基于Arduino的智能循迹小车设计

论文总字数：19074字

摘 要

随着科技的发展，人们的日常生活已经离不开芯片技术，它在我们的生活中扮演了越来越重要的角色，有了智能芯片技术的发展，我们才能使用功能更加强大的手机、电脑。数码相机等这些智能设备。2005年，新出现了一种叫做Arduino的芯片开发板，它的成本低廉，开发简单方便，而且功能强大，可以非常方便的连接各种传感器，是一种扩展丰富、编程简单的设计和开发平台，包含Arduino控制板以及丰富的扩展设备和编程软件Arduino IDE。它特别适合设计师、教学人员和对于创意设计有兴趣的朋友们。Arduino采用传感器来采集环境中的给中有价值的数据信息，通过声光、马达和其他设备来控制被控对象。本次课题设计即使用Arduino的开发平台，充分利用它的各种优良的特性，设计了一款智能小车。这款智能小车可以利用红外传感器自动采集地面轨迹信息从而按照程序自动运行，并通过超声波传感器探测障碍物，实现沿轨迹的倒退运行。虽然只是一个简单的应用而已但是已经能够初步表现出了Arduino开发平台的宽广潜力和应用价值，对于智能车辆的研究提供一定的参考价值。

关键词：芯片；Arduino；智能小车；传感器

Design of Path Recognition for Intelligent Vehicle

Based on Arduino

Abstract

As the development of science and technology, People"s Daily life has been inseparable from the chip technology. It played more and more important role in our life. We can use more powerful and smart devices with the development of chip technology ,such as mobile phone, computer and digital camera. In 2005, there is a new microchip board which called “Arduino”. It’s cheap and easy to develop but high performance. It also could be easily connected to kinds of sensors. It"s a development platform with rich peripherals and easy to programme, including Arduino control panel, rich peripherals and software called Arduino IDE. It’s apply to designer, teaching staff and anyone be interested in interaction. Arduino collects valuable data information from environment with sensors. It can also control controlled object with sound, light, motor and other equipments. Now, in here, I chose the Arduino board and take full use of it to develop this intelligent car which one could get the date around to working automatic .Maybe now it is only a simple application but it still show us the board potential and value. These can provide certain reference value for the research of intelligent vehicle.

Key words : microchip; Arduino; intelligent vehicle; sensor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1研究背景 1

1.2智能循迹小车的研究目的及意义 1

1.3国内外智能车辆研究概况 2

1.3.1国外智能车辆研究现状 2

1.3.2国内智能车辆研究现状 2

1.4主要研究内容及指导思想 2

第二章 基于Arduino智能小车控制方案设计及论证 3

2.1方案综述 3

2.2智能循迹功能设计 3

2.2.1循迹原理及设计思路 3

2.2.2循迹设计方案及论证 3

2.3超声波避障功能设计 4

2.3.1避障原理及设计思路 4

2.3.2超声波避障设计方案及论证 5

第三章 Arduino硬软件及扩展设备选型 6

3.1Arduino主板 6

3.1.1Arduino由来 6

3.1.2 Arduino控制板功能简介 6

3.1.3 ATmega328微控制器 7

3.2Arduino的扩展板介绍（Shield） 8

3.3熟悉Arduino IDE 10

3.3.1Arduino IDE界面 10

3.3.2Arduino编程简介 10

3.4脉冲宽度调制（PWM）原理及应用 11

3.5超声波模块及其原理 12

3.5.1HC-SR04超声波模块特点 12

3.5.2超声波时序图 12

3.6智能小车驱动系统介绍 13

第四章 循迹小车硬件搭建及软件编程 14

4.1循迹小车控制系统结构设计 14

4.2硬件电路设计 14

4.2.1主电路接线图 14

4.2.2红外循迹模块硬件电路接线 15

4.2.3超声波模块硬件电路接线 15

4.2.4总体硬件搭建 16

4.3软件设计 16

4.3.1程序设计思路 16

4.3.2循迹程序设计 17

第五章 结束语 18

致 谢 19

参考文献 20

附录一 实物图 21

附录二 源程序 22

第一章 引言

1.1研究背景

随着改革开放三十多年来，中国的经济、科技、文化等众多行业都有了突飞猛进的发展，社会的发展逐渐进入信息化时代，这与计算机技术和芯片技术的发展息息相关。如今，人们的日常生活早已离不开各种科技产品，这也必然离不开芯片技术的发展和进步。

六七十年代，芯片从早期简明单一的单片机到如今先进的处理器，芯片技术经过了几十年的发展和进步已经变得越来越先进。目前51单片机很多都是工科类大学生的重要学习课程，但随着着工程师们对芯片性能要求不断地提高，其开发性能已经现代社会深层次的开发。而此时一种崭新的硬件平台诞生了，它编程界面简单，操作简易，开发板及扩展设备成本低廉，而且具有丰富的扩展接口，非常适用于开发和设计，于是它成为了学生、老师、设计师们手中的利器。利用它可以方便地完成各种此前需要复杂步骤才能完成的功能，它就是Arduino开发平台。

由于汽车工业的发展蒸蒸日上，和现代汽车的智能操控相关领域研究也越来越受到设计师们的青睐。由于以智能汽车设计研发为主要目标的智能运输系统对国家经济和公众交通拥有巨大影响力，它不仅可以有效缓解公众交通堵塞问题，从而提高公众交通的安全系数及物流效率，还能降低汽车油耗，从而节约能源。而此次基于Arduino的智能循迹小车研究课题就是以此为背景提出的，它可以实现智能循迹甚至更多的扩展功能。

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