基于arduino平台多传感器智能小车设计研究【字数：12290】
摘 要本文简要介绍了基于Arduino平台多传感器智能小车设计与实现，基于Arduino Uno这款开源硬件作为主控单元，以Windows Arduino IDE进行编译，通过四路红外循迹模块、超声波传感器模块、蓝牙传感器模块、红外遥控传感器模块收发信号，经由程序控制，配合L298N驱动电路驱动四驱智能小车，从而实现一辆具有多功能的智能小车。以HC-06蓝牙模块作为下位机，手机作为上位机发送指令，实现对智能小车的行驶操作控制。也可使用红外遥控器模块，通过红外接收端接收红外遥控发送的指令，实现对智能小车遥控的功能。超声波避障功能可通过HC-SR04超声波传感器模块检测障碍物距离，配合SG90舵机转向实现以及通过四路红外循迹传感器模块发送和接收光的反射程度判断路线的位置，从而实现实现红外循迹的功能。
目 录
1.引言 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外研究 2
1.2.1国外研究状况 2
1.2.2国内研究状况 2
1.3论文的研究内容 3
1.4论文的组织结构 3
2.开发平台及硬件介绍 5
2.1 Arduino平台 5
2.1.1 Arduino的简介 5
2.1.2 Arduino的优点 5
2.2硬件介绍 5
2.2.1 Arduino Uno R3： 5
2.2.2 Arduino Uno R3扩展板： 6
2.2.3 L298N电机驱动模块： 7
2.2.4 四路红外循迹模块： 8
2.2.5 HCSR04超声波模块： 8
2.2.6 SG90舵机模块： 9
2.2.7 红外遥控模块： 9
2.2.8 HC06蓝牙模块： 10
2.3硬件线路的连接 10
2.4 本章小结 11
3.多功能智能小车的系统设计 12
3.1多功能智能小车系统的总体结构设计 12
3.2电机控制模块系统的设计 12
3.3红外循迹模块系统的设计 13
3.4 超声波避障模块系统的设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
计 14
3.5遥控模块系统的设计 15
3.5.1红外遥控系统设计 15
3.5.2蓝牙遥控系统设计 16
3.6 本章小结 18
4.多功能智能小车调试 19
4.1超声波避障智能小车调试 19
4.2红外循迹智能小车调试 19
4.3红外遥控智能小车调试 20
4.4蓝牙通信智能小车调试 21
4.5本章小结 21
5.总结与展望 22
5.1总结 22
5.2展望 22
参考文献 23
附录 24
致谢 32
1.引言
智能机器人科技的发展越来越迅速，在现代生活中也变得越来越流行，有上春晚节目表演才艺的优必选智能机器人，也有打败世界第一的围棋高手AlphaGo，还有能充当警犬的波士顿动力机器狗，智能机器人可以说已经慢慢融入到生活中方方面面。智能小车也属于一种多轮驱动的智能机器人，更专业的叫法可以称作轮式移动机器人[1]。本文研究利用Arduino开发的遥控智能小车具有体积小、成本低、可在多种设备上远程控制等特点[2]，可实现多种功能，不仅可以使用红外遥控对智能小车进行操控，而且还可通过蓝牙模块与通信设备（如：手机）进行通信交互，进而实现对智能小车的操控。不仅如此，智能小车还具有自动循迹和智能避障等功能。智能小车的这些功能涵盖了很多前沿技术，包是集计算机、物理学、生理学、控制技术、传感器技术等于一体的高新科技产业[3]，一辆多功能智能小车可以说集合体现了现代科技的自动化、智能化水平程度的深浅，也是培养大学生的创新精神和实践能力的最佳实践活动之一[4]。
1.1课题研究背景及意义
随着现代科技技术的不断进步，汽车作为一种交通工具已经成为了每家每户的必需品和必备品，而且在未来科技的不断发展的过程中，汽车也会越来越重要，如：交通工具、信号基站、智能管家等作用，所以说对于汽车的发展前景可以说是非常的好，但伴随着汽车总量的数目不断的上升，汽车也越来越普民化，交通拥堵的情况也是日趋突出[5]，因此发生车祸的数量也在日益增多，不仅造成了非常巨大的经济损失，还让许多无辜的人们失去生命变得家破人亡，根据有关权威部门的数据显示，交通事故死亡人数全世界每年大概有一百多万，经过简单的运算，可以知道全世界大概每天有三千多人死于交通事故[6]。这是多么令人震惊的数据，此外还有更多因此受伤或者伤残的情况，单单我国每年发生车祸死亡人数高达10万人[7]，这是现代汽车行业目前最需要解决的问题，怎样才能更好的减少汽车发生车祸的概率，怎样去避免发生车祸。在这时候世界各国都主动将解决车祸事故问题做为各国任务的重中之重，为此许多国家和地区还制定了各种相应的国家政策和分解任务目标。这些目标政策的提出，一方面促进了汽车安全性能各项指标的要求更加严厉，另一方面也促进了汽车安全技术的发展[8]。
传感器是信息系统的源头[9]，智能小车能够利用各式各样的传感器模块来读取四周环境的信息，使之具有感知周围环境的功能进而进行作业的能力，面对不同的需求、不同的环境选用与之对应的传感器模组并通过使用合理的算法搭配执行器模组控制配合协同工作，从而完成一辆具有红外遥控功能、蓝牙通信功能、自动循迹功能和智能避障功能的多功能智能小车。
本文以智能小车代替真实汽车在实验室条件下进行设计，等到技术发展成熟，性能指标达标，再应用到真实的汽车上，从而确保技术安全可靠，至此使得国内外许多科研机构开始研究智能小车领域。
1.2国内外研究
1.2.1国外研究状况
