3.3.1 驱动系统模块的运作方式...................................................................... 21 3.3.2 PWM的介绍............................................................................................... 22 3.4 PID技术介绍............................................................................................... 22 3.5 总结.............................................................................................................. 23 4. 主控制器软件的设计 ........................................................................................... 25
4.1 Arduino编程简介....................................................................................... 25 4.2 各种模块设计.............................................................................................. 26 4.2.1 寻线和红外避障传感器程序设计.......................................................... 26 4.2.2 超声波传感程序设计.............................................................................. 27 4.2.3 DS18B20温度传感程序设计................................................................... 28 4.2.4 红外遥控程序设计.................................................................................. 29 4.3 程序逻辑与思路.......................................................................................... 30 4.4 总结.............................................................................................................. 30 5. 系统整体调试与总结 ........................................................................................... 32
5.1 软件的调试与运行...................................................................................... 32 5.2 设计存在的不足.......................................................................................... 32 5.3 设计可能的改进与完善.............................................................................. 33 参考文献...................................................................................................................... 34 附录.............................................................................................................................. 35 致谢.............................................................................................................................. 36
IV
1.绪论
1.1 智能小车的研究 1.1.1 背景
随着改革开发的三十多年来，中国的经济，科技，文化等各行各业都有了突 飞猛进的发展，随之而来的是信息化的时代，计算机技术和芯片技术的进步，现在人们的日程生活中都已经离不开了各种科技产品，其中不管是电脑，电视，空调，手机还是相机，都离不开芯片技术的发展和进步，芯片从很早的六七十年代的简单的单片机，到现在先进的处理器，已经变得越来越强大，而芯片技术进入中国也已经经过了几十年的发展和进步，而现在51单片机已经是早已经为人们所熟知，学习电子专业的大学生们基本上51单片机都是他们的必修课，但是随着人们的要求越来越高，对芯片的性能要求也不断的提高，51单片机陈旧的结构和落后的性能已经越来越不能满足人们和学生们对知识的渴望，所以此时一种崭新的硬件平台横空出世，他开发简单，操作方便，硬件电路成本低廉，非常适于开发和设计，一时间风靡全球，成为了学生，老师，设计师们手中的利器，用它可以方便的完成各种以前需要复杂步骤的功能，他就是Arduino开发平台。
他是一个开源的平台，适合没有基础的学生学习和使用，而且在网上资料丰富，你还可以在社区中和前辈们互相讨论，交流心得。 1.1.2 智能小车的研究目的
