arduino循迹小车毕业论文(编辑修改稿)

arduino循迹小车毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

no 与 51 单片机相比 ： 变更人性化，编程相对 人性 化和直观 ， 没有 单片机基础 的人也能很快上手。 硬件性能上， Arduino 更加稳定，不会像51 一样时常出现跑 飞的现象。 Arduino 作为开源的一款的单片机， 更重要 的是 在这个 4g 时代可搜寻的学习资料是非常多的。 综上所述， Arduino 无疑是比 51 更适合新手和用于比赛专用的。 Arduino 循迹小车 8 3 循迹 小 车 设计 硬件设计 单片机最小系统 主控机系统采用 Arduino mega2560 单片机， 采用 USB 接口的核心电路板，它最大的特点就是具有多达 54 路数字输入输出，特别适合需要大量 IO接口的设计。 Mega2560 的处理器核心是 ATmega2560， 同时具有 54 路数字输入 /输出口（其中 16 路可作为 PWM 输出）， 16路模拟输入， 4 路 UART 接口，一个 16MHz 晶体振荡器，一个 USB 口，一个电源 插座，一个 ICSP header和一个复位按钮。 单片机最小系统电路图如图 31 所示。 图 31 单片机最小系统 Arduino mega2560 的主要参数 ： 处理器 ATmega2560， 工作电压 5V， 输入电压（推荐） 712V， 输入电压（范围） 620V， 数字 IO 脚 54 (其中 16 路作为 PWM 输出） ， 模拟输入脚 16， IO脚直流电流 40 mA， 脚直流电流 50 mA， Flash Memory 256 K，（ ATmega328，其中 8 KB 用于 bootloader） ， SRAM 8 KB， EEPROM 4 KB，工作时钟 16 MHz。 福建船政交通学院 9 存储器 ： ATmega2560 包括了片上 256KB Flash，其中 8KB 用于 Bootloader。 同时还有 8KB SRAM 和 4KB EEPROM。 输入输出 ： 一共有 数字输入输出口 ， 4 路串口信号 ， 6 路外部中断 ， 14 路脉冲宽度调制 PWM（ 013） ， SPI（ 53(SS)， 51(MOSI)， 50(MISO)， 52(SCK)）： SPI 通信接口 ， 16 路模拟输入 ，特别 LED（ 13 号）： Arduino 专门用于测试 LED 的保留接口 ， 和 TWI 接口 （专门支持通信）。 灰度传感器模块 灰度 传感器是利用黑线对红外线不同的反射能力通过光敏二极管或光敏三极管，接收反射回的不同光强信号，把不同光强转换为电流信号，最后通过电阻，转换为单片机可识别的高低电平。 灰度 传感器实现循迹的基本电路如 32 所示。 图 32 灰度 传感器电路图 （ 1） 灰度传感器工作原理 传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平，指示二极管一直处于熄灭状态；而当 红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点 亮。 小 车行驶过程中 向 地面 发射 红外光 ， 当红外光遇到 绿 色路线，地板发生Arduino 循迹小车 10 漫反射，安装在小型车的反射光接收器 会 接收；如果是遇到黑色路线，红外光将被黑线吸收，安装在小车上的接收管没有收到红外光。 控制器会根据是否收到反射的红外光为判断依据来确定的黑线的位置和小车的路线。 这种探测方法，即利用红外线在不同颜色的表面特征，具有不同的反射性能。 红外发射和接收红外线感应器，可以直接使用集成 的 红外探头 ， 选择宽度为 35 厘米的黑线。 该传感器的灵 敏度是可调的，传感器有时遇到黑线却不能送出相应的信号，通过调节传感器上的可调电阻，适当的增大或减小可改变灵敏度。 （ 2）传感器分布 传感器通过信号采集，向单片机提供信息。 因此传感器合理的布局很重要，传感器布局需要考虑小车行驶过程中信息检测的准确度和前瞻性，能使在相同数量的传感器下，获得更多的数据。 而由于考虑到我们改造车的车座较窄、不平整，且车身较 请，适合放 多的传感器， 最终决定 选 用对 6 个传感器 来 进行布局， 即在车子底座前端放 6个传感器。 这种 布局是目前最适合我们改造车的布局方法。 电机驱动电路 本设 计采用 L298N 电机专用驱动芯片带动两个 5V 的直流电动机。 L298N 是一个内部有两个 H 桥的高电压大电流全桥式驱动芯片，可以用来驱动直流电动机、步进电动机。 使用标准逻辑电平信号控制，直接连接单片机管脚，具有两个使能控制端，使能端在不受输入信号影响的情况下不允许器件工作。 L298N 有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作。 (1) L298N 引脚结构 如表 31 图 33 L298N 驱动芯片 福建船政交通学院 11 表 31 L298N 引脚编号与功能 : 引脚编号 名称 功能 1 电流传感器 A 在该引脚和 地之间接小阻值电阻可用来检测电流 2 输出引脚 1 内置驱动器 A 的输出端 1，接至电机 A 3 输出引脚 2 内置驱动器 A 的输出端 2，接至电机 A 4 电机电源端 电机供电输入端 ,电压可达 46V 5 输入引脚 1 内置驱动器 A 的逻辑控制输入端 1 6 使能端 A 内置驱动器 A 的使能端 7 输入引脚 2 内置驱动器 A 的逻辑控制输入端 2 8 逻辑地 逻辑地 9 逻辑电源端 逻辑控制电路的电源输入端为 5V 10 输入引脚 3 内置驱动器 B 的逻辑控制输入端 1 11 使能端 B 内置驱动器 B 的使能端 12 输入引脚 4 内置驱动器 B 的逻辑控制输入端 2 13 输出引脚 3 内置驱动器 B 的输出端 1，接至电机 B 14 输出引脚 4 内置驱动器 B 的输出端 2，接至电机 B 15 电流传感器 B 在该引脚和地之间接小阻值电阻可用来检测电流 （ 2） 电机驱动原理 电路的形状很像字母 H。 四个三极管就是 H 桥的四条垂直线，而电机就是 H 中的横线 ， 如图 34 所示。 图 34 L298N 内部 H 桥驱动电路 Arduino 循迹小车 12 H 桥电机驱动电路包含四个三极管和一个电机。 电机运转，必须遵循导通对角线上的一对三极管。 基于不同三极管对的导通情况可以控制电机 的转向，电流可可以从左至右流过电机，也可以从右至左流过电机。 当 Q1 管和Q4 管导通时，电流就从电源正极经 Q1 从左至右流过电机，然后再经 Q4 回到电源负极，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。 下面分析另一对三极管Q2 和 Q3，当两个三极管同时导通的情况下，电流将从右至左流过电机。 从而驱动电机沿逆时针方向转动。 电机控制逻辑如下：以电机 A 为例，当使能端 ENA 为高电平时，如果输入引脚 IN1 为低电平而输入引脚 IN2 为高电平，电机 A 反转；如果输入引脚 IN1 为高电平而输入引脚 IN2 为低电平，电机 A 正转。 图 35 L298N 驱动芯片和直流电机接线图 软件设计 本设计的目的是以 Arduino 单片机 为控制 核心 ，将 红外光电。