基于arduino的迷你教育小车设计【字数：10858】
本课题基于Arduino单片机设计了一个供青少年学习和玩耍的迷你型小车。该教育小车包含由TCRT5000构成的寻迹电路，超声波和红外对管组成的广角避障电路，DRV8833构成的直流电机驱动电路等部分。设计包括硬件设计和软件设计两部分。在硬件设计中，采用Arduino Nano作为系统的MCU,TCRT5000红外光电传感器及运放LM358组成四路寻迹电路，940nm发射管和940nm黑色接收管构成小车两侧障碍物检测电路，HC-SR04超声波传感器用来探测小车前方障碍物，以DRV8833驱动芯片为核心构建直流电机驱动电路，XA5-14红外无线遥控模块用来遥控小车前进后退转弯以及切换到避障寻迹模式，电源采用4节1.5V充电电池和USB口移动电源双供电模式，电机采用强抗磁干扰有刷直流电机，根据上述电路及元件，分别进行相应的软件设计，经过测试，该设计能够实现预期的寻迹、避障及遥控的功能。
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题国内外研究状况 1
1.3课题主要研究内容 2
第二章 总体设计 3
2.1系统功能要求 3
（1）安全性 3
（2）稳定性 3
（3）经济性 3
2.2系统整体构成 3
（1） 微控制器（MCU） 3
（2） 电源 4
（3）寻迹电路 4
（4）避障电路 4
（5） 驱动电路 4
（6） 红外遥控 4
2.3硬件的选择 5
（1）传感器的选择 5
（2）芯片的选择 6
（3）主控单片机的选择 7
第三章 硬件设计 9
3.1 主控Arduino Nano单片机 9
3.2 电源稳压电路 11
3.3 避障电路 12
3.4 寻迹电路 13
3.5 驱动电路 15
3.6 PCB板的制作与结构的设计 16
第四章 软件设计 20
4.1软件设计流程图 20
4.2 PWM调速原理 22
4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3软件程序分析 23
1.避障程序 23
2.寻迹程序 24
3.遥控程序 25
4.红外控制程序 25
4.4调试过程 26
1.硬件调试 26
2.软件调试 26
第五章 成果展示 28
5.1外观设计 28
5.2 PCB实物图 29
5.3功能运行图 30
结束语 31
参考文献 32
致谢 33
绪论
1.1课题研究背景
随着计算机技术运用的普及，智能化设备越来越被人们所熟知。大到工业机械化生产，小到手机电脑内部CPU的信号处理，都离不开计算机程序的智能化控制。并且这种趋势还在继续，以此带来的良好结果就是学校越来越重视对于学生编程能力的培养。现在已经有许多中小学生开始学习简单的编程语言，简单的编程可以借助硬件让孩子立刻看到编程的结果，这不仅满足了孩子的好奇心，增加他们对于编程的了解，还适应了时代潮流，让他们尽早进入到人工智能时代。在多种编程语言中，Arduino编程语言具有代码开源，函数封装使用简单等优点，是大多数中小学生接触编程的首选编程语言。本课题为适应广大学生对于学习编程的需求，设计了一辆迷你型教育小车。
该教育小车经过电源、驱动、外形及组装等多方面考量，最终确定了一个小车模型，该模型小巧轻盈，能够满足学生对于编程的学习和Arduino的学习和探索。
1.2课题国内外研究状况
机器人一词最早出现在文学作品中，1920年，一名捷克作家写了名为《罗萨姆的万能机器人》的剧本，剧中将机器人作为劳动力推向市场，代替人类劳动。真正意义上的机器人诞生于1959年，美国人制造了工业机器人，类似于现代的机械臂，可以抓取工业零件。经过近50年的发展，全球已知机器人种类已达几十种，它们在各领域为人类的生产生活服务。其中包括顺序型、沿轨迹作业型、远距作业型、智能型。智能型机器人是最为复杂的机器人，1997年日本制造了全球第一台步行机器人；2003年，索尼公司制造了Aibo机器狗，另外该公司还制造了双足行走机器人，富有情感可以与人交流，而且还可以通过记忆和学习不断成长。[3]
对于本课题所应用到的自动巡线避障而言，它属于智能机器人范畴，也是模仿人类一些简单的识别能力。根据国务院最新发布的产能结构占比来看，2017年2019年，智能服务机器人销售总额同比增长3.5%。
在国内，从“七五”开始，我国的机器人研究开始起步，经过多年的发展，取得了一定的成绩。1994年，清华大学智能移动机器人通过鉴定。中国科学院沈阳自动化研究所的AGV和防爆机器人，哈尔滨工业大学于1996年研制成功导游机器人等。目前，中国较大港口货物的搬运，大多已经完成了寻迹机器人自动选择最佳路径实现高效搬运的任务，原来繁重冗余的工作现在只需要几个程序员控制上百台搬运机器人就可以实现。
智能小车作为移动式机器人的一个重要分支，随着机器人研究的深入受到越来越多人的关注。它是计算机控制与电子技术的融合，集传感器探测，单片机自动控制、调速电机等于一体，可以说是计算机、传感器、信息、通讯、导航、人工智能及自动化控制等技术的一个综合体。现今社会智能车发展很快，无人驾驶汽车也被提到了社会发展的日程上，所以，智能玩具也越来越受家长和孩子的欢迎。本次设计的小车，就是为了提前让孩子接触自动驾驶汽车的现象及相关简单原理，同时使用简单的Arduino编程实现迷你教育小车的自动寻迹、避障，真实有效的模拟无人汽车的行驶。
