基于Arduino的遙控避障智能小車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例1.1方案綜述本課題旨在設(shè)計(jì)制作一款具有自主超聲避障及手機(jī)藍(lán)牙遙控功能且可以通過(guò)手機(jī)控制界面進(jìn)行以上兩個(gè)功能靈活切換的基于Arduino開(kāi)發(fā)板的智能小車(chē)。本項(xiàng)目選用兩直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)的輪子，由超聲波傳感器獲取小車(chē)與障礙物的距離間隔，實(shí)時(shí)將距離信息發(fā)送給Arduino主控單元，在其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制完成相應(yīng)避障動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的運(yùn)行控制，實(shí)現(xiàn)其超聲避障功能。采用藍(lán)牙通訊模塊進(jìn)行手機(jī)端與Arduino開(kāi)發(fā)板的通訊與信號(hào)傳輸，從而完成智能小車(chē)的遠(yuǎn)程手機(jī)藍(lán)牙遙控功能。根據(jù)本課題所涉及的智能小車(chē)的預(yù)期功能，該設(shè)計(jì)采用Arduino單片機(jī)作為主控模塊并與電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、超聲避障模塊、藍(lán)牙通訊模塊、手機(jī)控制APP有機(jī)結(jié)合構(gòu)成該系統(tǒng)的總體構(gòu)型REF_Ref2054\r\h[1]。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖，如下圖1.1所示。圖1.1總體結(jié)構(gòu)框圖1.2主控模塊的確定結(jié)合課題設(shè)計(jì)目的，主控模塊主要用于控制電機(jī)，對(duì)由超聲避障模塊傳來(lái)的信號(hào)以及手機(jī)遙控由藍(lán)牙模塊發(fā)送到主控模塊的信號(hào)進(jìn)行處理，并在進(jìn)行處理后向電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后電機(jī)控制器做出相應(yīng)的處理，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自主避障與遠(yuǎn)程遙控功能。由此可以提出以下三種方案：方案一：Arduino單片機(jī)作為主控模塊。方案二：51單片機(jī)作為主控模塊。方案三：stm32單片機(jī)作為主控模塊。方案一：Arduino單片機(jī)Arduino是一款簡(jiǎn)單易學(xué)且功能豐富的開(kāi)源的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，包含硬件部分（各種型號(hào)的Arduino開(kāi)發(fā)板）和可供編程的軟件部分（ArduinoIDE)，以及各種相關(guān)資源REF_Ref3782\r\h[2]。硬件部分：Arduino的硬件部分是進(jìn)行電路連接的Arduino開(kāi)發(fā)板，其主控芯片為AVR或ARM芯片，以ATmega8或ATmega128作為微處理控制器，ATmega128擁有較高的穩(wěn)定性且應(yīng)用廣泛REF_Ref5098\r\h[3]。Arduino各個(gè)端口及其功能如下①.1個(gè)9V的直流輸入，可以為外部設(shè)備提供電源。②.1個(gè)USB口。用于Arduino電路板與計(jì)算機(jī)相連接，主要進(jìn)行ArduinoIDE所編寫(xiě)程序的上傳。同時(shí)還可以為電路板供電，但因其輸出電流較小，無(wú)法驅(qū)動(dòng)大功率設(shè)備，只能驅(qū)動(dòng)小功率的外部設(shè)備。③.14個(gè)Digital輸入／輸出端。其中13端口在Arduino開(kāi)發(fā)板的內(nèi)部與一個(gè)LED燈相連接，可以決定LED的打開(kāi)和熄滅。④.6個(gè)模擬輸入／輸出端。⑤.1個(gè)5V的直流輸出和1個(gè)3.3V的直流輸出。⑥.1個(gè)復(fù)位接口。ArduinoUNO主板實(shí)物圖，如圖1.2所示：圖1.2ArduinoUNO主板實(shí)物圖Arduino具有豐富的外聯(lián)接口以及多種型號(hào)的擴(kuò)展板可以與現(xiàn)有的各種傳感器、伺服電機(jī)、直流電機(jī)、藍(lán)牙模塊、開(kāi)關(guān)和LED等其它電子元器件進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)各種元件的控制，進(jìn)行豐富多樣的電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)。軟件部分：ArduinoIDEArduino的軟件部分是ArduinoIDE，也就是所下載的采用Arduino編程語(yǔ)言（一種類(lèi)C語(yǔ)言）的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。