李東欽，唐偉杰，劉 耀

（北京理工大學珠海學院 廣東 珠海 519088）

1 引言

隨著時代發(fā)展，尋跡車在越來越多出現(xiàn)在人們的視野里。具體的模型是，將黑色環(huán)形線設置為跟蹤汽車軌跡，通過傳感器捕捉黑色路徑信息，發(fā)送給微控制器，通過一定的控制算法實現(xiàn)汽車沿黑線行駛平穩(wěn)快速。

程序的設計通常是通過文本的編程代碼實現(xiàn)的，這不僅需要一定的編程基礎,而且容易出錯。Arduino的編程環(huán)境不僅有文本式的（如Arduino IDE，見圖1）,還有圖形化、積木式的（如ArduBlock，見圖2），ArduBlock是一個將圖形化程序翻譯為Arduino文本程序的一個翻譯器。本文采用的編程環(huán)境是后者，設計者只需要理解小車運行的原理，簡單的程序塊組合操作，即可完成小車運行程序的設計。

圖1 Arduino IDE編程環(huán)境

圖2 ArduBlock編程環(huán)境

2 尋跡小車程序的建立

這個設計的控制器是arduino mega 2560,arduino mega 2560有數(shù)字I/O端口和模擬I/O端口，有一個特殊的PWM出口。可以將設計出的控制算法直接下載至控制器中。小車為兩驅小車，電機使用普通直流電機，電機驅動選擇L298N，負責驅動兩個直流電機，傳感器選擇光電傳感器。

尋跡小車的實物圖如圖3所示，小車車頭左、中、右三個位置，分別裝有1個TCRT5000光電傳感器模塊，傳感器的輸出可以是數(shù)字信號，也可以是模擬信號。當檢測到黑線時，輸出為1，否則為0；對于模擬信號，輸出是0～5v的電壓信號,通過轉換后為0～1023范圍的數(shù)值，根據(jù)光電傳感器接收到的光線強弱的不同，輸出不同的數(shù)值，光線越強，數(shù)值越大；光線越弱，數(shù)值越小。本設計中光電傳感器的輸出信號選擇為數(shù)字信號。

圖3 尋跡小車實物圖

本設計中小車的運動狀態(tài)有三個，分別為直行，左轉，右轉。當中間傳感器感應到黑線的時候，小車加速直行；當左邊傳感器感應到黑線的時候（此時小車偏向右邊），小車左轉；當右邊的傳感器感應到黑線的時候（此時小車偏向左邊），小車右轉。邏輯關系圖如圖4所示。

圖4 尋跡小車控制邏輯圖

我們采用PWM技術調節(jié)占空比來控制直流電機的轉速，也就是小車的速度。當輸入為0時，輸出占空比為0的PWM信號，電機停止運行；當輸入為255時，輸出占空比為1的PWM信號，電機全速運行。PWM信號的頻率為490Hz。小車的轉向采用差速控制。

在Arduino的編程環(huán)境ArduBlock中搭建如圖2所示積木式程序。

3 尋跡小車的調試

將USB數(shù)據(jù)線將控制器與電腦連接起來，安裝好USB驅動。在Arduino IDE界面的“工具”菜單欄里選擇相應的“板”、“處理器”、“端口”。

根據(jù)圖4尋跡小車控制邏輯圖，拖動對應的邏輯功能塊，搭建圖2所示積木式程序。點擊ArduBlock界面內(nèi)的“上載到Arduino”，ArduBlock會將圖形化程序翻譯成文本程序并顯示在Arduino IDE上（如圖1），同時上傳至Arduino控制器中。將小車放軌跡線上，調節(jié)光電傳感器上的電位器來調節(jié)其對于黑線的感應靈敏度?？梢酝ㄟ^更改程序中兩電機的PWM輸出值，讓小車能夠順利完成尋跡跑動任務。

4 結語

本文以Arduino控制的尋跡小車為對象，使用Arduino的圖形化、積木式編程環(huán)境（ArduBlock）進行程序的編寫。旨在讓非專業(yè)的同學都可以理解掌握尋跡小車的控制原理，輕松掌握Arduino圖形化編程方法，提高對智能控制的興趣?？梢宰约簞邮肿龀龈鞣N創(chuàng)意的智能項目。當然，在這個設計中構建的程序相對簡單。如果汽車需要更靈活和智能化，硬件或程序應該進一步改進和優(yōu)化。

[1] 唐偉杰，基于MATLAB 和Arduino 的尋跡小車[A].數(shù)學技術與應用, 2015 (7)：71-72.

[2] 謝作如，張祿.Aruino創(chuàng)意機器人入門——基于ArduBlock（第2版）[M].北京：人民郵電出版社，2017.

[3] 劉玉田，許勇進.用Arduino進行創(chuàng)造[M].北京：清華大學出版社，2014.