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智能测量小车设计含开题报告及文献综述、任务书,智能,测量,小车,设计,开题,报告,文献,综述,任务书

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附录 1外文翻译使用多个相机系统跟踪单位球面上运动目标的移动机器人摘要：移动机器人上摄像机系统的运动目标检测与跟踪是一个难题，由于机器人自身运动和运动目标共同构成了一个具有挑战性的问题：图像中的可分辨运动。在本文中， 我们关注的是多摄像机系统，即瓢虫2 相机，它的图像被用来检测运动和随后的性能以及球体上多个对象的跟踪。这使我们能够解释其运动的连续性，这是通过传感器在图像拼接过程中的球体上的场景的连续性。被跟踪的球体上的对象在贝叶斯滤波器的基础上，通过冯米塞斯-费舍尔分布和数据关联是最近邻全局的方法，其中距离矩阵是通过推导 RNyi-冯米塞斯 Fisher 分布差异构造。该方法是在进行测试的合成和真实世界的数据实验为基础的。1 引言运动目标的检测与跟踪（DATMO）在一个移动平台或车辆周围是在许多不同的应用程序的基本步骤。该信息是否已被用于在一个环境中的移动目标导航，被指定为属于运动目标区域，该 DATMO 始于 D 检测部分，包括对原始数据的信息处理和之后的跟踪方案假设的过程。在这个意义上的检测方法强烈地依赖于传感器的性质和它感测的现象，而跟踪部分可以依赖于测量的空间中采取。在本文中，我们利用一个多摄像机系统，形成一个全方位的图像拼接的一系列透视图像在一个单位的球体，这是我们的测量驻留空间。当相机被放置在一个移动机器人，运动目标检测变得越来越复杂，因为在图像的总运动汇合性是机器人运动任务，独立的对象 ECT 运动，以及场景的三维结构 1 。 2 在运动目标检测与一个单一的透视相机是通过计算光流场的优化实现双线性变换 在将图像相邻帧之间，在这之后的图像差异进行运动检测。然后，粒子过滤器被用来跟踪在图像中的移动对象，激光测距仪用于推断三维中的位置。 3 检测是基于单眼场景重建和仿射变换的三角形网格。利用扩展卡尔曼滤波进行运动目标跟踪和场景重建。演示与经典结构的运动检测，从运动（SFM）与多个硬性移动的物体的动态场景，称为多体 SFM， 4，5 6 人检测到使用直方图的方向梯度的一针 ED 打开全景图像利用在移动机器人瓢虫2 多相机系统。在跟踪多个运动目标时，数据关联问题起着至关重要的作用。为了解决这个问题， 可以使用的方法是全球近邻（GNN），ATT 试图在每一个扫描后 7 找到最有可能的数据关联假设，联合概率数据关联（JPDA）滤波器在多个假设中首先形成，然后结合前在继续下一个扫描 8 ，多假设滤波器（MHT）在多个数据关联假设的形成和传播。此外，跟踪多个目标的另一种方法：对象是概率假设密度（PHD）滤波器 9，10 ， 本身并没有解决数据关联问题。上述具体实施与跟踪方法，如果使用卡尔曼滤波，高斯混合或序贯蒙特卡罗方法。然而，据笔者所知，这些方法以前没有被应用在多个目标在单位球面上分布的跟踪场景即米塞斯-费舍尔分布。本文提出了一种基于 GNN 的框架，这是基于与米塞斯Fisher 分布的贝叶斯跟踪球跟踪多个运动目标的新方法。解决 E 的任务，首先我们得到验证门控基于测量的可能性和预测的状态为球体丢弃不可能测量的关联程序的手段。重新计算最可能的数据关联的假设提出了 RNyi-散度作为距离测度之间的冯米塞斯Fisher 分布和表达方法推导出 T 。RNyi-发散是一类广义的距离，包括一些知名的距离等计算Leiber 和 Bhattacharyya 距离。实验结果 是第一次提出在合成数据的例子和随后的瓢虫2 多摄像机系统获得的实验。目前的系统是全方位的，但是，由于它形成的全方位图像，通过拼接图像的五透视相机（顶部没有被视为）的运动物体的检测是由透视凸轮的方法进行 时代 2 。随后的移动对象的聚类和测量生成的跟踪过程，然后在球体上执行。本文的结构如下。第 2 节介绍利用运动检测算法。第 3 节介绍了提出的多目标跟踪方法，第 4 节显示实验结果，而第 5 节总结论文。2 运动目标检测为检测任务，我们用一个球面数字摄像系统组成的 6 个单眼相机（即瓢虫2）放在一个移动平台。由于系统包括六个方面 VE 相机，他们可以缝合在一起，从而形成一个球形图像。许多传感器，包括单眼相机，原则上只轴承传感系统，而深度只能估计 达到一个规模。这里出现的需要跟踪在球体上的移动对象。在先前提出的问题的静脉，在六个图像的相机系统中检测到的对象的位置 茎被投射到球体上，作为跟踪任务的输入。运动目标检测是一个比较困难的问题的机器人开始移动，因为自我运动产业 固有光流。为了确保算法的效率和平台移动，它是必要的自我运动补偿 2，3 。自我运动补偿算法提供了一个连续帧之间的转换，转换可估计的直接或间接。前者依靠各种定位 离子系统（例如，IMU，GPS，里程计），后者估计使用图像处理方法的转变，避免额外的传感器。这种间接的方法是基于显着的特征集 我们通过连续的图像。为了这个目的，我们使用 Lucas Kanade 算法的稀疏光流在 1113 。一旦建立光流，就必须确定 补偿的变换参数。在这里，我们使用了一个非线性模型， 它可以处理平移和旋转的变化，特别是双线性模型给出如下：这种方法假定的背景运动是占主导地位的，它可以很好地近似由一个平面，相对于相机的距离的深度的变化是小的（我们的视差）。