智能小车是一个非常棒的平台，他可以移动，具有载重能力，且原理简单。容易实现，比起难以控制还要加上各种算法的飞行器来说，小车是一个传统却又不失魅力的开发单位，我们可以给小车加上各种功能，比如追寻太阳角度，收集太阳能的小车，比如可以自动搬送货物的小车等等，智能小车强调的就是一个“智能”，从哪里能够体现出智能呢，就是人类给他一个指令之后，他能够自己进行判断，然后进行处理。现在小到孩子们的玩具，大到送往太空进行科学研究的探测仪，都可以采用智能小车的形式，于是这便更令智能小车有了用武之地，而且他还可以使用在我们生活中的方方面面，我们可以为超市提供智能小车，这样他可以让年老的购物者毫不费力的指挥并使用，并且在用完之后能够自动回到存放他的位置，节省了人力物力，使生活变得更加方便。他也可以用在工程方面，可
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以去一些人类到达不了的地方，我们为他装上各种传感器，于是他便能为我们传回各种有用的数据。我们甚至可以把他用在军事上，可以让他代替人类去完成危险的事情，可以让他去排雷，去发射导弹，等等。 1.1.3 智能小车的研究意义
通常的小车大家都见过，小时候相信大家肯定都玩过电动的四驱车，但是那种小车只能一个劲的往前跑，甚至你都追不到他，玩起来也非常麻烦。再到后面便有了遥控车，这种遥控车便是利用无线电遥控来控制舵机从而达到操纵车子的运行方向以及前后的目的，但是这种车子还要顾及到使用者的能力以及操纵的水平。而且现在有很多地方因为距离太过遥远，而且无线电收到干扰，需要人力来操作等等一系列的限制从而引发了一种全新的模式，那就是智能小车，他能够不需要人来进行控制，能够自动利用传感器来感知和读取环境中的数据，从而按照要求来自动工作，这样的话就能够在人类不能涉足地方进行工作，而且还能够极大的减轻了人力和物力，因为具有非常大的使用价值和广阔的前景。 1.2 国内外研究的概况
国外的智能小车研究早就已经是非常成熟的技术了，飞思卡尔公司还在中国内地举办了多届智能小车大赛，让大学生们能够参与到智能小车的开发中来，可以说智能小车无论是在国内还是国外都是一个非常热门的项目，历届的国际机器人大赛中都缺少不了智能小车平台的项目，例如智能小车组成的足球队来踢足球等等一系列有趣的项目，国外的很多芯片也都支持对智能小车的开发，其中就包括Arduino平台中使用的AVR中ATMEGA168或是328的芯片，虽然还只是8位芯片，但是却是采用了RISC指令，并且采用了各种先进技术，使得芯片的技术大幅提升，这也给了智能小车平台非常大的开发空间，而飞思卡尔公司也提供了很多强大的芯片来支持我们的开发，由此可见智能小车平台的成熟。其次包括美国送上火星的探索者号机器人等等，都是非常先进的智能小车，他不光是驱动系统非常先进，机动能力非常强，而且身上搭载了各种先进的仪器，比如红外摄像仪，钻探器，太阳能电池板，化学成分分析仪等一些列仪器来进行科学开发，美国的军方也早已开发出能够自动排雷的智能小车甚至已经有公司研制出了可以代替人类开车的智能汽车，这都将带给人类全新的体验。虽然国内在这方面还并不能
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最先进的国家相比，但是已经有越来越多的年轻人对这一充满活力的平台感兴趣从而投入到他的开发和创造过程中来。 1.3 智能小车系统的发展史
智能小车其实很久有已经有人设想过了，只不过当时限于条件而未能实现，然而现在依靠芯片技术的发展，智能小车早已经不是什么先进技术，早在51单片机风靡之时就已经可以造出有着简单功能的智能小车，可以完成一些虽然智能但是相对简单的功能，那都是受限于芯片的处理能力，但是现在芯片技术已经相对发达的多，我们就可以完成更多更复杂的功能，我们可以利用传感器，比如温度传感器，红外传感器，超声波传感器，电子罗盘，加速度传感器等一系列先进的传感器来感知外界环境从而实现自主控制的功能，从而让小车越来越智能。 1.4 主要工作
我在这里设计的智能小车会具备以下功能：1，寻线功能，也就是会跟着地上的黑线来走。 2，红外避障功能，利用红外传感器来感知外界环境从而避开障碍。3，超声波测距功能，利用超声波传感器来测量距离。4，使用BS18B20温度传感器测量温度的功能。5，用红外遥控器进行小车的控制。 1.5 小结
本章主要简单的介绍了一下Arduino 以及其平台和智能小车的一些概念和他的意义，并说明这里将要完成并实现哪些功能。
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2.基于Arduino开发板的智能小车控制系统的整体设计
2.1 智能小车控制系统的整体设计 2.1.1 寻线功能的实现
小车想要完成寻线功能，看起来好像有点不可思议，那么我们就把人当做例子来好好考虑这个问题，我们人是肯定可以跟着黑线走的，那么我们是怎样完成这样一个功能的呢，首先，我们要能够看见黑线，那就是我们要有眼睛，如果都看不见（或是识别不了）那就无从谈起了，好吧，那么智能小车也是一样的，如果想要他能够跟着黑线走那么他首先也要能够“看见”那些黑线，那么我们在这里就要使用到传感器，所谓传感器呢，简单的说就是一种检测装置，能够感受到被测量的信息，并将检测到的信息，按一定的规律变换成为电信号或者是其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输，处理，存储，显示，记录，控制等要求。
那么我在这里就将选择一个红外巡线传感器，而这个红外传感器就将充当智能小车的眼睛来检测黑线，那么具体是一个什么样的原理呢，我在下面说明。
寻线原理：红外巡线传感器模块的原理是利用红外对管检测自己发出的红外线对反射光（深色反射弱，浅色反射强）。寻线传感器可以帮助你的机器人进行白线或者黑线的跟踪，可以检测白底中的黑线，也可以检测黑底中的白线，检测到黑线返回低电平。
好了，其实原理很简单，就是利用一个红外对射管，一个负责发射，一个负责接收，当遇到黑线时则红外线都被吸收掉了，不能返回另一个接收管，那么传感器就会传回一个低电平，那么你就可以专门检测电平是高是低，如果是低，那么就可以判断是遇到了黑线，并做出相应的动作。
以下便是这个传感器的相应数据： 模块参数：
信号类型：数字输出 工作电压：+5V DC 尺寸：45*16mm
输出电平：TTL电平(黑线低电平，白线高电平) 工作电流：<10 ma
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