《課設(shè)報告基于Arduino單片機的實物設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《課設(shè)報告基于Arduino單片機的實物設(shè)計（16頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 基于Arduino單片機的實物設(shè)計 題目： 基于Arduino的智能小車(烏龜)設(shè)計 姓名： 學院： 專業(yè)： 班級： 學號： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間： 目錄 一 、任務(wù)設(shè)計及要求 3 二、 Arduino 4 2.1 Arduino簡介 4 2.2參數(shù)說明 4 三、 硬件設(shè)計 4 3.1所需硬件清單 4 3.2硬件設(shè)計說明 5 3.3電機驅(qū)動模塊

2、 5 3.3.1 L298N說明 5 3.3.2 L298N連接圖 5 3.4循跡模塊 5 3.4.1尋線功能 5 3.4.2尋線傳感器與實驗連接圖 5 3.5避碰模塊 7 3.5.1 超聲波模塊 7 3.5.2 實驗連接圖 7 3.6紅外模塊 8 3.6.1紅外模塊說明 8 3.6.2實物圖 8 四、模塊軟件設(shè)計 8 4.1循跡模塊程序 8 4.2 紅外模塊程序 10 4.3避碰模塊程序 11 五、綜合設(shè)計與調(diào)試 11 5.1流程圖 11 5.2軟件設(shè)計 12 六、總結(jié) 14 6.1遇到問題及解決辦法 14 1、 硬件問題 14 2、 軟件問題 1

3、5 6.2個人感悟 15 一 、任務(wù)設(shè)計及要求 利用Arduino設(shè)計智能小車(烏龜)其功能： 1、實現(xiàn)循跡（利用TCRT5000 紅外對管）； 2、避碰功能（利用超聲波）； 3、紅外遙控功能； 4、綜合以上功能實現(xiàn)自動循跡、避障、紅外控制的智能小車； 二、 Arduino 2.1 Arduino簡介 ARDUINO 智能小烏龜是一款單片機學習應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng),以 arduino 單片機系列 atmega-328為核心.完成尋線,避障,紅外遙控和藍牙遙控的功能,

4、.套件包含了大量的趣味程序，并可擴展外置的電路模塊，從而增加小車的使用功能.旨在讓使用者在學習 ARDUINO 單片機時能脫離枯燥的理論知識，在玩樂中獲取單片機系統(tǒng)開發(fā)的能力。 2.2參數(shù)說明 1.電機參數(shù)：電壓范圍：1.5-12V,電機軸長10mm,轉(zhuǎn)速 100rpm/min. 2.控制電機選用L298N驅(qū)動模塊，與單片機真正隔離. 3.三組尋線模塊,檢測黑白線，精度更高,也可用與防跌落控制. 4.紅外遙控通信模塊，組成智能小車遙控系統(tǒng). 5.超聲波模塊,小車避障系統(tǒng). 5.藍牙無線模塊,可以和手機藍牙配對遙控機器人.

5、 6.可接入外部7~12V的電壓。并能搭載多款傳感器模塊，根據(jù)您的想象力實現(xiàn)各種功能. 三、 硬件設(shè)計 3.1所需硬件清單 1. 金屬減速電機 2 個；2.優(yōu)質(zhì)輪胎 2 個；3.電機固定件 2 個；4 、牛眼萬向輪；5.機器人底盤 2 片；6.L298N 電機驅(qū)動板 1 個；7.ARDUINO UNO328 控制板 1 個；8.ARDUINO 傳感器擴展板 1 個；9.云臺 1 個；10.舵機 1 個；11.超聲波模塊 1 個；12.三組尋線模塊；13.紅外接收傳感器；14.單片機遙控器；15.2000MA 18650 充電電池 2 節(jié)；16.18650 電池盒一個；17.186

6、50 充電器一個。 3.2硬件設(shè)計說明 結(jié)合實際、根據(jù)需要，將系統(tǒng)分為四個模塊，即電機驅(qū)動模塊，循跡模塊，避碰模塊，紅外模塊，分開做，自后將其綜合起來。 3.3電機驅(qū)動模塊 3.3.1 L298N說明 L298N是一個驅(qū)動模塊，就是單片機的驅(qū)動電流太小無法驅(qū)動電動機，因此L298N其起到一個放大器作用。通過控制L298N I1 I2 I3 I4接口，控制電機的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)彎和停止。 3.3.2 L298N連接圖 如下圖所示： 3.4循跡模塊 3.4.1尋線功能 使小車沿著黑線走，根據(jù)黑線的位置選著行走的狀態(tài)。 3.4.2尋線傳感器