一旦估计的转变，以前的图像可以被扭曲成了当前时刻；它1T =重量1T（它1）。扭曲的形象1T 大约相当于图像 它1，从相同的位置，它的重量；1T（它1）它。然后，在时间 t 的图像动态部分检测后，应用图像差分图像之间的这1T 和它。这样的图像 差异又分大小 1616 像素区域，而差异的平均水平是每个区域的确定。这个平均值可以被认为是 E 区。应用阈值后，每个区域被声明为静态或动态。根据图像内的欧氏距离然后聚集。由于每两个相邻的摄像机有重叠的视场，一些对象可能会被识别在两个图像。因此，在每一个时间步，每个检测投影在单位球面，一些检测集中在一起，所以是以前的论证检测过程中的一个例子。3 单位球面上的跟踪冯米塞斯费舍尔分布作为一个通用的概率模型在空间方向和定向测量误差 14 。当考虑方向 P 维度，即单位 V 在 p 维欧氏空间 R P 载体，一个可以代表他们的点 P1，即 P1 维球面半径和中心在原点的单位。换句话说，一个 p-sphere 是DEF 定义为一组点（P + 1）维欧氏空间，因此 1-sphere 是圆的，2 是在三维空间中的球的表面。附录 2外文原文任务书论文(设计)题目：智能测量小车设计工作日期：2016年12月05日 2017年06月05日1.选题依据:十三五中，其中充当工业机器人“火眼金睛”角色的机器视觉功不可没!那么机 器视觉究竟给工业机器人一双怎么样的“慧眼”，能够大助工业机器人在未来工业自动化、智能化的工业4.0发展道路上大展拳脚大展拳脚，引导和定位，视觉定位要求机器视 觉系统能够快速准确的找到被测零件并确认其位置，上下料使用机器视觉来定位，引导机械手臂准确抓取。2.论文要求(设计参数):设计一种智能测量小车,该智能车设计采用arduino系统为核心处理器件,通过摄像头获取目标信息,实现目标定位。智能车行走时,其配备的检测模块实现对跑道的检测并沿 相应轨迹移动。3.个人工作重点:在进行图像处理之前，先要用摄像机获取三维物体的二维图像。光照条件、相机的几何特性等对后续的图像处理造成很大的影响。所以首先检测到目标物体，测量距离后，进行定位，移动到指定距离根据要求拍摄照片，实现测量。4.时间安排及应完成的工作:第1周：收集研究方向相关资料、研究资料。第2周：阅读参考文献，确定研究内容。第3周：撰写开题报告，拟订总体设计方案。 第4周：修改、完善开题报告；完成文献翻译。 第5周：完成系统总体方案设计。第6周：主要器件选型，主体结构搭建。第7周：绘制系统原理图，控制电路功能设计。 第8周：各模块连接实现，传感器连接实现。第9周：设计程序流程框图和主要算法。第10周：完成程序编制、编译。第11周：进行实验，分析实验结果。第12周：进行实验，分析实验结果。第13周：完善设计内容，撰写设计说明书。第14周：完成毕业论文。第15周：修改毕业论文及准备答辩。第16周：准备答辩内容，参加毕业答辩。5.应阅读的基本文献:1 潘元骁. 基于Arduino的智能小车自动避障系统设计与研究D. 长安大学 2015 2 丁小妮. 基于Arduino&Android小车的仓储搬运研究D. 长安大学 20153 侯亮,王浩伦,贾鸿翅. 支持产品平台创新的知识分类及其本体建模研究J. 机电工程. 2010(11)4 陈永亮,焦明生. 基于产品平台和机械总线的爬行机器人可适应设计J. 工程设计学报. 2005(05)5 纪欣然. 基于Arduino开发环境的智能寻光小车设计J. 现代电子技术. 2012(15) 6 蔡睿妍. Arduino的原理及应用J. 电子设计工程. 2012(16)7 凯姆卡尔文,泰勒卡尔文,庞明珠. Arduino与电子制作J. 电子制作. 2012(08) 8 崔才豪,张玉华,杨树财. 利用Arduino控制板的光引导运动小车设计J. 自动化仪表. 2011(09)9 邹建梅,王亚格. 利用Arduino增强Flash互动性的研究J. 中国教育技术装备. 2010(36) 10 Kun Zheng,Dunbing Tang,Wenbin Gu,Min Dai. Distributed control of multi-AGV system based on regional control modelJ. Production Engineering . 2013 (4)指导教师签字：XX教研室主任意见：同意签字：XX 2016年12月08日教学指导分委会意见：同意签字：XX 2016年12月08日 学院公章进度检查表第-1周工作进展情况查找与毕业论文相关的学术学位论文、期刊等，收集资料整理文献综述并且完成开题报告，与老师讨论重点设计内容和研究方向并且完成开题报告的答辩。2017年01月03日指导教师意见毕业设计题目涉及较多学科，通过收集资料整理文献综述并且完成开题报告，完成开题报告答辩！指导教师(签字)：XX 2017年01月04日第 1周工作进展情况在寒假期间我完成了外文文献翻译，回到学校我通过网络以及相关文献查询对智能测量小车设计有了全面的了解，然后大体完成了系统总体方案设计。2017年03月03日指导教师意见前期工作已完成，建议总结智能测量相关领域知识，用于论文第二章，另外尽快完成系统硬件搭建。指导教师(签字)：XX 2017年03月13日第 5周工作进展情况完成总体方案设计，智能小车采用Arduino控制器搭建拼接，并且进行距离、摄像影像传输测试并且正在完善中，尽可能通过手机或者电脑进行准确的操纵。