arduino的智能颜色识别小车【字数：11574】
摘 要智能颜色识别小车，是将智能小车与颜色识别相结合，通过对周围环境颜色的判别，实现小车对不同颜色的识别功能。在未来的旅游业中，智能颜色识别小车有着一定的应用前景。它可以根据游客的需求，按照规定的路径行驶至以不同颜色为代表的旅游景点，并对其进行智能化的颜色识别。本设计由硬件和软件两部分组成。硬件部分以Arduino控制器为核心，采用4个DC3-6VTT直流减速电机，用于完成对智能小车的驱动。在智能小车上加装颜色识别模块，灰度传感器GRAY SENSOR 312594，通电后将被测物的颜色转化为具体的数字返回到串口，方便监视和记录，从而进行简易的颜色识别。采用LED探照灯BST-03V2.0，用于将灰度传感器得到的光照值数据进一步处理，以led灯光颜色的形式显示。四路循迹传感器BST-02V1.0,能够识别16mm宽度以上的黑线，使小车按照黑线的轨迹行驶。软件部分主要对灰度传感器和led探照灯进行了功能调试。在Arduino IDE的测试环境中测试并记录灰度传感器在识别不同颜色时，返回到串口的光照值数据，通过与颜色rgb表对应并调节led探照灯的亮度级别来显示对应颜色。经各环节调试完成后，将小车置于包含7种颜色，11个景点的模拟环境中进行测试，测试结果显示小车能够按照固定轨迹一一到达各个旅游景点，并对各个景点进行颜色识别，最终返回起点。测试结果证明了智能颜色识别小车满足任务需求，达到设计目的。
Key Words: Arduino；Color recognition；LED display；Intelligent car 目 录
1. 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究现状 2
1.3主要研究内容 3
1.4本章小结 3
2. 需求分析与方案论证 4
2.1需求分析 4
2.2设计方案比较 4
2.2.1电源模块方案比较 4
2.2.2电机驱动模块方案比较 5
2.2.3颜色识别模块方案比较 6
2.2.4循迹模块方案比较 7
2.3系统总体设计方案 8
2.4本章小结 9
3. 系统硬件设计 10
3.1硬件设计总方 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
案 10
3.2 Ardunio单片机模块 11
3.3电机驱动模块 11
3.4电源模块 12
3.5四路循迹传感器模块 13
3.6颜色识别模块 15
3.7 LED七彩探照灯模块 16
3.8本章小结 17
4. 系统软件设计 18
4.1总体软件设计方案 18
4.2电机驱动程序 19
4.3四路循迹程序 20
4.4颜色识别程序 23
4.5 LED颜色显示程序 24
4.6本章小结 25
5. 系统调试与分析 26
5.1硬件部分调试 26
5.2软件部分调试 26
5.3测试 28
5.4本章小结 29
6. 总结与展望 30
6.1总结 30
6.2展望 30
参考文献 32
附录一 元器件清单 33
附录二 电路原理图 34
附录三 系统核心代码 35
致谢 49
绪论
研究背景及意义
在当今社会，随着计算机、微电子技术的快速发展，智能化俨然已经成为科学领域的重点研究对象，其发展也是越来越迅猛。智能小车，也称为轮式机器人，如图11所示。其运用了计算机、传感、信息、导航、人工智能、通信等多种自动控制技术来完成对环境的感知，规划路径，智能避障巡线等多种功能。是一种高新技术综合体，同时也为我们的生活带来了极大的便利。
/
图 1 1智能小车
在军事方面，智能小车可以到达指定危险区域进行探测和侦察，这样使得勘察工作变得更为安全，节省了大量的人力物力以及不必要的风险[1]。在民用方面，智能小车的智能系统可以减少交通事故的发生率，为人们精确导航。同时也可以根据其本身的智能系统，为残疾人门提供必要的帮助，障碍提醒报警等。在科研方面，例如航空航天上，智能小车的表现也十分活跃。美国的智能小车在火星上探索着未知领域的生物，其作用是人为模仿不出来的，具有极大的意义[2]。
由于我国对颜色识别的研究逐渐重视，越来越多的色彩仪器开始出现。如图21所示的颜色识别传感器，它能够代替人眼来感知不同的色彩，及其细微的色彩差异也能精确地进行区分。有些色彩传感器甚至可以识别近1000万种的色彩差异[16]。颜色检测和识别在许多领域都有着及其重要的作用，例如在工业化生产中，可用来检测产品质量以及对产品的分类整理。在商品包装中，能够通过对包装纸相邻便签的颜色识别，实现生产的自动化控制。在医疗领域中，血液诊断、尿样分析和牙齿整形都应用到了颜色检测和识别[17]。在日常生活中，同样有着许多颜色识别的例子，最为显著的便是交通标志。整个交通秩序需要靠红黄绿三色的交通信号灯来维持，因此色彩是交通标志的要素之一。颜色识别不管是在日常生活中还是其他各个领域都有着极为重要的作用与意义，未来的发展前景可谓是十分广阔。
/
图1 2颜色传感器
本项目是将智能小车同颜色识别功能相结合，模拟一个基于颜色识别的环境，不同的景点有着对应不同的颜色，智能小车需要实现的功能是按照规划的路径一一前往各个景点，并且对各个不同颜色的景点进行颜色识别，最终返回起点。
研究现状
国内外许多研究者都已经对智能小车以及颜色识别领域展开了深入的研究：
