课设报告基于Arduino单片机的实物设计

1、基于Arduino单片机的实物设计 题目： 基于Arduino的智能小车(乌龟)设计姓名： 学院： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间： 目录一 、任务设计及要求3二、 Arduino42.1 Arduino简介42.2参数说明4三、 硬件设计43.1所需硬件清单43.2硬件设计说明53.3电机驱动模块53.3.1 L298N说明53.3.2 L298N连接图53.4循迹模块53.4.1寻线功能53.4.2寻线传感器与实验连接图53.5避碰模块73.5.1 超声波模块73.5.2 实验连接图73.6红外模块83.6.1红外模块说明83.6.2实物图8四、模块软件设计84.1循迹模块程

2、序84.2 红外模块程序104.3避碰模块程序11五、综合设计与调试115.1流程图115.2软件设计12六、总结146.1遇到问题及解决办法141、 硬件问题142、 软件问题156.2个人感悟15一 、任务设计及要求 利用Arduino设计智能小车(乌龟)其功能： 1、实现循迹（利用TCRT5000 红外对管）； 2、避碰功能（利用超声波）； 3、红外遥控功能； 4、综合以上功能实现自动循迹、避障、红外控制的智能小车； 二、 Arduino 2.1 Arduino简介ARDUINO 智能小乌龟是一款单片机学习应用开发系统,以 arduino 单片机系列 atmega-328为核心.完成寻线

3、,避障,红外遥控和蓝牙遥控的功能,.套件包含了大量的趣味程序，并可扩展外置的电路模块，从而增加小车的使用功能.旨在让使用者在学习 ARDUINO 单片机时能脱离枯燥的理论知识，在玩乐中获取单片机系统开发的能力。 2.2参数说明 1.电机参数：电压范围：1.5-12V,电机轴长10mm,转速 100rpm/min. 2.控制电机选用L298N驱动模块，与单片机真正隔离. 3.三组寻线模块,检测黑白线，精度更高,也可用与防跌落控制. 4.红外遥控通信模块，组成智能小车遥控系统. 5.超声波模块,小车避障系统. 5.蓝牙无线模块,可以和手机蓝牙配对遥控机器人. 6.可接入外部712V的电压。并能搭载

4、多款传感器模块，根据您的想象力实现各种功能.三、 硬件设计3.1所需硬件清单1. 金属减速电机 2 个；2.优质轮胎 2 个；3.电机固定件 2 个；4 、牛眼万向轮；5.机器人底盘 2 片；6.L298N 电机驱动板 1 个；7.ARDUINO UNO328 控制板 1 个；8.ARDUINO 传感器扩展板 1 个；9.云台 1 个；10.舵机 1 个；11.超声波模块 1 个；12.三组寻线模块；13.红外接收传感器；14.单片机遥控器；15.2000MA 18650 充电电池 2 节；16.18650 电池盒一个；17.18650 充电器一个。3.2硬件设计说明 结合实际、根据需要，将系

5、统分为四个模块，即电机驱动模块，循迹模块，避碰模块，红外模块，分开做，自后将其综合起来。3.3电机驱动模块 3.3.1 L298N说明 L298N是一个驱动模块，就是单片机的驱动电流太小无法驱动电动机，因此L298N其起到一个放大器作用。通过控制L298N I1 I2 I3 I4接口，控制电机的正转，反转，转弯和停止。 3.3.2 L298N连接图 如下图所示：3.4循迹模块 3.4.1寻线功能 使小车沿着黑线走，根据黑线的位置选着行走的状态。 3.4.2寻线传感器与实验连接图 TCRT5000红外对管的工作原理是利用红外线对颜色的反射率不一样，将 反射信号的强弱转化成电流信号。黑白寻迹模块在

6、检测到黑色高电平有效，检测到白色是为 低电平有效，检测高度为 03cm。使用方法1.传感器接口有3根排针，分别是GND ，VCC，OUT。VCC和GND为供电端，OUT是信 号输出端。 2.检测到物体，信号端输出低电平；未检测到物体，信号端输出高电平。 3.主要判断信号输出端是0或者1，就能判断物体是否存在。 性能参数： 1：检测距离，检测白纸时约为2厘米。视颜色的不同距离有所不同，白色最远。 2.供电电压：2.5V12V,不要超过12V。(注意：最好用低电压供电，供电电压太高传感器的寿命会变短。5V供电为佳。) 3.工作电流，5V时1820ma。经大量测试，传感器硬件设置为1820ma工作电