2017年03月31日指导教师意见总体方案设计符合要求，总结设计过程中出现的问题，为撰写论文做准备！指导教师(签字)：XX 2017年04月25日第 12周工作进展情况在老师的辛苦帮助下完成了论文的最后的修改工作，毕业论文完成，论文查重后等待答辩！2017年05月21日指导教师意见查重顺利通过，完成程序的编写，毕业论文撰写基本完成，准备答辩。指导教师(签字)：XX 2017年05月25日过程管理评价表评价内容具体要求总分评分工作态度态度认真，刻苦努力，作风严谨33遵守纪律自觉遵守学校有关规定，主动联系指导教师,接受指导33开题报告内容详实，符合规范要求54任务完成按时、圆满完成各项工作任务43过程管理评分合计13 过程管 理评语 毕业设计过程态度认真，刻苦努力，作风严谨，毕业题目有一定的深度，在刚开始进入设计时发现对机器视觉测量理论的理解上难度比较大，经过一段时间的研究后发现自己理解的偏差，能及时和老师沟通，及时调整设计内容，在设计过程中自觉遵守学校有关规定，主动联系指导教师，接受指导。开题报告内容基本符合要求，对视觉测量的理解深度不够，文献搜索的能力有待进一步提高，科研方法及综合知识的运用能力有待进一步提升，基本按时、圆满完成各项工作任务。指导教师签字:XX日期:2017-05-31指导教师评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规107指导教师评分合计15 指导教 师评语 选题作为3D图像重构关键技术研究的子课题，符合培养目标要求，有一定的研究价值和实践意义，有一定的开拓性、创新性，深度、难度适宜，工作量适中，在毕业设计过程中体现了一定的综合运用知识的能力、科研方法运用能力有待进一步提高、中文表达与外语能力尚可、有一定的文献资料检索能力和计算机应用能力。论文写作文题相符，概念准确，但在理论阐述部分稍显不足，分析、论证过程基本合理，设计、实验等正确合理，结论明确；论文结构、撰写格式、图表等基本符合基本规范要求。指导教师签字:XX日期:2017-05-31评阅人评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规107评阅人评分合计15 评阅人 评语 该毕业设计选题符合本专业培养目标要求，有一定的实践意义，有一定的深度和难度，工作量偏小。该生在毕业设计过程中基本上能够运用所学知识解决问题，表现出一定的综合运用知识的能力、计算机应用能力、中文表达及应用能力。从毕业设计完成情况看，基本上做到了论文文题相符、概念准确，有分析、论证、计算，设计基本合理，论文结构、撰写格式、图表等基本符合规范要求。该生按时完成了毕业设计的各项工作，完成质量一般，同意参加毕业答辩。评阅人签字：刘安生评阅人工作单位：机械工程学院日期：2017-05-31答辩纪录 学生姓名：XX专业班级：XX毕业论文(设计)题目： 智能测量小车设计答辩时间：2017年05月26日 时 分 时 分答辩委员会(答 主任委员(组长)： XX辩小组)成员委员(组员)： XX XX答辩委员会(答辩小组)提出的问题和答辩情况问题1：工作重点是什么？回 答： 小车的调试，测量，编程。问题2：为什么做个小车？回 答： 题目吸引人。问题3：测量的参数是什么？ 回 答： 距离，根据距离避障。问题4：如何测量？回 答： 利用超声波传感器。问题5：用什么开发语言，多长时间？回 答： Arduino平台模块化语言，一周时间。记录人： XX2017年05月26日答辩委员会评价表评价内容具体要求总分评分自述总结思路清晰,语言表达准确,概念清楚,论点正确,分析归纳合理107答辩过程能够正确回答所提出的问题,基本概念清楚,有理论根据107选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规107能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语应用能力、文献资料检索能力、计算机应用能力107答辩委员会评分合计32 答辩委员会评语 XX同学在毕业设计工作期间，工作努力，态度比较认真，能遵守各项纪律，表现一般。 能按时、全面、独立地完成与毕业设计有关的各环节工作，具有一定的综合分析问题和解决问题的能力。 论文立论正确，理论分析无原则性的错误，解决问题方案比较实用，结论正确。 论文使用的概念正确，语句通顺，条理比较清楚。 论文中使用的图表，设计中的图纸在书写和制作时，能够执行国家相关标准，基本规范。 能够独立查阅文献，外语应用能力一般，原始数据搜集得当，实验或计算结论准确可靠。 答辩过程中，能够简明地阐述论文的主要内容，回答问题基本正确，但缺乏深入地分析。答辩成绩： 32答辩委员会主任：XX2017年05月31日成绩评定 项目分类成绩评定过程管理评分13指导教师评分15评阅人评分15答辩委员会评分32总分75成绩等级C成绩等级按“A、B、C、D、F”记载成绩审核人签章： XX审核人签章： XX一、选题依据1论文（设计）题目智能测量小车设计2研究领域：Arduino 的应用以及舵机和步态的控制，机器视觉及三维重构3论文（设计）工作的理论意义和应用价值十三五中，其中充当工业机器人“火眼金睛”角色的机器视觉功不可没!那么机器视觉究竟给工业机器人一双怎么样的“慧眼”，能够大助工业机器人在未来工业自动化、智能化的工业 4.0 发展道路上大展拳脚大展拳脚，引导和定位，视觉定位要求机器视觉系统能够快速准确的找到被测零件并确认其位置，上下料使用机器视觉来定位，引导机械手臂准确抓取。