7、與實驗連接圖 TCRT5000紅外對管的工作原理是利用紅外線對顏色的反射率不一樣，將 反射信號的強弱轉(zhuǎn)化成電流信號。黑白尋跡模塊在檢測到黑色高電平有效，檢測到白色是為 低電平有效，檢測高度為 0—3cm。 使用方法 1.傳感器接口有3根排針，分別是GND ，VCC，OUT。VCC和GND為供電端，OUT是信 號輸出端。 2.檢測到物體，信號端輸出低電平；未檢測到物體，信號端輸出高電平。 3.主要判斷信號輸出端是0或者1，就能判斷物體是否存在。 性能參數(shù)： 1：檢測距離，檢測白紙時約為2厘米。視顏色的不同距離有所不同，白色最遠。 2.供電電壓：2.5V~12V,不要超

8、過12V。(注意：最好用低電壓供電，供電電壓太高傳感器的壽命會變短。5V供電為佳。) 3.工作電流，5V時18~20ma。經(jīng)大量測試，傳感器硬件設(shè)置為18~20ma工作電流時性能最 佳，主要表現(xiàn)在抗干擾能力上。 4.檢測到物體，信號端輸出低電平；未檢測到物體，信號端輸出高電平。 5.傳感器輸出TTL電平，能直接與3.3V或者5V單片機IO口相連。 黑線或者白線檢測原理 1.利用黑色對光線的反射率小這個特點，當平面的顏色不是黑色時，傳感器發(fā)射出去的紅 外光被大部分反射回來。于是傳感器輸出低電平0。 2.當平面有一黑線，傳感器在黑線上方時，因黑色的反射能力很弱，反射回來的紅外光很 少，達

9、不到傳感器動作的水平，所以傳感器還輸出1。 3.我們只要用單片機判斷傳感器的輸出端是0或者是1，就能檢測黑線。 4.檢測白線的原理和檢測黑線的原理一樣，檢測白線時，白線周邊的顏色也要比較接近黑 色，然后調(diào)節(jié)紅外傳感器上面的可調(diào)電阻，將靈敏度調(diào)低，一直調(diào)到剛好周邊的顏色檢測 不到為止，那樣就能檢測白線了。 連接參考圖如下： 3.5避碰模塊 3.5.1 超聲波模塊 超聲波智能避障實現(xiàn)方便、計算簡單、易于做到實時控制,并且在測量精度方面能達到實用的要求,因此成為常用的避障方法。 3.5.2 實驗連接圖 3.6紅外模塊 3.6.1紅外模塊說明 實驗前須知：

10、 1.先把 IRremote 函式庫資料夾放進 Arduino libraries 目錄底下 2.開啟 IrReceive.pde 測得自 己的紅外線遙控的碼（在 Serial Monitor 可顯示 IRcode） ， 再將IRcode 記錄下來， 然后到程式里面修改成自 己的紅外線碼即可。 　3.6.2實物圖 四、模塊軟件設(shè)計 4.1循跡模塊程序 int MotorRight1=8;//IN1 int MotorRight2=9;//IN2 int MotorLeft1=7;//IN4 int MotorLeft2=6;//IN3 int speedpin=

11、11;//定義 EA(PWM 調(diào)速) int speedpin1=10;//定義 EB(PWM 調(diào)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; //右感測器輸入腳 int SL; //左感測器狀態(tài) int SM; //中感測器狀態(tài) int SR; //右感測器狀態(tài) void advance(int a) // 前進 {digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(M

12、otorRight2,HIGH); digitalWrite(MotorLeft1,LOW); digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); delay(a*50); } void left(int i) // 左轉(zhuǎn) {digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(MotorRight2,HIGH); digitalWrite(MotorLeft1,LOW); digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(i*30); } void right(int c) //

13、 右轉(zhuǎn) {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(MotorRight2,LOW); digitalWrite(MotorLeft1,LOW); digitalWrite(Mo