1.3课题主要研究内容
本文从实际出发，选取Arduino Nano作为系统主控芯片，参考市场上销售相关器件的性能和价格以及初学编程者对于编程的理解，综合设计了一个可以实现自动寻迹避障遥控的迷你小车，满足广大初学编程者动手焊接组装小车，自己编写程序控制小车的要求。同时可以使用充电电池或者充电宝供电，安全可靠。
第二章 总体设计
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题国内外研究状况 1
1.3课题主要研究内容 2
第二章 总体设计 3
2.1系统功能要求 3
（1）安全性 3
（2）稳定性 3
（3）经济性 3
2.2系统整体构成 3
（1） 微控制器（MCU） 3
（2） 电源 4
（3）寻迹电路 4
（4）避障电路 4
（5） 驱动电路 4
（6） 红外遥控 4
2.3硬件的选择 5
（1）传感器的选择 5
（2）芯片的选择 6
（3）主控单片机的选择 7
第三章 硬件设计 9
3.1 主控Arduino Nano单片机 9
3.2 电源稳压电路 11
3.3 避障电路 12
3.4 寻迹电路 13
3.5 驱动电路 15
3.6 PCB板的制作与结构的设计 16
第四章 软件设计 20
4.1软件设计流程图 20
4.2 PWM调速原理 22
4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3软件程序分析 23
1.避障程序 23
2.寻迹程序 24
3.遥控程序 25
4.红外控制程序 25
4.4调试过程 26
1.硬件调试 26
2.软件调试 26
第五章 成果展示 28
5.1外观设计 28
5.2 PCB实物图 29
5.3功能运行图 30
结束语 31
参考文献 32
致谢 33
绪论
1.1课题研究背景
随着计算机技术运用的普及，智能化设备越来越被人们所熟知。大到工业机械化生产，小到手机电脑内部CPU的信号处理，都离不开计算机程序的智能化控制。并且这种趋势还在继续，以此带来的良好结果就是学校越来越重视对于学生编程能力的培养。现在已经有许多中小学生开始学习简单的编程语言，简单的编程可以借助硬件让孩子立刻看到编程的结果，这不仅满足了孩子的好奇心，增加他们对于编程的了解，还适应了时代潮流，让他们尽早进入到人工智能时代。在多种编程语言中，Arduino编程语言具有代码开源，函数封装使用简单等优点，是大多数中小学生接触编程的首选编程语言。本课题为适应广大学生对于学习编程的需求，设计了一辆迷你型教育小车。
该教育小车经过电源、驱动、外形及组装等多方面考量，最终确定了一个小车模型，该模型小巧轻盈，能够满足学生对于编程的学习和Arduino的学习和探索。
1.2课题国内外研究状况
机器人一词最早出现在文学作品中，1920年，一名捷克作家写了名为《罗萨姆的万能机器人》的剧本，剧中将机器人作为劳动力推向市场，代替人类劳动。真正意义上的机器人诞生于1959年，美国人制造了工业机器人，类似于现代的机械臂，可以抓取工业零件。经过近50年的发展，全球已知机器人种类已达几十种，它们在各领域为人类的生产生活服务。其中包括顺序型、沿轨迹作业型、远距作业型、智能型。智能型机器人是最为复杂的机器人，1997年日本制造了全球第一台步行机器人；2003年，索尼公司制造了Aibo机器狗，另外该公司还制造了双足行走机器人，富有情感可以与人交流，而且还可以通过记忆和学习不断成长。[3]
对于本课题所应用到的自动巡线避障而言，它属于智能机器人范畴，也是模仿人类一些简单的识别能力。根据国务院最新发布的产能结构占比来看，2017年2019年，智能服务机器人销售总额同比增长3.5%。
在国内，从“七五”开始，我国的机器人研究开始起步，经过多年的发展，取得了一定的成绩。1994年，清华大学智能移动机器人通过鉴定。中国科学院沈阳自动化研究所的AGV和防爆机器人，哈尔滨工业大学于1996年研制成功导游机器人等。目前，中国较大港口货物的搬运，大多已经完成了寻迹机器人自动选择最佳路径实现高效搬运的任务，原来繁重冗余的工作现在只需要几个程序员控制上百台搬运机器人就可以实现。
智能小车作为移动式机器人的一个重要分支，随着机器人研究的深入受到越来越多人的关注。它是计算机控制与电子技术的融合，集传感器探测，单片机自动控制、调速电机等于一体，可以说是计算机、传感器、信息、通讯、导航、人工智能及自动化控制等技术的一个综合体。现今社会智能车发展很快，无人驾驶汽车也被提到了社会发展的日程上，所以，智能玩具也越来越受家长和孩子的欢迎。本次设计的小车，就是为了提前让孩子接触自动驾驶汽车的现象及相关简单原理，同时使用简单的Arduino编程实现迷你教育小车的自动寻迹、避障，真实有效的模拟无人汽车的行驶。
1.3课题主要研究内容
本文从实际出发，选取Arduino Nano作为系统主控芯片，参考市场上销售相关器件的性能和价格以及初学编程者对于编程的理解，综合设计了一个可以实现自动寻迹避障遥控的迷你小车，满足广大初学编程者动手焊接组装小车，自己编写程序控制小车的要求。同时可以使用充电电池或者充电宝供电，安全可靠。
第二章 总体设计
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