智能小车是移动式机器人的重要组成部分，而移动机器人不仅能够在经济、国防、教育、文化和生活中起到越来越大的作用，也是研究复杂智能行为的产生、探索人类思维模式的有效工具与实验平台。本次设计的是一款基于 Arduino 的智能小车，它利用 Arduino 作为主控系统。它用蓝牙模块进行无线数据传输，实现无线控制。同时它利用超声波测距模块来进行测距，将测得的距离数据传给 Arduino，经过 Arduino 处理给出反馈，驱动电机转动，实现自动避障的功能。智能小车作为智能交通系统的关键技术，是许多高新技术综合集成的载体。智能车辆技术是涵盖智能控制、模式识别等学科前沿的热点研究领域，其研究与应用具有巨大的理论和现实意义。在交通安全方面，由无人驾驶车辆研究形成的辅助安全驾驶技术，可以通过传感器准确、可靠地感知车辆自身及周边环境信息，及时向驾驶员提供环境感知结果，从而有效地协助提高行车安全，同时也能降低驾驶员对车辆驾驶管理的复杂度，提高单个车辆的运行效率，可以缓解我国城市道路拥堵、交通系统运行效率较低的现状。在汽车产业自主创新方面，通过对无人驾驶车辆理论、技术研究， 突破国外汽车行业专利壁垒，掌握具有核心竞争力的关键技术，可以为我国汽车产业自主创新和产业发展提供强有力的支撑。同时在国防科技方面，“快速、精确、高效” 的地面智能化作战平台是未来陆军的重要力量，无人驾驶车辆将能代替人在高危险环境下完成各种任务，在保存有生力量、提高作战效能方面具有重要意义，也是无人作战系统的重要基础。4目前研究的概况和发展趋势12相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于 20 世纪 80 年代。而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一系列的成果，主要有：（1）中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与 2003 年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下的高速公路上， 行驶的最高稳定速度为 13km/h,最高峰值速度达 170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。（2）南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了 7B.8 军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。计算机系统采用两台 Sun10 完成信息融合、路径规划，两台 PC486 完成路边抽取识别和激光信息处理，8098 单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。其体系结构以水平式结构为主，采用传统的“感知-建模-规划-执行”算法，其直线跟踪速度达到 20km/h，避障速度达到 5-10km/h。随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的智能电动小车应该能够实现适应能力，能自动避障，可以智能规划路径。智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。同遥控小车不同，遥控小车需要人为控制转向、启停和进退，比较先进的遥控车还能控制器速度。常见的模型小车，都属于这类遥控车；智能小车，则可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预。操作员可以通过修改智能小车的计算机程序来改变它的行驶方向。因此，智能小车具有再编程的特性，是机器人的一种。智能化全面的发展是实现其对资源的合理充分利用，以尽可能少的投入得到最大的收益，大大提高工业生产的效率，实现现有工业生产水平从自动化向智能化升级， 从先前的模拟电路设计，到数字电路设计，再到现在的集成芯片的应用，各种能实现同样功能的元件越来越小为智能化产物的生成奠定了良好的物质基础二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题（1） 红外线传感器避障设计（2） 图像的传送以及三维图像的建立（3） Arduino 单片机的组成及其端口的应用.2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）首先通过查阅大量的相关资料，在论文前面要突出地介绍一下Arduino 系统的重要性； 并说明其现在的研究成果以及今后的发展趋势。本次设计的智能小车在进行图像处理之前，先要用摄像机获取三维物体的二维图像。光照条件、相机的几何特性等对后续的图像处理造成很大的影响。所以首先检测到目标物体，测量距离后，进行定位，移动到指定距离根据要求拍摄照片，实现测量。1绪论1.1 课题研究背景1.2 国内外应用现状2系统总体设计2.1 系统总体结构设计2.2 小车的点位及运动轨迹设计2.3 本章小结3Arduino 器件选型及系统搭建3.1 Arduino 简介3.2 Arduino 的特点3.3 Arduino 的运行环境3.4 本章小结4系统调试4.1 拍照系统调试4.2 避障系统调试4.3 本章小结3.