设计。

实验工作很顺利，不足的是由于连接Arduino单片机电源口的USB数据线太短，智能小车工作时提供电源的移动电源体积、重量大使小车运动受限制。初步解决方法为更换小型移动电源并设计固定装置将其固定在智能小车上，达到一体化的美观和实用。

总的来说，智能小车具有很多优点，并且有广阔的市场前景。所以设计智能小车是很有必要的，将智能深入人心是本人选择这个题目的初心。

参考文献

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[4]徐健.嵌入式小车循迹控制系统[J].装备制造技术，2012（05）：59-60.

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