其是用以Wiring為基礎(chǔ)的編程語(yǔ)言和以Processing為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)進(jìn)行編程的REF_Ref7707\r\h[4]。開(kāi)發(fā)板上所集成的微控制器可用Arduino語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)控制程序REF_Ref8651\r\h[5]。由ArduinoIDE自帶的編譯器（AVRISPMKLL、AVRISP和USBtinyISP等）編譯成二進(jìn)制文件，然后燒錄進(jìn)微控制器。程序的編寫(xiě)與燒錄：在實(shí)際運(yùn)用中我們只需要在ArduinoIDE中編寫(xiě)源程序然后將程序上傳至Arduino主板，Arduino就會(huì)自主運(yùn)行并控制相應(yīng)部件完成相應(yīng)動(dòng)作。不過(guò)，在上傳燒錄至Arduino之前需要在ArduinoIDE界面進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，當(dāng)Arduino開(kāi)發(fā)板通過(guò)USB線與電腦相連時(shí)，電腦會(huì)自動(dòng)為Arduino分配端口，接下來(lái)就要在ArduinoIDE工作界打開(kāi)工具欄選擇對(duì)應(yīng)型號(hào)的Arduino相應(yīng)的端口，如圖所示。在程序上傳成功后，即可打開(kāi)串口監(jiān)視器如圖1.3和圖1.4所示，輸入相應(yīng)指令。圖1.3串口監(jiān)視器圖1.4COM端口方案二：51單片機(jī)該系列的最初型號(hào)是Intel公司研發(fā)的8004單片機(jī)。Flashrom(快閃存儲(chǔ)器)技術(shù)的快速發(fā)展和8004單片機(jī)的迅猛進(jìn)展，使得其成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，但是其并不具備自主編程能力REF_Ref10169\r\h[6]。方案三：stm32單片機(jī)STM32是為滿足高性能、低成本、低功耗的嵌入式而應(yīng)運(yùn)而生的具有ARMCortex-M內(nèi)核的單片機(jī)REF_Ref10728\r\h[7]。但是，結(jié)構(gòu)和編程復(fù)雜，更適合大型設(shè)備，與本課題的定位與預(yù)期不匹配。經(jīng)過(guò)比較，Arduino與51單片機(jī)以及stm32相比，對(duì)用戶(hù)更加友好，編程相對(duì)人性化和直觀。在硬件性能上，Arduino相比之下運(yùn)行更穩(wěn)定，不像51系列一樣經(jīng)常跑飛。除此之外，Arduino作為開(kāi)源的一款的單片機(jī)，便于獲取相應(yīng)資料進(jìn)行相應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。并結(jié)合本課題所要實(shí)現(xiàn)的功能，相比之下選擇以Arduino作為主控模塊。1.3藍(lán)牙模塊的選擇與確定本課題選用HC-06藍(lán)牙通訊模塊作為信號(hào)通訊的紐帶，進(jìn)行手機(jī)控制端與Arduino之間的控制信號(hào)的傳輸，從而對(duì)小車(chē)進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作的控制。工作模式如圖1.5所示：圖1.5藍(lán)牙工作模式1.4避障模塊的選擇與確定方案一：用超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)避障。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出聲波后，當(dāng)遇到障礙物便會(huì)反射回來(lái)，再由超聲波傳感器來(lái)接收REF_Ref11368\r\h[8]。通過(guò)相關(guān)計(jì)算得到與障礙物之間的距離。超聲波傳感器實(shí)物圖如下圖2所示：圖1.6超聲波傳感器方案二：用漫反射式光電開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)避障，光電開(kāi)關(guān)工作原理是依據(jù)光線發(fā)射出的光束，當(dāng)遇到障礙物體會(huì)反射光束，接收電路就會(huì)據(jù)此做出反應(yīng)，物體對(duì)紅外光由同步回路選通來(lái)檢測(cè)是否有障礙物，當(dāng)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出低電平，當(dāng)沒(méi)有光線反射回來(lái)時(shí)，輸出高電平REF_Ref12226\r\h[9]。當(dāng)然還有許多方案如紅外線、雷達(dá)和激光等均可作為測(cè)距方案，之所以選擇HC-SR04超聲波傳感器作為測(cè)距避障模塊是因?yàn)槌暡y(cè)距是一種無(wú)接觸測(cè)量方