摘 要：與其他系統(tǒng)相比，Arduino具有成本節(jié)約、平臺(tái)跨越、編程簡(jiǎn)易、開發(fā)廣泛等優(yōu)點(diǎn)，將該平臺(tái)引入智能類機(jī)器小車設(shè)計(jì)極具意義。本文一是從Arduino單片機(jī)、L298 N電機(jī)驅(qū)動(dòng)、HC-06藍(lán)牙控制等方面分析了智能類機(jī)器小車的藍(lán)牙遙控設(shè)計(jì)，二是分析了智能類機(jī)器小車的超聲波避障設(shè)計(jì)，論述了Arduino平臺(tái)之于功能智能小車的意義。

關(guān)鍵詞：Arduino平臺(tái)；智能小車；藍(lán)牙

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.119

1 整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

Arduino與其他系統(tǒng)相比，成本節(jié)約、平臺(tái)跨越、編程簡(jiǎn)易、開發(fā)廣泛的優(yōu)越性被目前各大研究領(lǐng)域列為著重發(fā)展對(duì)象。目前使用最多的Arduino版本是Arduino UNO R3，也是Arduino平臺(tái)作為參考用的標(biāo)準(zhǔn)模板。其穩(wěn)定性與高效性成為智能類機(jī)器小車控制單元選擇系統(tǒng)上的首選，對(duì)于智能類機(jī)器小車而言，藍(lán)牙遙控設(shè)計(jì)、超聲波避障功能缺一不可，這也是智能類機(jī)器小車最為璀璨的亮點(diǎn)，而能讓這兩點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)，作為智能類機(jī)器小車大腦和相應(yīng)感官的微控制器與傳感器有著舉足輕重的作用。智能類機(jī)器小車，顧名思義，是一款可以對(duì)各種實(shí)際狀況進(jìn)行智能自主的判斷分析從而做出相應(yīng)的最佳應(yīng)對(duì)反應(yīng)行為。整體結(jié)構(gòu)為：通過(guò)直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)（電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路通常采用H橋驅(qū)動(dòng)模塊，從而帶動(dòng)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，滿足系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)能力與效率的需要），將各類傳感器收集到的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送入主控制單元Arduino，單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理工作后，施行最佳相應(yīng)的動(dòng)作，也就是所謂的智能化自身控制。

2 智能類機(jī)器小車的藍(lán)牙遙控設(shè)計(jì)

通過(guò)Android手機(jī)藍(lán)牙系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)際助手指令的傳達(dá)，以Arduino單片機(jī)為整體核心，對(duì)實(shí)際的助手指令進(jìn)行分析存儲(chǔ)，從而讓智能類機(jī)器小車通過(guò)Android手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行各類如：前進(jìn)、后退、左右旋轉(zhuǎn)、上下跳動(dòng)等一系列行為操作。對(duì)于數(shù)據(jù)的傳輸分析，流程如下：硬件核心的通電驅(qū)動(dòng)下，先進(jìn)行硬件數(shù)據(jù)的初始化，例如HC-06藍(lán)牙模塊的相應(yīng)操作開啟設(shè)置以及待機(jī)狀態(tài)，之后便通過(guò)Android手機(jī)中的藍(lán)牙系統(tǒng)功能進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理以及指令的發(fā)送，Arduino系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)于HC-06藍(lán)牙模塊端口的數(shù)據(jù)共享以及分析處理，再通過(guò)L296 N電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行最后的小車行動(dòng)操控。

系統(tǒng)硬件是一切的前提，因此對(duì)于系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)要格外重視。硬件系統(tǒng)整體分為三大部分：Arduino主控部分、H橋控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分以及HC-06藍(lán)牙部分。Arduino主控部分以Atmega328 AU處理芯片作為內(nèi)核cpu（中央處理器）的主要芯片，處理信息收集、分析數(shù)據(jù)應(yīng)用，承擔(dān)著整個(gè)Arduino系統(tǒng)的智能控制作用。作為系統(tǒng)的供應(yīng)者，電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分主要為L(zhǎng)298 N驅(qū)動(dòng)模式，不僅完全滿足系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)要求，同時(shí)也能充分實(shí)現(xiàn)對(duì)于電動(dòng)機(jī)的有效控制。最后，藍(lán)牙系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際的指令接收以及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)開啟的控制行為，也就是真正的智能化無(wú)線控制功能。以下就是具體的分析講解，以供參考。