7、流时性能最 佳，主要表现在抗干扰能力上。4.检测到物体，信号端输出低电平；未检测到物体，信号端输出高电平。 5.传感器输出TTL电平，能直接与3.3V或者5V单片机IO口相连。 黑线或者白线检测原理 1.利用黑色对光线的反射率小这个特点，当平面的颜色不是黑色时，传感器发射出去的红 外光被大部分反射回来。于是传感器输出低电平0。 2.当平面有一黑线，传感器在黑线上方时，因黑色的反射能力很弱，反射回来的红外光很 少，达不到传感器动作的水平，所以传感器还输出1。 3.我们只要用单片机判断传感器的输出端是0或者是1，就能检测黑线。 4.检测白线的原理和检测黑线的原理一样，检测白线时，白线周边的颜色也要

8、比较接近黑 色，然后调节红外传感器上面的可调电阻，将灵敏度调低，一直调到刚好周边的颜色检测 不到为止，那样就能检测白线了。连接参考图如下：3.5避碰模块 3.5.1 超声波模块超声波智能避障实现方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到实用的要求,因此成为常用的避障方法。 3.5.2 实验连接图3.6红外模块 3.6.1红外模块说明实验前须知：1.先把 IRremote 函式库资料夹放进 Arduino libraries 目录底下2.开启 IrReceive.pde 测得自 己的红外线遥控的码（在 Serial Monitor 可显示 IRcode） ， 再将IRcode 记

9、录下来， 然后到程式里面修改成自 己的红外线码即可。3.6.2实物图四、模块软件设计4.1循迹模块程序欢迎下载 int MotorRight1=8;/IN1int MotorRight2=9;/IN2int MotorLeft1=7;/IN4int MotorLeft2=6;/IN3int speedpin=11;/定义 EA(PWM 调速)int speedpin1=10;/定义 EB(PWM 调速)接口const int SensorLeft = 5; /左感測器輸入腳const int SensorMiddle= 4 ; /中感測器輸入腳const int SensorRight = 3

10、; /右感測器輸入腳int SL; /左感測器狀態int SM; /中感測器狀態int SR; /右感測器狀態void advance(int a) / 前进 digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(MotorRight2,HIGH); digitalWrite(MotorLeft1,LOW); digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); delay(a*50); void left(int i) / 左转 digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(MotorRight2,HIGH)

11、; digitalWrite(MotorLeft1,LOW); digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(i*30); void right(int c) / 右转 digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(MotorRight2,LOW); digitalWrite(MotorLeft1,LOW); digitalWrite(MotorLeft2,HIGH);delay(c*30); void stopp(int d) /停止 digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(M

12、otorRight2,LOW); digitalWrite(MotorLeft1,LOW); digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(d * 10); void back(int g) /后退 digitalWrite(MotorRight1,HIGH); digitalWrite(MotorRight2,LOW); digitalWrite(MotorLeft1,HIGH); digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(g * 100); void re(int x) /右大转 digitalWrite(MotorRight1,LO

13、W); digitalWrite(MotorRight2,HIGH); digitalWrite(MotorLeft1,HIGH); digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(x * 25); void le(int h) /左打转 digitalWrite(MotorRight1,HIGH); digitalWrite(MotorRight2,LOW); digitalWrite(MotorLeft1,LOW); digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); delay(h * 25); void setup()Serial.begin(9600

14、); pinMode(MotorRight1, OUTPUT); / 腳位 8 (PWM) pinMode(MotorRight2, OUTPUT); / 腳位 9 (PWM) pinMode(MotorLeft1, OUTPUT); / 腳位 7(PWM) pinMode(MotorLeft2, OUTPUT); / 腳位 6 (PWM) pinMode(speedpin,OUTPUT); pinMode(speedpin1,OUTPUT); pinMode(SensorLeft, INPUT); /左感測器 pinMode(SensorMiddle, INPUT);/中感測器 pinMod