14、torLeft2,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) //右大轉(zhuǎn) {digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(MotorRight2

15、,HIGH); digitalWrite(MotorLeft1,HIGH); digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(x * 25); } void le(int h) //左打轉(zhuǎn) {digitalWrite(MotorRight1,HIGH); digitalWrite(MotorRight2,LOW); digitalWrite(MotorLeft1,LOW); digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); delay(h * 25); } void setup() {Serial.begin

16、(9600); 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(SensorM

17、iddle, INPUT);//中感測器 pinMode(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) {

18、 if (SR == LOW & SL == HIGH) // 向左 {left(1); stopp(2); } else if (SL == LOW & SR == HIGH) {right(1);stopp(2); } else if(SL == HIGH & SR == HIGH ) { if(count

19、); SM = digitalRead(SensorMiddle); SR = digitalRead(SensorRight); }else if(count>=des) {digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(MotorRight2,LOW); digitalWrite(MotorLeft1,LOW); digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(50000); }else advance(2) ; } else // 直進 { advance(1); } }

20、 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); }} } 4.2 紅外模塊程序 long advence = 0x00FF629D; long back = 0x00FFA857; long stopp = 0x00FF02FD;

21、 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){Serial.println("Could not decode message"); } else{if(results->decod_type==NEC)Seri

22、al.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 (results->decode_type == RC6){Serial.print("Decoded RC6: ");} Serial.print(results->value, HEX) Serial.print(" (");Seri

23、al.print(resuls->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.print(results->rawbuf[i]*USECPERTICK,DEC); }else{Serial.print(-(int)results->rawbuf[i]*USECPERTICK, DEC); }Serial.print

24、(" "); } Serial.println(""); } void setup() {Serial.begin(9600); irrecv.enableIRIn(); // Start the receiver }int on = 0; unsigned long last = millis();void(loop) { i(irrecv.decode(&results))} if (millis() - last > 250) {on = !on; digitalWrite(13, on ? HIGH :LOW);dump(&result) i

25、f (results.value== ? ){} }} 4.3避碰模塊程序 主程序 void loop() {myservo.write(90); //測量 detection(); //測量角度 if(directionn == 2) //假如 directionn(方向) = 2(倒車) {back(5); // 倒退 stopp(); //停止 while(1); }if(directionn == 8) {advance(2); }} 五、綜合設(shè)計與調(diào)試 5.1流程圖

26、開始 紅外信號 障礙物 路徑1 路徑2 終點 終點 開始 5.2軟件設(shè)計 #include #include int RECV_PIN = 12; int MotorRight1=8;//IN1 int MotorRight2=9;//IN2 int MotorLeft1=7;//IN4 int MotorLeft2=6;//IN3 int speedpin=11; int speedpin1=10;

27、 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=

28、0; //******紅外控制部分******** long advence = 0x00FF629D; 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)

29、 { Serial.println("Could not decode message"); } else {if (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

30、 == RC6) { Serial.print("Decoded 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) {Seria

31、l.print(results->rawbuf[i]*USECPERTICK, DEC); } else{Serial.print(-(int)results->rawbuf[i]*USECPERTICK, DEC); } Serial.print(" ");} Serial.println(""); } int on = 0; unsigned long last = millis(); void setup() {Serial.begin(9600); pinMode(MotorRight1, OUTPUT); pinMode(MotorRight2, OUTPUT

32、); pinMode(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(outp

33、utPin, OUTPUT); myservo.attach(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

34、, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(outputPin, LOW); float Fdistance = pulseIn(inputPin, HIGH); Fdistance= distance/5.8/10; Fspeedd = Fdistance; } void advance(int a) {digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorL

35、eft2,HIGH); delay(a*50); } void left(int i) {digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(i*30); } void right(int c) {digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,LOW);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);

36、digitalWrite(MotorLeft2,HIGH);delay(c*30); } void stopp(int d) {digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,LOW);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(d * 10); }void back(int g) {digitalWrite(MotorRight1,HIGH);digitalWrite(MotorRight2,LOW); digitalWrite(

37、MotorLeft1,HIGH);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(g * 100); } void re(int x) {digitalWrite(MotorRight1,LOW); digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,HIGH);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); delay(x * 25); } void le(int h) {digitalWrite(MotorRight1,HIGH);digitalWrite(MotorRig