从1972年开始至今国外对智能小车的研究从未间断，不断的将智能小车投入在各种重要的场合，如：太空的侦测、危险的排爆、战争的侦察等等。从这也说明了国外对智能小车一直都保持着很高的经济和精力的投入，也展示出了智能小车对人类的生活和发展起到了非常重要的作业。通过表1.1所示，简单的了解下不同时期国外智能小车的发展历程及其介绍。
表1.1 国外智能小车发展状况
时间
发明者
介绍
1972年
目 录
1.引言 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外研究 2
1.2.1国外研究状况 2
1.2.2国内研究状况 2
1.3论文的研究内容 3
1.4论文的组织结构 3
2.开发平台及硬件介绍 5
2.1 Arduino平台 5
2.1.1 Arduino的简介 5
2.1.2 Arduino的优点 5
2.2硬件介绍 5
2.2.1 Arduino Uno R3： 5
2.2.2 Arduino Uno R3扩展板： 6
2.2.3 L298N电机驱动模块： 7
2.2.4 四路红外循迹模块： 8
2.2.5 HCSR04超声波模块： 8
2.2.6 SG90舵机模块： 9
2.2.7 红外遥控模块： 9
2.2.8 HC06蓝牙模块： 10
2.3硬件线路的连接 10
2.4 本章小结 11
3.多功能智能小车的系统设计 12
3.1多功能智能小车系统的总体结构设计 12
3.2电机控制模块系统的设计 12
3.3红外循迹模块系统的设计 13
3.4 超声波避障模块系统的设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
计 14
3.5遥控模块系统的设计 15
3.5.1红外遥控系统设计 15
3.5.2蓝牙遥控系统设计 16
3.6 本章小结 18
4.多功能智能小车调试 19
4.1超声波避障智能小车调试 19
4.2红外循迹智能小车调试 19
4.3红外遥控智能小车调试 20
4.4蓝牙通信智能小车调试 21
4.5本章小结 21
5.总结与展望 22
5.1总结 22
5.2展望 22
参考文献 23
附录 24
致谢 32
1.引言
智能机器人科技的发展越来越迅速，在现代生活中也变得越来越流行，有上春晚节目表演才艺的优必选智能机器人，也有打败世界第一的围棋高手AlphaGo，还有能充当警犬的波士顿动力机器狗，智能机器人可以说已经慢慢融入到生活中方方面面。智能小车也属于一种多轮驱动的智能机器人，更专业的叫法可以称作轮式移动机器人[1]。本文研究利用Arduino开发的遥控智能小车具有体积小、成本低、可在多种设备上远程控制等特点[2]，可实现多种功能，不仅可以使用红外遥控对智能小车进行操控，而且还可通过蓝牙模块与通信设备（如：手机）进行通信交互，进而实现对智能小车的操控。不仅如此，智能小车还具有自动循迹和智能避障等功能。智能小车的这些功能涵盖了很多前沿技术，包是集计算机、物理学、生理学、控制技术、传感器技术等于一体的高新科技产业[3]，一辆多功能智能小车可以说集合体现了现代科技的自动化、智能化水平程度的深浅，也是培养大学生的创新精神和实践能力的最佳实践活动之一[4]。
1.1课题研究背景及意义
随着现代科技技术的不断进步，汽车作为一种交通工具已经成为了每家每户的必需品和必备品，而且在未来科技的不断发展的过程中，汽车也会越来越重要，如：交通工具、信号基站、智能管家等作用，所以说对于汽车的发展前景可以说是非常的好，但伴随着汽车总量的数目不断的上升，汽车也越来越普民化，交通拥堵的情况也是日趋突出[5]，因此发生车祸的数量也在日益增多，不仅造成了非常巨大的经济损失，还让许多无辜的人们失去生命变得家破人亡，根据有关权威部门的数据显示，交通事故死亡人数全世界每年大概有一百多万，经过简单的运算，可以知道全世界大概每天有三千多人死于交通事故[6]。这是多么令人震惊的数据，此外还有更多因此受伤或者伤残的情况，单单我国每年发生车祸死亡人数高达10万人[7]，这是现代汽车行业目前最需要解决的问题，怎样才能更好的减少汽车发生车祸的概率，怎样去避免发生车祸。在这时候世界各国都主动将解决车祸事故问题做为各国任务的重中之重，为此许多国家和地区还制定了各种相应的国家政策和分解任务目标。这些目标政策的提出，一方面促进了汽车安全性能各项指标的要求更加严厉，另一方面也促进了汽车安全技术的发展[8]。
传感器是信息系统的源头[9]，智能小车能够利用各式各样的传感器模块来读取四周环境的信息，使之具有感知周围环境的功能进而进行作业的能力，面对不同的需求、不同的环境选用与之对应的传感器模组并通过使用合理的算法搭配执行器模组控制配合协同工作，从而完成一辆具有红外遥控功能、蓝牙通信功能、自动循迹功能和智能避障功能的多功能智能小车。
本文以智能小车代替真实汽车在实验室条件下进行设计，等到技术发展成熟，性能指标达标，再应用到真实的汽车上，从而确保技术安全可靠，至此使得国内外许多科研机构开始研究智能小车领域。
1.2国内外研究
1.2.1国外研究状况
从1972年开始至今国外对智能小车的研究从未间断，不断的将智能小车投入在各种重要的场合，如：太空的侦测、危险的排爆、战争的侦察等等。从这也说明了国外对智能小车一直都保持着很高的经济和精力的投入，也展示出了智能小车对人类的生活和发展起到了非常重要的作业。通过表1.1所示，简单的了解下不同时期国外智能小车的发展历程及其介绍。
表1.1 国外智能小车发展状况
时间
发明者
介绍
1972年
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