2.1 Arduino單片機(jī)

開放性有效源代碼的USB接口板是Arduino單片機(jī)的前身，而系統(tǒng)信息處理的微處理器應(yīng)用Atmega328 AU，也就是Atmega328 AU處理芯片，這是內(nèi)核cpu的最為關(guān)鍵的芯片，Atmega328 AU處理芯片想對(duì)于其他處理芯片而言，性價(jià)比較高，功能較強(qiáng)，實(shí)用與適用性能都十分滿足符合Arduino單片機(jī)的相關(guān)要求，同樣的，Atmega328 AU處理芯片也有著能進(jìn)行Java， C語(yǔ)言的IDE開發(fā)工作的有效硬件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以進(jìn)行硬件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的二次開發(fā)優(yōu)化，不但利于與各種電子組件的連用，同時(shí)。還支持外部供電與USB供電的相應(yīng)轉(zhuǎn)換。

2.2 L298 N電機(jī)驅(qū)動(dòng)

電機(jī)控制的接口端由4個(gè)二極管組成，是L298 N電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分主要組成成分之一，電機(jī)控制的接口端的內(nèi)部為邏輯驅(qū)動(dòng)電路，其主要作用是收集Arduino單片機(jī)發(fā)出的對(duì)于驅(qū)動(dòng)以及電機(jī)的控制信息指令，電機(jī)控制的接口端中的二極管可以將產(chǎn)生的反向電流有效疏放，成為排泄方向電流的有效通道，從而防止電流聚集過(guò)大而將Arduino主控中的Atmega328 AU處理芯片燒毀，具體如圖1所示。

2.3 HC-06藍(lán)牙控制

通過(guò)對(duì)Android手機(jī)和智能小車的藍(lán)牙連接，有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及信息處理，在藍(lán)牙控制部分一般分為主機(jī)和從機(jī)部分，與從機(jī)進(jìn)行配對(duì)從而實(shí)現(xiàn)通信交流，是主機(jī)最大的特點(diǎn)，但是彼此之間的配對(duì)無(wú)法在同等系統(tǒng)層次上進(jìn)行，例如從機(jī)之間無(wú)法通信連接，主機(jī)之間也同樣無(wú)法做到，但是主機(jī)與從機(jī)兩個(gè)不同系統(tǒng)層次竟可以實(shí)現(xiàn)配對(duì)通信。這一部分的主要功能是接受指令，實(shí)現(xiàn)與主端的配對(duì)通信，在這里選擇HC-06藍(lán)牙模塊再合適不過(guò)，具體流程如圖2所示：先進(jìn)行與手機(jī)的藍(lán)牙配對(duì)，并連接到Arduino控制板，并接收信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)一系列的操作控制功能。藍(lán)牙是新興的無(wú)線連接技術(shù)，其強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)、低功率消耗的特點(diǎn)是其使用范圍日益擴(kuò)大的主要原因，但也因此限制了其工作范圍，因此對(duì)于無(wú)線藍(lán)牙的控制范圍應(yīng)當(dāng)作為首先測(cè)試對(duì)象，以確保通信連接的質(zhì)量。

3 智能類機(jī)器小車的超聲波避障設(shè)計(jì)

智能類機(jī)器小車的超聲波避障系統(tǒng)主要分為：LINO控制板、紅外線傳感器、蜂鳴器、工作模塊（電源控制模塊、蜂鳴器模塊、液晶顯示模塊、LED移位數(shù)碼管模塊）。當(dāng)然，以Arduino UNO R3開發(fā)