本论文（设计）预期取得的成果(1)Arduino 模块选型及电路设计(2)避障系统结构设计(3)智能测量小车三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）Arduino 系统平台的搭建控制电路的设计图像的接收与三维重构处理红外避障程序的编写2.论文（设计）进度计划第 1 周：收集研究方向相关资料、研究资料。第 2 周：阅读参考文献，确定研究内容。第 3 周：撰写开题报告，拟订总体设计方案。第 4 周：修改、完善开题报告；完成文献翻译。第 5 周：完成系统总体方案设计。第 6 周：主要器件选型，主体结构搭建。第 7 周：绘制系统原理图，控制电路功能设计。第 8 周：各模块连接实现，传感器连接实现。第 9 周：设计程序流程框图和主要算法。第 10 周：完成程序编制、编译。第 11 周：进行实验，分析实验结果。第 12 周：进行实验，分析实验结果。第 13 周：完善设计内容，撰写设计说明书。第 14 周：完成毕业论文。第 15 周：修改毕业论文及准备答辩。第 16 周：准备答辩内容，参加毕业答辩。四、需要阅读的参考文献1 潘元骁.基于 Arduino 的智能小车自动避障系统设计与研究D. 长安大学 20152 丁小妮.基于 Arduino&Android 小车的仓储搬运研究D. 长安大学 20153 侯亮,王浩伦,贾鸿翅.支持产品平台创新的知识分类及其本体建模研究J. 机电工程. 2010(11)4 陈永亮,焦明生.基于产品平台和机械总线的爬行机器人可适应设计J. 工程设计学报. 2005(05)5 纪欣然.基于 Arduino 开发环境的智能寻光小车设计J. 现代电子技术. 2012(15)6 蔡睿妍.Arduino 的原理及应用J. 电子设计工程. 2012(16)7 凯姆卡尔文,泰勒卡尔文,庞明珠.Arduino 与电子制作J. 电子制作. 2012(08)8 崔才豪,张玉华,杨树财.利用 Arduino 控制板的光引导运动小车设计J. 自动化仪表. 2011(09)9 邹建梅,王亚格.利用 Arduino 增强 Flash 互动性的研究J. 中国教育技术装备. 2010(36)10胡小江, 董飞垚, 雷虎民,等. 基于虚拟仪器的舵机半实物仿真系统研究J.测控技术， 2011, 30(1):75-7811 杨继志， 杨宇环. 基于 Arduino 的网络互动产品创新设计J. 机电产品开发与创新,2012,25(1):99-100.12蔡睿妍. 基于 Arduino 的舵机控制系统设计J电脑知识与技术，201213J1董旭明,李志斌. 计算机视觉在并联机器人运动学标定中的应用J. 自动化仪表,2016,05:16-19.14曾令远,吴东. 基于移动机器人的智能摄影软件设计及实现J. 现代计算机(专业版),2016,28:53-57.onathan Oxer, Hugh Blemings. Practical Arduino: Cool Projects for Open Source HardwareM. New York: Springer-Verlag, 2009:1-10.15M. Fatehnia,S. Paran,S. Kish,K. Tawfiq. Automating double ring infiltrometer with an Arduino microcontrollerJ. Geoderma,2016,262:.16Gianluca Barbon,Michael Margolis,Filippo Palumbo,Franco Raimondi,Nick Weldin. Taking Arduino to the Internet of Things: The ASIP programming modelJ. Computer Co mmunications,2016,:.17M. Rahaman Laskar,R. Bhattacharjee,M. Sau Giri,P. Bhattacharya. Weather Forecasti ng Using Arduino Based Cube-SatJ. Procedia Computer Science,2016,89:.18 Elson Avallone,Diogo Garcia Cunha,Alcides Padilha,Vicente Luiz Scalon. Electronic multiplex system using the Arduino platform to control and record the data of the tempera tures profiles in heat storage tank for solar collectorJ. International Journal of Energy an d Environmental Engineering,2016,74:.19 Kun Zheng,Dunbing Tang,Wenbin Gu,Min Dai.Distributed control of multi-AGV system based on regional control modelJ. Production Engineering . 