38、ht2,LOW);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); delay(h * 25); } void loop() { analogWrite(speedpin,300);analogWrite(speedpin1,300);if (irrecv.decode(&results)) {if (millis() - last > 250) { on = !on; digitalWrite(13, on ? HIGH : LOW);dump(&results); } if (results

39、.value == advence ) {digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); des=3; } if (results.value == b ) {digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,HIGH);digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,HIGH

40、); des=4;if (results.value == l ) {digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,HIGH); digitalWrite(MotorLeft1,LOW); digitalWrite(MotorLeft2,HIGH); des=5;} } while(des!=0) {myservo.write(90); detection(); if(directionn == 2){ f=1; des=des+2;le(20);} if(f==0) { SL =digitalRe

41、ad(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(SL == HIGH & SR == HIGH ) { if(count

42、 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(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,LOW);delay(50000);

43、 } 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=digit

44、alRead(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(SL == HIGH & SR == HIGH ) { if(count

45、sorLeft);SM=digitalRead(SensorMiddle);SR=digitalRead(SensorRight); } else if(count>=des) {digitalWrite(MotorRight1,LOW);digitalWrite(MotorRight2,LOW); digitalWrite(MotorLeft1,LOW);digitalWrite(MotorLeft2,LOW); }else advance(2) ;else { advance(1);} } if (SM==LOW) {if(SR==LOW & SL==HIGH)

46、 {left(1);stopp(2);} else if(SL==LOW & SR==HIGH) {right(1);stopp(2);}} if((SL == LOW & SR == LOW & SM==LOW)) { re(1);} }}} 六、總結(jié) 6.1遇到問題及解決辦法 1、 硬件問題 剛拿到手的器件，我以為都是好用的，然而并不是，只有經(jīng)過自己的實踐才知道是否好用。只有對自己的硬件充分了解知道自己的硬件性能才能少走歪路，才能將編相應(yīng)的程序結(jié)合自己的硬件完成任務(wù)。 舵機毀壞：舵機沒法轉(zhuǎn)彎，但是根據(jù)任務(wù)，并不需要轉(zhuǎn)彎，故對任務(wù)沒影響； PWM

47、口：單片機I/O口9、10、11PWM口在循跡程序中可用，但在避碰程序、紅外線程序中不能用。PWM不能用硬件性能不好，只能用更好的額軟件程序來彌補（難度大大增加）性能的缺失。 2、 軟件問題 軟件設(shè)計難度設(shè)計的增加問題是硬件問題性能不良帶來的。 小車運行不穩(wěn)：由于只能輸出高低電平，轉(zhuǎn)彎尾部擺動大。用延時停止等到重新檢測后判斷重新執(zhí)行來保證調(diào)整實踐的適當解決。 黑點檢測不穩(wěn)：用延時檢測停止判斷。 轉(zhuǎn)彎容易掉頭：檢測到黑點后直行延時2ms，再轉(zhuǎn)彎這樣可以保證轉(zhuǎn)到規(guī)定路線上。 6.2個人感悟 這是課設(shè)分到的任務(wù)是基于ARDUINO的智能小車。在這兩周的學習與操作中學到了很多，不僅僅

48、是對ARDUINO單片機的初步了解（其實也沒怎么去了解，它不像51單片機好多函數(shù)需要自己編，這個是集成化的，方便靈活），更重要的是這個過程讓我意識到了一些非知識技能的技能。從我拿到硬件到完成任務(wù)，這個過程其實是可以分步來的，第一組裝硬件；第二測試硬件；第三編軟件；最后調(diào)試。然而這個過程中會出現(xiàn)很多自己不期望的現(xiàn)象，這就需要去改，改的首先步驟是發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致該現(xiàn)象問題所在，這是最根本也是最難的，很多情況就是盲調(diào)，并沒有科學的方法，讓我意識到花時間去找問題與解決問題同等重要。 總之，通過這次課設(shè)我收獲最大的就是讓我意識到：根據(jù)現(xiàn)象用簡便的方法找到問題所在，才能根本解決問題，才能學到東西，發(fā)現(xiàn)問題也是一種技能。