arduino的循迹小车
摘 要随着科学技术的日益发展，机器人进入到了我们生活中的方方面面，机器人可以代替我们人类做大量重复工作或者危险的工作，节省了很多的人力还有物力，在机器人的发展过程中，自主移动是移动机器人的核心，如何让机器人按照一个我们希望的路线进行行走变成了一个首要问题，本设计基于Arduino控制器，设计了一种能够根据既定线路进行自主行走的移动小车。在本设计中，主要以Arduino uno r3控制板为核心，由稳压滤波电路，电机驱动电路，红外检测电路等电路组成，研究并设计了小车循迹算法。Arduino uno r3控制板以ATmage328为核心控制器，辅助以电压转换和下载转换等电路组成。稳压滤波电路由LM2596小型PWM斩波芯片构成的小型降压开关电源电路组成。电机驱动电路是由L298N所构成的H桥驱动器通过给定不同的位码来实现小车的前后左右移动。循迹模块由四路红外传感器通过对于黑色轨迹的区域判定来识别要走的路径，从而实现小车的自主移动功能。摘 要 2
目录
Abstract 3
1 绪论 6
1.1研究背景及意义 6
1.2整体方案研究 6
1.2.1研究内容 6
1.2.2本论文的主要步骤 6
1.3论文的整体结构 6
2 方案设计与论证 8
2.1总体方案的设计与论证 8
2.2单片机选型 8
2.3稳压模块简介 9
2.4电机模块的比较与论证 9
3 系统硬件设计 9
3.1单片机最小系统 9
3.2电源模块设计 10
3.3电机驱动模块设计 11
3.3.1电机驱动原理 12
3.4红外检测模块设计 12
4 软件设计 14
4.1开发环境简介 14
4.2涉及函数简介 14
4.3主程序介绍 15
4.4循迹算法介绍 15
4.5 驱动程序 16
5 系统运行与调试 18
5.1功能总结 19
5.2误差分析 19
5.3寻迹小车实物设计 19
5.4调试 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
19
6 总结与展望 20
6.1本文工作总结 20
6.2未来展望 20
参考文献 21
致 谢 22
1 绪论
本章主要介绍了系统的研究背景以及研究意义、研究内容和主要任务做出了介绍，并对论文的结构做出了阐述。
1.1研究背景及意义
在世界科技不断发展，企业的生产效率不断提高的大背景下，只能机器人作为高科技、高效率的劳动手段正在进入越来越多的企业或者其他上产环境中，其中，可移动机器人作为一种自动化的运输或者物流手段得到了大力发展，可以送机器人是机器人学科里面一个非常的分支，区别于流水线上的定点取物或者安装机器人，可移动机器人能够在一个开放或者封闭区域内与多个节点或者工位进行活动与交流，这大大减轻了人们的劳动强度，使得人们可以从重复性的劳动中解脱出来。
在移动机器人的发展过程中，大致可以分为三个阶段：
简单的往复运动，配有能够识别既定轨道的传感器，餐厅送餐机器人是这种机器人的典型代表。
配有一些高端传感器，能够避免对于其他物体的碰撞等，例如配有雷达传感器的扫地机器人能够在一定区域内自主行动。
在人工智能的基础上配合度大数据能够在人员密集区域或者车辆密集区域进行自主路径规划和助助兴走的机器人，现在大热的无人驾驶就是这一类别的代表。
1.2整体方案研究
1.2.1研究内容
本课题采用模块化的方法进行循迹小车的主电路部分的审计和软件部分的设计，研究的主要技术指标为：在特定线路下能够按照既定的轨迹在不偏离路线的情况下跑完全程。
1.2.2本论文的主要步骤
本论文分为软件设计和硬件调试两个部分，主要分为以下几个步骤：
对系统的整体结构进行系统设计，确定方案架构，选择实施方案并进行论证，进而得到本课题的最优解决办法。
对系统的硬件电路进行设计与制作，主要分为电机驱动部分，稳压部分，红外循迹部分。
对系统的硬件进行联合组装，分别对各个部分进行测试，得到运行逻辑。
对系统软件的编写，采用C语言编写，arduino IDE平台进行编译。
对系统进行联合调试，得到符合整体条件的运行方案。
对实验进行总结，得出最后结论。
1.3论文的整体结构
本设计主要分为以下几个章节;
第一章为绪论，本章分为三个小节，介绍了系统的研究背景和研究意义，在总体上对系统进行分解，确定了各个主体环节和论文的主要结构。