2013 (4)1 Arduino 简介文献综述Arduino 是源自意大利的一个教学用开源硬件项目，主要是为希望尝试创建交互式物理对象的实践者、喜欢创造发明的人及艺术家所构建的，它秉承开源硬件思想， 程序开发接口免费下载，也可依需求自己修改。其硬件系统是高度模块化的，通过 USB 接口与计算机连接，包括 14 通道数字输入/输出，其中包括 6 通道 PWM 输出、6 通道 10 位 ADC 模拟输入/输出通道，电源电压主要有 5V 和 3.3V。在核心控制板的外围，有开关量输入输出模块、各种模拟量传感器输入模块、总线类传感器的输入模块，还有网络通信模块，只要在核心控制板上增加网络控制模块，就可以容易地与互联网连接。Arduino 还提供了自己的开发语言，支持 Windows、Linux、MacOS 等主流的操作系统。Arduino 系统是基于单片机开发的，并且大量应用通用和标准的电子元器件，包括硬件和软件在内的整个设计，代码均采用开源方式发布，因此采购的成本较低，在各种电子制作竞赛、电子艺术品创意设计等越来越多地使用 Arduino 作为开发平台。甚至可以接受Macromedia Flash 软件制作的动画发送的信号, 并由此来控制一些动作器件(如舵机等)。2 寻光小车的寻光原理引导智能寻光小车运动的“光”信号是红外线。波长在 之间，与可见光相比，将红外线作为引导信号受环境中光线的干扰较小， 且依然能够保持直线传播。采用台湾亿光（）生产的红外发射管作为红外线发射源，该红外发射管发射的红外线定向性好，发射的红外线强度与通过红外发射管的电流成正比，发射出的红外线中， 波长为 的红外线强度最大。与红外发射管对应，采用红外光敏三极管检测红外线，检测范围约为，当红外线波长为 时，相对敏感度最高。3 爬行机器人的可适应性设计现今对机器人的研究越来越多 ,而其中爬行机器人是其中的一个重要方向 . 但是大多的爬行机器人的研究都是基于特定的任务进行的 ,单机单用 ,具有很强的定向单任务性 . 为了实现单个机械装置的多功能性 ,不同的机器人结构设计方法学开始崭露头角 ,包括模块化机器人、可重构机器人等形式 .而在相关的机械、工程领域 , Gu Peihua 提出了可 适 应 设 计 方 法 学( adaptable design methodology)和机械总线(mechBus)的概念.可适应产品可适应性的实现有两种方式 ,一是基本结构体系平台不变 ,通过总线接口实现功能结构的外扩性、可升级性 ,从而适应新形势;二是基本架构体系或者某些连接作用结构体系的柔性 (可变适应性),通过自身结构的改变来适应新的附加结构 .后者要考虑结构柔性的可能性以及柔性的变化程度.结构柔性的产生包括结构自身变化产生柔性和结构组合产生柔性 .4 Arduino 互动媒体开发正是由于 Arduino 易于使用，才能使用户或开发者把精力关注于设计本身。Arduino 甚至提供了自己的开发语言，这种借鉴了 C/C+和 Java 的语言，对于有一定 Flash 的 ActionScript 脚本的开发者也相对容易掌握。再次，Arduino 基于单片机开发，并且大量应用通用和标准的电子元器件，包括硬件和软件在内的整个设计， 代码均采用开源方式发布，因此采购的成本较低。由于开源（open source）的缘故，Arduino 周边聚集丰富的外围软件库和硬件控制器、传感器。另外，Arduino 可以支持 Windows、Linux、MacOS 等主流的操作系统。综上所述， 互动媒体的制作者拥有更多的自由度，为互动媒体的创作奠定坚实的基础。利用Arduino 提高 Flash 的互动能力的途径有很多，比如利用声音传感器、红外传感器、重力传感器等。作为互动媒体而言，其主要特征是通过与周围环境的交流、反馈来展现自身内容，而各种类型的传感器能很好地传达环境给予的各类刺激。5 基于 Arduino 的智能小车自动避障系统 设计与研究在智能小车的避障策略研究方面，设计采用红外光电传感器对地面的黑色轨 迹进行检测从而实现自动循迹，使用超声波测距来获取智能小车与障碍物的距离，通过距离的判断与比较以达到避障的目的。采用动态路径规划算法设计了未 知环境下智能小车的控制策略，提出智能小车通过连续型奖励、惩罚信号完成自己寻找 运动路线、自动避障的控制策略。设计的智能小车避障系统采用 车头安装多个测距传感器测距，然后根据探测到障碍物的传感器数量进行转向控制。设计的智能小车前轮安装了舵机，通过控制方向舵机进行转向，完成避障动作。 设计的智能小车采用超声波传感器检测障碍物信息，当检测到障碍物时，首先判断障碍物与小车之间的位置关系，根据障碍物当前位置以及避障规则输出 PWM (Pulse Width Modulation)波控制电机运转、调速完成避障动作。上述设计的信息采集系统和避障策略基本可以满足避障要求，但是采用红外接近开 关、红外线二极管、超声波发射器、超声波接收器作为避障传感器只能感知智能小车前 方有障碍物，无法获得障碍物与智能小车距离数据值，不利于智能小车完成复杂的避障 动作。车头安装多个超声波测距传感器会造成传感器之间互相干扰。同时，上述设计只 考虑车头部位安装传感器探测前方障碍物，没有考虑车体两侧障碍物，探测的信息不全面。在避障策略方面，循线壁障的方式使智能小车只能按照地面划定的路线运动，不具 有自适应性。并且，目前没有关于转弯后返回原来运动方向的设计，没有完成绕过障碍 物的要求，避障功能不完善。论文针对存在的这些问题，依赖于测距技术，围绕智能小车自动避障的相关技术，力求得到实时、全面的信息采集系统和高效、实用的避障系统。