15、e(SensorRight, INPUT); /右感測器void loop() SL = digitalRead(SensorLeft); SM = digitalRead(SensorMiddle); SR = digitalRead(SensorRight); SL = digitalRead(SensorLeft); SM = digitalRead(SensorMiddle); SR = digitalRead(SensorRight);if (SM = HIGH) if (SR = LOW & SL = HIGH) / 向左 left(1); stopp(2); else i

16、f (SL = LOW & SR = HIGH) right(1);stopp(2); else if(SL = HIGH & SR = HIGH ) if(count<des-1) advance(1); stopp(50); count=count+1; if(count=des-1) le(12)； SL = digitalRead(SensorLeft);SM = digitalRead(SensorMiddle);SR = digitalRead(SensorRight); else if(count>=des) digitalWrite(MotorRig

17、ht1,LOW); digitalWrite(MotorRight2,LOW); digitalWrite(MotorLeft1,LOW); digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(50000); else advance(2) ; else / 直進 advance(1); if (SM=LOW) if(SR=LOW & SL=HIGH) left(1); stopp(2); else if(SL=LOW & SR=HIGH) right(1); stopp(2); if(SL = LOW & SR = LOW & SM=LOW

18、) le(1); 欢迎下载4.2 红外模块程序long advence = 0x00FF629D;long back = 0x00FFA857;long stopp = 0x00FF02FD;long left = 0x00FF22DD;long right = 0x00FFC23D;IRrecv irrecv(RECV_PIN);decode_results results;void dump(decode_results *results) int count = results->rawlen; if (results->decode_type = UNKNOWN)Seria

19、l.println("Could not decode message"); elseif(results->decod_type=NEC)Serial.print("Decoded NEC: "); else if (results->decode_type =SONY)Serial.print("Decoded SONY: "); else if (results->decode_type = RC5) Serial.print("Decoded RC5: "); else if (resul

20、ts->decode_type = RC6)Serial.print("Decoded RC6: ");Serial.print(results->value, HEX) Serial.print(" (");Serial.print(resuls->bits, DEC); Serial.println("bits)"); Serial.print("Raw("); Serial.print(count, DEC);Serial.print("): ");for (int i

21、= 0; i < count; i+) if (i % 2) =1)Serial.print(results->rawbufi*USECPERTICK,DEC); elseSerial.print(-(int)results->rawbufi*USECPERTICK, DEC); Serial.print(" "); Serial.println(""); void setup() Serial.begin(9600); irrecv.enableIRIn(); / Start the receiver int on = 0;unsig

22、ned long last = millis();void(loop) i(irrecv.decode(&results) if (millis() - last > 250) on = !on; digitalWrite(13, on ? HIGH :LOW);dump(&result)if (results.value= ? ) 4.3避碰模块程序主程序void loop() myservo.write(90); /测量 detection(); /测量角度 if(directionn = 2) /假如 directionn(方向) = 2(倒車) back(5);

23、/ 倒退 stopp(); /停止 while(1); if(directionn = 8) advance(2); 五、综合设计与调试5.1流程图 开始 红外信号 障碍物 路径1 路径2 终点 终点 开始5.2软件设计 #include <IRremote.h> #include <Servo.h>int RECV_PIN = 12;int MotorRight1=8;/IN1int MotorRight2=9;/IN2int MotorLeft1=7;/IN4int MotorLeft2=6;/IN3int speedpin=11;int speedpin1=10;

24、const int SensorLeft = 2; const int SensorMiddle= 4 ; const int SensorRight = 5; int SL; int SM; int SR; int inputPin = A0;int outputPin =A1；int Fspeedd = 0; int directionn = 0; Servo myservo; int delay_time = 250;int Fgo = 8; int Bgo = 2; int count=0;int des=0;int f=0;/*红外控制部分*long advence = 0x00FF

25、629D;long b = 0x00FFA857;long s = 0x00FF02FD;long l = 0x00FF22DD;long r = 0x00FFC23D;IRrecv irrecv(RECV_PIN);decode_results results;void dump(decode_results *results)int count = results->rawlen; if (results->decode_type = UNKNOWN) Serial.println("Could not decode message"); else if (