第二章为方案论证与设计，本章分为四个小节，首先对总体结构与方案进行了介绍，并且对各个部分模块进行了分析和对比论证，包括对降压模块，电机驱动模块，循迹模块的比较和分析，详细论证了方案的优点和不足，最后得出了适合本设计的最佳方案。
第三章为系统的硬件设计，分为四大部分，详细介绍了各个部分电路的工作原理并分别绘制了详细的原理图。
第四章为系统的软件设计，介绍了系统的循迹算法，并且贴出部分循迹算法的软件流程图。
第五章 制作安装与调试，本章节对调试过程中出现的问题做了总结，对系统的运行结果做了测试。
第六章为总结与展望，对移动机器人的前景进行分析，展望移动机器人光明的未来。
2 方案设计与论证
2.1总体方案的设计与论证
本系统以arduino为核心控制器，由最小系统控制板、稳压滤波电路、电机驱动电路。红外检测电路等组成，设计并制作了基于arduino的循迹小车。稳压电路由LM2956和外围电路组成，滤波电路由6个0.1uf的电容并联构成，可以滤除杂波，减少对系统的影响，给芯片供电。电机驱动模块采用L298H桥驱动组成电机模块，驱动电流大，能够使得系统正常工作。循迹模块采用红外对管组成，具有发射端和接收端，格局反射介质的颜色不同接受到的光信号不同进而判定所走路径。
系统总体框图如图21所示：
图21 系统原理图
2.2单片机选型
Arduino是一款在应用上方便快捷，在使用场合上灵活多变，同时又兼具快速上手和完全开源的特性，在智能硬件的平台上占得一席之地。通过连接各种各样的传感器和电路，使得Arduino的应用场合更加丰富。因为完全开源的特性，使得电路图可以人人根据自己的需求修改，这样便能够更加符合他在不同行业中的应用。这些特性使得Arduino在开发人员中广受欢迎。通过使用C语言在Arduino IDE上写出不同的代码，让Arduino变得更加从能，能够明白人们想让他做些什么，进而胜任索要承担的工作，在本设计中，通过辅助红外传感器做到了能够使小车识别路径的功能，在此应用上，Arduino完全能够满足要求，所以我们选择Arduino作为我们的主控制芯片。
2.3稳压模块简介
因为我们在使用过程中，为了使系统正常工作，需要保证其电压在合适范围内，在本系统中，电机驱动需要7V供电，其余模块需要5V供电，电池组输入电压为7V，所以要进行降压处理，采用一块LM2596进行降压处理，LM2596是一种低压差调节信号，可调版本可以调节37V以下的任意电压，共有五个引脚，实际应用中使用的是降压模块，所以只需要改变模块上滑动变阻器的阻值，就可以改变输出电压，使用简单，且输出稳定。
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Abstract 3
1 绪论 6
1.1研究背景及意义 6
1.2整体方案研究 6
1.2.1研究内容 6
1.2.2本论文的主要步骤 6
1.3论文的整体结构 6
2 方案设计与论证 8
2.1总体方案的设计与论证 8
2.2单片机选型 8
2.3稳压模块简介 9
2.4电机模块的比较与论证 9
3 系统硬件设计 9
3.1单片机最小系统 9
3.2电源模块设计 10
3.3电机驱动模块设计 11
3.3.1电机驱动原理 12
3.4红外检测模块设计 12
4 软件设计 14
4.1开发环境简介 14
4.2涉及函数简介 14
4.3主程序介绍 15
4.4循迹算法介绍 15
4.5 驱动程序 16
5 系统运行与调试 18
5.1功能总结 19
5.2误差分析 19
5.3寻迹小车实物设计 19
5.4调试 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
19
6 总结与展望 20
6.1本文工作总结 20
6.2未来展望 20
参考文献 21
致 谢 22
1 绪论
本章主要介绍了系统的研究背景以及研究意义、研究内容和主要任务做出了介绍，并对论文的结构做出了阐述。
1.1研究背景及意义
在世界科技不断发展，企业的生产效率不断提高的大背景下，只能机器人作为高科技、高效率的劳动手段正在进入越来越多的企业或者其他上产环境中，其中，可移动机器人作为一种自动化的运输或者物流手段得到了大力发展，可以送机器人是机器人学科里面一个非常的分支，区别于流水线上的定点取物或者安装机器人，可移动机器人能够在一个开放或者封闭区域内与多个节点或者工位进行活动与交流，这大大减轻了人们的劳动强度，使得人们可以从重复性的劳动中解脱出来。