论文以改装的 Arduino 平台智能小车为研究环境，进行了智能小车自动避障技术的 研究。论文的研究内容主要包括：智能小车自动避障的信息采集系统设计、障碍物信息分类、自动避障策略设计以及智能小车自动避障系统的设计与开发等。（1）自动避障的信息采集系统研究：通过分析超声波传感器和红外传感器的结构、 原理、优缺点，结合具体设计中影响传感器选择的性能指标，选择 H C-S R04 超声波测 距传感器和夏普GP2D12 红外测距传感器组成智能小车自动避障的信息采集系统。然后 基于能全面、实时的采集智能小车运行时周围障碍物信息，设计了环境信息采集系统传 感器的配置方案为车头安装两个红外测距传感器，车体两侧分别装载一个超声波测距传 感器。（2）自动避障策略设计：根据障碍物与智能小车的位置关系将其分为 4 种基本类 型，然后综合考虑智能小车原地绕一个车轮做圆周运动的最大半径和惯性的影响确定了 智能小车自动避障的安全距离，根据 4 种类型障碍物设计了智能小车的自动避障策略。（3）自动避障系统设计：采用 Arduino 开发平台设计实现了论文设计的信息采集 系统和自动避障策略，通过实验验证，该系统成功的完成了自动避障要求。11审签字：年月日核意见教研室主任意见签字：年月日学院教学指导委员会意见签字：年月日公章：智能测量小车设计摘要智能化技术在如今社会表现的越来越出色，智能机器人在大型工业的应用也在国家经济中占据重要作用，在未知探索领域也是非常重要。随着社会的不断进步发展， 智能小车的技术更是日新月异，让本来不可能的事通过非凡的智慧让其进入我们的眼帘，我相信很多人对其如何实现预期的功能也是充满好奇心，本次的设计的目的就是为了实现一些简单的智能化操作，从而让人们更多的了解智能化的程序编程是多么的不可思议!本文设计的是一款基于 Arduino 的智能小车，选择 Arduino 单片机作为主要控制系统，进行程序编程烧录，采用 wifi 模块进行无线数据传输，可以使用手机或者电脑实现无线控制。同时采用超声波测距模块来实现测距功能，除此之外，超声波传感器将数据传送给控制系统.经过系统处理给出的反馈指令，控制电机转动，从而实现自动避障的功能。在避障过程中，小车前端摄像头可以手动控制拍照为后续的工作提供素材。关键词： Arduino智能小车自动避障超声波测距无线控制模块IIAbstractIntelligent technology in todays social performance is more and more outstanding, intelligent robot in large-scale industrial applications also play an important role in the national economy, in the unknown exploration field is also very important。Along with the advance of social development, the technology of intelligent cars more with each passing day, which makes the impossible through extraordinary wisdom let it into our eyes, I believe that a lot of people on how to realize the expected function also is full of curiosity, the purpose of this design is to realize some simple intelligent operation, so as to let people know more about intelligent programming how incredible it is!Designed in this paper based on the Arduino is a smart car, choose the Arduino microcontroller as the main control system, carries on the programming burn, wifi wireless data transmission module, can use a mobile phone or computer to realize the wireless control. Using ultrasonic ranging module to achieve the function range at the same time, in addition, ultrasonic sensor data transmitted to the control system. Through system processing instructions given feedback, control motor rotation, so as to realize the function of automatic obstacle avoidance. In the process of avoiding obstacles, the front camera of