26、results->decode_type = NEC)Serial.print("Decoded NEC: "); else if (results->decode_type = SONY) Serial.print("Decoded SONY: "); else ifresults->decode_type = RC5) Serial.print("Decoded RC5: "); else if (results->decode_type = RC6) Serial.print("Decoded

27、RC6: ");Serial.print(results->value, HEX); Serial.print(" ("); Serial.print(results->bits, DEC);Serial.println(" bits)"); Serial.print("Raw ("); Serial.print(count, DEC); Serial.print("): "); for (int i = 0; i < count; i+) if (i % 2) = 1)Serial.p

28、rint(results->rawbufi*USECPERTICK, DEC); elseSerial.print(-(int)results->rawbufi*USECPERTICK, DEC); Serial.print(" "); Serial.println(""); int on = 0;unsigned long last = millis();void setup()Serial.begin(9600); pinMode(MotorRight1, OUTPUT); pinMode(MotorRight2, OUTPUT); pi

29、nMode(MotorLeft1, OUTPUT); pinMode(MotorLeft2, OUTPUT); pinMode(SensorLeft, INPUT); pinMode(SensorMiddle, INPUT)； pinMode(SensorRight, INPUT); pinMode(speedpin,OUTPUT);pinMode(speedpin1,OUTPUT);Serial.begin(9600); irrecv.enableIRIn(); pinMode(inputPin, INPUT); pinMode(outputPin, OUTPUT); myservo.att

30、ach(3); void detection() int delay_time = 250; ask_pin_F(); if(Fspeedd <3 ) directionn =Bgo; else directionn = Fgo; void ask_pin_F() myservo.write(90); digitalWrite(outputPin, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(outputPin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(outputPin, LOW); float Fdi

31、stance = pulseIn(inputPin, HIGH); Fdistance= distance/5.8/10; Fspeedd = Fdistance; void advance(int a)digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,HIGH);delay(a*50); void left(int i) digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(Moto

32、rRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(i*30); void right(int c) digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,LOW);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,HIGH);delay(c*30); void stopp(int d)digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(Moto

33、rRight2,LOW);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(d * 10); void back(int g) digitalWrite(MotorRight1,HIGH);digitalWrite(MotorRight2,LOW);digitalWrite(MotorLeft1,HIGH);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(g * 100); void re(int x) digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(

34、MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,HIGH);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(x * 25); void le(int h) digitalWrite(MotorRight1,HIGH);digitalWrite(MotorRight2,LOW);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); delay(h * 25); void loop() analogWrite(speedpin,300);analogWrite(speedp

35、in1,300);if (irrecv.decode(&results) if (millis() - last > 250) on = !on;digitalWrite(13, on ? HIGH : LOW);dump(&results); if (results.value = advence )digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); des=3; if (resul

36、ts.value = b )digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); des=4;if (results.value = l )digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); des=5; while(de

37、s!=0) myservo.write(90); detection(); if(directionn = 2) f=1; des=des+2;le(20); if(f=0) SL =digitalRead(SensorLeft);SMdigitalRead(SensorMiddle);SR=digitalRead(SensorRight);if (SM = HIGH)/ if (SR = LOW & SL = HIGH) left(1); stopp(2); else if (SL = LOW & SR = HIGH) right(1); stopp(2); else if(

38、SL = HIGH & SR = HIGH ) if(count<des-1) advance(1) stopp(50); count=count+1; f(count=des-1) le(12); SL = digitalRead(SensorLeft); SM=digitalRead(SensorMiddle); SR=digitalRead(SensorRight); else if(count>=des) digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,LOW);digitalWrite(MotorLef

39、t1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,LOW);delay(50000); else advance(2) ; else advance(1); if (SM=LOW) if(SR=LOW & SL=HIGH) left(1);stopp(2); else if(SL=LOW & SR=HIGH) right(1);stopp(2); if(SL = LOW & SR = LOW & SM=LOW) le(1);if(f=1)SL = digitalRead(SensorLeft);SM =digitalRead(SensorMiddle)SR=digitalRead(SensorRight);if (SM = HIGH) if (SR = LOW & SL = HIGH) left(1);stopp(2) else if (S