在移动机器人的发展过程中，大致可以分为三个阶段：
简单的往复运动，配有能够识别既定轨道的传感器，餐厅送餐机器人是这种机器人的典型代表。
配有一些高端传感器，能够避免对于其他物体的碰撞等，例如配有雷达传感器的扫地机器人能够在一定区域内自主行动。
在人工智能的基础上配合度大数据能够在人员密集区域或者车辆密集区域进行自主路径规划和助助兴走的机器人，现在大热的无人驾驶就是这一类别的代表。
1.2整体方案研究
1.2.1研究内容
本课题采用模块化的方法进行循迹小车的主电路部分的审计和软件部分的设计，研究的主要技术指标为：在特定线路下能够按照既定的轨迹在不偏离路线的情况下跑完全程。
1.2.2本论文的主要步骤
本论文分为软件设计和硬件调试两个部分，主要分为以下几个步骤：
对系统的整体结构进行系统设计，确定方案架构，选择实施方案并进行论证，进而得到本课题的最优解决办法。
对系统的硬件电路进行设计与制作，主要分为电机驱动部分，稳压部分，红外循迹部分。
对系统的硬件进行联合组装，分别对各个部分进行测试，得到运行逻辑。
对系统软件的编写，采用C语言编写，arduino IDE平台进行编译。
对系统进行联合调试，得到符合整体条件的运行方案。
对实验进行总结，得出最后结论。
1.3论文的整体结构
本设计主要分为以下几个章节;
第一章为绪论，本章分为三个小节，介绍了系统的研究背景和研究意义，在总体上对系统进行分解，确定了各个主体环节和论文的主要结构。
第二章为方案论证与设计，本章分为四个小节，首先对总体结构与方案进行了介绍，并且对各个部分模块进行了分析和对比论证，包括对降压模块，电机驱动模块，循迹模块的比较和分析，详细论证了方案的优点和不足，最后得出了适合本设计的最佳方案。
第三章为系统的硬件设计，分为四大部分，详细介绍了各个部分电路的工作原理并分别绘制了详细的原理图。
第四章为系统的软件设计，介绍了系统的循迹算法，并且贴出部分循迹算法的软件流程图。
第五章 制作安装与调试，本章节对调试过程中出现的问题做了总结，对系统的运行结果做了测试。
第六章为总结与展望，对移动机器人的前景进行分析，展望移动机器人光明的未来。
2 方案设计与论证
2.1总体方案的设计与论证
本系统以arduino为核心控制器，由最小系统控制板、稳压滤波电路、电机驱动电路。红外检测电路等组成，设计并制作了基于arduino的循迹小车。稳压电路由LM2956和外围电路组成，滤波电路由6个0.1uf的电容并联构成，可以滤除杂波，减少对系统的影响，给芯片供电。电机驱动模块采用L298H桥驱动组成电机模块，驱动电流大，能够使得系统正常工作。循迹模块采用红外对管组成，具有发射端和接收端，格局反射介质的颜色不同接受到的光信号不同进而判定所走路径。
系统总体框图如图21所示：
图21 系统原理图
2.2单片机选型
Arduino是一款在应用上方便快捷，在使用场合上灵活多变，同时又兼具快速上手和完全开源的特性，在智能硬件的平台上占得一席之地。通过连接各种各样的传感器和电路，使得Arduino的应用场合更加丰富。因为完全开源的特性，使得电路图可以人人根据自己的需求修改，这样便能够更加符合他在不同行业中的应用。这些特性使得Arduino在开发人员中广受欢迎。通过使用C语言在Arduino IDE上写出不同的代码，让Arduino变得更加从能，能够明白人们想让他做些什么，进而胜任索要承担的工作，在本设计中，通过辅助红外传感器做到了能够使小车识别路径的功能，在此应用上，Arduino完全能够满足要求，所以我们选择Arduino作为我们的主控制芯片。
2.3稳压模块简介
因为我们在使用过程中，为了使系统正常工作，需要保证其电压在合适范围内，在本系统中，电机驱动需要7V供电，其余模块需要5V供电，电池组输入电压为7V，所以要进行降压处理，采用一块LM2596进行降压处理，LM2596是一种低压差调节信号，可调版本可以调节37V以下的任意电压，共有五个引脚，实际应用中使用的是降压模块，所以只需要改变模块上滑动变阻器的阻值，就可以改变输出电压，使用简单，且输出稳定。
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