李云飛　肖江　彭浩東　胡申輝　劉泓杏

摘要：近年來，機(jī)器人逐步的進(jìn)入了人們的視線，而針對機(jī)器人的循跡避障問題，采用的是一種基于Arduino單片機(jī)的循跡避障系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是通過Arduino單片機(jī)為核心，通過光電傳感器來實(shí)現(xiàn)循跡功能、超聲波模塊實(shí)現(xiàn)自動避障功能，電機(jī)驅(qū)動模塊來控制電機(jī)的驅(qū)動，從而到達(dá)小車的循跡避障功能。該系統(tǒng)穩(wěn)定性好，能夠很好地應(yīng)用于機(jī)器人運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，具有很好地實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：Arduino 尋跡 避障

一、硬件和軟件設(shè)計(jì)

1、硬件系統(tǒng)

該智能小車總體上可以分為：電源模塊、光電傳感器模塊、超聲波模塊、Arduino模塊和直流電機(jī)驅(qū)動模塊。該小車可以實(shí)現(xiàn)循跡和自動避障功能。主要是以Arduino UNO開發(fā)板為主要控制芯片，來控制超聲波模塊、光電傳感器模塊，采用直流電機(jī)為動力。

2、Arduino模塊

該設(shè)計(jì)采用的是Arduino開發(fā)板，Arduino是一款便捷，靈活，易于上手的開源電子平臺。包含硬件和軟件。它構(gòu)建與原始碼simple I/O介面版。具有類似于C，C++的開發(fā)環(huán)境。硬件部分是用來做電路連接的Arduino開發(fā)板。Arduino IDE則是計(jì)算機(jī)的程序，在其中編寫程序代碼;將程序通過USB轉(zhuǎn)接線上傳到 Arduino 開發(fā)板后，程序便會操作器實(shí)現(xiàn)想要實(shí)現(xiàn)的尋跡避障功能。

二、尋跡模塊

于通過光電傳感器實(shí)現(xiàn)此功能，光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)變成電信號來進(jìn)行控制的。光電傳感器一般有發(fā)送器、接收器和檢測電路構(gòu)成的。而該設(shè)計(jì)采用的是紅外探測器。紅外探測器是能對外界紅外光輻射產(chǎn)生響應(yīng)的光電傳感器，是目前傳感器領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)之一。通過這種光電傳感器就能很方便進(jìn)行小車的循跡功能。我們所用到的就是在智能小車上安裝光電傳感器來進(jìn)行小車的尋跡功能從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

三、超聲避障模塊

對于超聲避障模塊。首先我們要進(jìn)行了解對于超聲避障主要是通過超聲波模塊，探測到物體就馬上輸出脈沖，到單片機(jī)中預(yù)處理。再通過電機(jī)驅(qū)動模塊進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)避障功能。超聲波我們選擇的是HC-SR04超聲波傳感器，該傳感器具有低功耗的特點(diǎn)，能夠適用于電池供電的設(shè)備，方便我們在此基礎(chǔ)上安裝移動電源，而且方便連接，價(jià)格也便宜。通過超聲波模塊可以判斷前方是否有障礙物，從而小車是否進(jìn)行避障，這樣就能解決小車避障的問題。

四、功能實(shí)現(xiàn)

首先定義小車的前進(jìn)，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)函數(shù)，再通過if判斷實(shí)現(xiàn)尋基于避障功能，避障的優(yōu)先級高于循跡。具體思路是，首先判斷前方20cm內(nèi)是否有障礙物，如果有且距離大于10cm，則調(diào)用run1函數(shù)慢速前進(jìn)，而如果距離小于10cm則調(diào)用spin_left函數(shù)左轉(zhuǎn)，以此實(shí)現(xiàn)避障。其次當(dāng)前方20cm無障礙物時(shí)，通過光電傳感器檢測黑線，如果兩塊RPR220傳感器都檢測不到黑線，則保持前進(jìn)，如果左尋跡傳感器檢測到信號，則代表小車向右偏離軌道，此時(shí)調(diào)用函數(shù)向左轉(zhuǎn)并點(diǎn)亮左led小燈提示偏離軌跡，直到信號消失，如果右尋跡傳感器檢測到信號，則代表小車向左偏離軌道，此時(shí)調(diào)用函數(shù)向右轉(zhuǎn)并點(diǎn)亮右led小燈提示偏離軌跡，直到信號消失。基于Arduino實(shí)現(xiàn)尋跡避障的功能，功能在Arduino-IDE中實(shí)現(xiàn)：

void setup（）

{

Serial.begin（9600）;初始化電機(jī)驅(qū)動IO為輸出方式初始化超聲波引腳

pinMode（Echo，INPUT）;定義超聲波輸入腳

pinMode（Trig，OUTPUT）;定義超聲波輸出腳

pinMode（Left_motor_go，OUTPUT）;

pinMode（Left_motor_back，OUTPUT）;

pinMode（Right_motor_go，OUTPUT）;

pinMode（Right_motor_back，OUTPUT）;

pinMode（key，INPUT）;定義按鍵接口為輸入接口

pinMode（beep，OUTPUT）;

pinMode（SensorRight，INPUT）;定義右循跡紅外傳感器為輸入

pinMode（SensorLeft，INPUT）;定義左循跡紅外傳感器為輸入

digitalWrite（key，HIGH）;

digitalWrite（beep，HIGH）;

}

void Distance_test（） 量出前方距離

{

digitalWrite（Trig，LOW）;給觸發(fā)腳低電平

delayMicroseconds（2）;

digitalWrite（Trig，HIGH）;

delayMicroseconds（10）;//10us

digitalWrite（Trig，LOW）;持續(xù)給觸發(fā)腳低電

float Fdistance = pulseIn（Echo，HIGH）;讀取高電平時(shí)間

Fdistance= Fdistance/58;

Serial.print（"Distance："）;輸出距離

Serial.println（Fdistance）;顯示距離

Distance = Fdistance;

}

void loop（）

{

while（1）

{

SR = digitalRead（SensorRight）;

SL = digitalRead（SensorLeft）;

Distance_test（）;

Serial.println（ Distance）;

if（Distance<=10）

{

spin_left（4）;

}

else if（Distance<20&&Distance>10）

run1（）;

else

{

if （SL ==LOW&&SR== LOW）

run（）;//調(diào)用前進(jìn)函數(shù)

else if （SL == LOW & SR == HIGH）

right（）;

else if （SR == LOW & SL ==? HIGH）

left（）;

}

delay（200）;

}

}

五、總結(jié)

Arduino在智能小車這方面的運(yùn)用只是這個(gè)領(lǐng)域方面的一小部分。尋跡和避障也只是一個(gè)基礎(chǔ)的功能。同時(shí)對于Arduino這一方面的前端研發(fā)還有更為強(qiáng)大的功能。我也相信通過Arduino的發(fā)展，能夠?qū)⑦@些功能實(shí)體化衍生到我們生活的各處。本文只是在Arduino的基礎(chǔ)之內(nèi)，設(shè)計(jì)了一款綜合性功能的小車的應(yīng)用。旨在引起讀者對于這一領(lǐng)域的興趣。進(jìn)一步的去探索Arduino更多的功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡睿妍.Arduino 的原理及應(yīng)用[J]電子設(shè)計(jì)工程，2012.20（16）155-157.

[2]趙建偉，班鈺，王義，等基于 Arduino 的智能小車的 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].兵工自動化，2015，34（5）：74-76.96.

作者簡介：李云飛（2000年— ） ，男，漢族，四川省成都市人，學(xué)生，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)智能應(yīng)用。