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板而進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，自然也以Arduino作為只要控制核心。其大概流程為：?jiǎn)纹瑱C(jī)產(chǎn)生的PWM波，被利用到對(duì)于小車行動(dòng)的控制，通過(guò)傳感器的數(shù)據(jù)收集以及分析，進(jìn)行實(shí)際判斷，以及測(cè)距分析，再通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行小車方向的調(diào)整，從而達(dá)到控制小車避障的作用。

智能類小車的避障報(bào)警系統(tǒng)主要分為指示燈、蜂鳴器兩部分，通過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)算我們可以得知，避障報(bào)警的最佳有效距離為30cm，一

旦進(jìn)入最佳距離，指示燈就會(huì)一直閃爍，并且自動(dòng)小車通過(guò)智能控制進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)向或后退，當(dāng)小車進(jìn)入正常行駛狀態(tài)時(shí)，指示燈熄滅停止閃爍，同時(shí)蜂鳴器也停止響鳴，對(duì)于測(cè)量距離的方法有很多，一般分為紅外線測(cè)距、激光打束測(cè)距、超聲波測(cè)距三種，同樣對(duì)于進(jìn)行測(cè)量距離的傳感器也分為對(duì)應(yīng)上述三種測(cè)距方式的傳感器。而超聲波測(cè)距是智能小車避障設(shè)計(jì)中最為常用的測(cè)距方式，同時(shí)超聲波測(cè)距傳感器也因其非接觸測(cè)量方式而十分實(shí)用。由于超聲波測(cè)距傳感器的非接觸測(cè)量方式而使其對(duì)于環(huán)境的變化敏感性不強(qiáng)，例如色彩光線等，對(duì)于受磁場(chǎng)電場(chǎng)的影響也在可接受范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單對(duì)于成本的投資、能量的消耗都在一定程度上起到良性作用，由于空氣傳播中超聲波會(huì)不斷地消耗。因此根據(jù)回波信號(hào)的回返時(shí)間來(lái)測(cè)定會(huì)因?yàn)槠湓诳諝鈧鞑ブ械南亩嬖谡`差。

總的來(lái)說(shuō)超聲波避障功能的實(shí)際過(guò)程為：接收機(jī)以及單片機(jī)所發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)直流偏置電壓與電位器電壓的相互協(xié)調(diào)而成的電壓差進(jìn)行輸出功率，再由電路板上的IC來(lái)進(jìn)行智能小車實(shí)際行動(dòng)例如轉(zhuǎn)向、倒退的分析判斷，在無(wú)核心馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下，由減速齒輪通過(guò)力的轉(zhuǎn)換，位置移換到機(jī)械擺臂上，在最大程度上減少力的消耗損失，最后由位置檢測(cè)器進(jìn)行信號(hào)的輸送傳回，檢測(cè)判斷是否成功進(jìn)行定位，在智能小車的行駛過(guò)程中，避障功能系統(tǒng)中的超聲波傳感器一直在工作，不斷進(jìn)行智能小車可監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，障礙物有無(wú)的判斷檢測(cè)，一旦經(jīng)由超聲波傳感器檢測(cè)到障礙物的存在，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)共同作用下，智能小車接受并執(zhí)行單片機(jī)發(fā)出的后退并停止的命令，并由超聲波測(cè)距傳感器等測(cè)距傳感器進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)距，并接受傳感器收集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷有利行走路線，并進(jìn)行轉(zhuǎn)向等行動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

基于Arduino平臺(tái)的多功能智能小車的設(shè)主要以Arduino單片機(jī)為核心，通過(guò)HC-06藍(lán)牙系統(tǒng)對(duì)Arduino單片機(jī)的反饋，從而達(dá)到對(duì)小車通信行動(dòng)的智能控制，再通過(guò)微控制處理器進(jìn)行對(duì)于數(shù)據(jù)的分析處理，從而控制電動(dòng)機(jī)的主驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)智能類小車的藍(lán)牙遙控、超聲波避障等智能化控制。

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作者簡(jiǎn)介：譚尚偉（1988-），男，廣東信宜人，本科，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：電子技術(shù)。