如今的智能小车已经能够实现各种多样化的功能，例如智能巡线、超声波避障、红外跟随以及寻光行走等等。这些功能的实现都得益于智能小车内部的核心控制器。通过对智能小车相关的参考文献及优秀论文的研究与归纳，总结出了当今应用较为广泛的核心控制器：STM32微控制器，AT89C51单片机以及Arduino控制器。在一个参考示例中，设计者使用STM32F103微处理器作为核心芯片实现了小车的循迹避障功能。小车在运动时，利用超声波电路进行测距来实现避障，红外探测电路实现小车循迹功能。对应控制程序在STM32集成开发环境Keil下编写，并且使用mcuisp软件来进行程序的下载[3]。除STM32芯片以外，还有许多其他芯片都可以成功实现智能小车的设计与制作。
Key Words: Arduino；Color recognition；LED display；Intelligent car 目 录
1. 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究现状 2
1.3主要研究内容 3
1.4本章小结 3
2. 需求分析与方案论证 4
2.1需求分析 4
2.2设计方案比较 4
2.2.1电源模块方案比较 4
2.2.2电机驱动模块方案比较 5
2.2.3颜色识别模块方案比较 6
2.2.4循迹模块方案比较 7
2.3系统总体设计方案 8
2.4本章小结 9
3. 系统硬件设计 10
3.1硬件设计总方 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
案 10
3.2 Ardunio单片机模块 11
3.3电机驱动模块 11
3.4电源模块 12
3.5四路循迹传感器模块 13
3.6颜色识别模块 15
3.7 LED七彩探照灯模块 16
3.8本章小结 17
4. 系统软件设计 18
4.1总体软件设计方案 18
4.2电机驱动程序 19
4.3四路循迹程序 20
4.4颜色识别程序 23
4.5 LED颜色显示程序 24
4.6本章小结 25
5. 系统调试与分析 26
5.1硬件部分调试 26
5.2软件部分调试 26
5.3测试 28
5.4本章小结 29
6. 总结与展望 30
6.1总结 30
6.2展望 30
参考文献 32
附录一 元器件清单 33
附录二 电路原理图 34
附录三 系统核心代码 35
致谢 49
绪论
研究背景及意义
在当今社会，随着计算机、微电子技术的快速发展，智能化俨然已经成为科学领域的重点研究对象，其发展也是越来越迅猛。智能小车，也称为轮式机器人，如图11所示。其运用了计算机、传感、信息、导航、人工智能、通信等多种自动控制技术来完成对环境的感知，规划路径，智能避障巡线等多种功能。是一种高新技术综合体，同时也为我们的生活带来了极大的便利。
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图 1 1智能小车
在军事方面，智能小车可以到达指定危险区域进行探测和侦察，这样使得勘察工作变得更为安全，节省了大量的人力物力以及不必要的风险[1]。在民用方面，智能小车的智能系统可以减少交通事故的发生率，为人们精确导航。同时也可以根据其本身的智能系统，为残疾人门提供必要的帮助，障碍提醒报警等。在科研方面，例如航空航天上，智能小车的表现也十分活跃。美国的智能小车在火星上探索着未知领域的生物，其作用是人为模仿不出来的，具有极大的意义[2]。
由于我国对颜色识别的研究逐渐重视，越来越多的色彩仪器开始出现。如图21所示的颜色识别传感器，它能够代替人眼来感知不同的色彩，及其细微的色彩差异也能精确地进行区分。有些色彩传感器甚至可以识别近1000万种的色彩差异[16]。颜色检测和识别在许多领域都有着及其重要的作用，例如在工业化生产中，可用来检测产品质量以及对产品的分类整理。在商品包装中，能够通过对包装纸相邻便签的颜色识别，实现生产的自动化控制。在医疗领域中，血液诊断、尿样分析和牙齿整形都应用到了颜色检测和识别[17]。在日常生活中，同样有着许多颜色识别的例子，最为显著的便是交通标志。整个交通秩序需要靠红黄绿三色的交通信号灯来维持，因此色彩是交通标志的要素之一。颜色识别不管是在日常生活中还是其他各个领域都有着极为重要的作用与意义，未来的发展前景可谓是十分广阔。
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图1 2颜色传感器
本项目是将智能小车同颜色识别功能相结合，模拟一个基于颜色识别的环境，不同的景点有着对应不同的颜色，智能小车需要实现的功能是按照规划的路径一一前往各个景点，并且对各个不同颜色的景点进行颜色识别，最终返回起点。
研究现状
国内外许多研究者都已经对智能小车以及颜色识别领域展开了深入的研究：
如今的智能小车已经能够实现各种多样化的功能，例如智能巡线、超声波避障、红外跟随以及寻光行走等等。这些功能的实现都得益于智能小车内部的核心控制器。通过对智能小车相关的参考文献及优秀论文的研究与归纳，总结出了当今应用较为广泛的核心控制器：STM32微控制器，AT89C51单片机以及Arduino控制器。在一个参考示例中，设计者使用STM32F103微处理器作为核心芯片实现了小车的循迹避障功能。小车在运动时，利用超声波电路进行测距来实现避障，红外探测电路实现小车循迹功能。对应控制程序在STM32集成开发环境Keil下编写，并且使用mcuisp软件来进行程序的下载[3]。除STM32芯片以外，还有许多其他芯片都可以成功实现智能小车的设计与制作。
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