the car can manually control the camera to provide material for subsequent work.Keywords:Arduinointrlligent carThe automatic obstacle avoidanceUltrasonic rangingThe wireless control module目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题背景以及意义11.2 国外研究概况及其发展趋势11.3 国内研究概况及其发展趋势22 系统总体方案设计32.1 小车车体结构设计32.2 小车控制器的选择32.3 小车电源的选择42.4 避障模块的选择42.5 无线控制模块42.6 电机及其电机驱动的选择52.7 系统总体方案的确定53 小车硬件设计63.1 无线通信模块的设计63.2 测距模块的设计73.3 电机模块设计103.4 电源部分设计124 小车的软件设计134.1 主循环程序设计134.3 自动避障子程序设计144.4 超声波测距程序设计154.5 wifi 手机模块程序设计155 小车的制作安装调试165.1 小车制作安装165.2 小车调试17结论19参考文献20附录 1 外文翻译21附录 2 外文原文23附录 3 程序代码26致谢461 绪论1.1 课题背景以及意义随着社会的快速发展，中国的企业也在快速进步，他们的生产技术也在提高， 因此，更加需要自动化生产技术。智能车辆和它的衍生产品是在生产线上、物流运输线上的重要设备。全世界很多国家都高度重视智能车的开发设计以及研究。在 20 世纪 04 年代，斯坦福研究院的学士 Rosen 等人花了近 6 年时间研制出名为 shakey 的自主可移动机器人，实现了在复杂情况，通过应用人工智能，完成机器人的操控。在此之后，机器人发展更加先进，数量也在不断变多，同时受到越来越多的世界学士们的关注。而且，智能车辆是移动机器人的一个重要部分，拥有高新的综合系统，集中运用传感器、计算机、自控等先进技术，可以实现自动控制、自动辨别路障、控制合适的车速等功能，智能设备在一般车辆上有了广泛的应用，从而变为智能车辆。Arduino 的应用，对操作者降低了很大的技术层面上的要求，可以在很短的时间内接触学习它，所以说 Arduino 是一款非常好用的开源硬件产品，具有较多的接口， 运用不同的传感器来感受外界环境，通过对控制电机、舵机和其他装置来反馈环境。做出正确的操作。它不像复杂单片机有难懂的程序编程，复杂的代码，只是一些简单而且实用的函数。因此，Arduino 简单的编程环境，很大程度上可以拓展我们的想象能力和实现我们预期的想法。1.2 国外研究概况及其发展趋势国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪 50 年代。它的发展历程大体可以分成三个阶段：第一阶段：20 世纪 50 年代是智能车辆研究的初始阶段。1954 年美国 BarrrttElectronics 公司研究开发了世界第一台自主引导车系统 AGVS(Automated Guied Vehicle System)。第二阶段：从 80 年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目开始在这个领域的探索。在美洲，美国成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC）。在亚洲，日本成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会。第三阶段：从 90 年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共9完成了 Navlab 系列的 10 台自主车（Navlab1Navlab10）的研究，取得了显著的成就。1.3 国内研究概况及其发展趋势相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于 20 世纪 80 年代。而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一系列的成果，主要有：（1）中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与 2003 年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下的高速公路上， 行驶的最高稳定速度为 13km/h,最高峰值速度达 170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。（2）南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了 7B.8 军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。计算机系统采用两台 Sun10 完成信息融合、路径规划，两台 PC486 完成路边抽取识别和激光信息处理，8098 单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。其体系结构以水平式结构为主，采用传统的“感知-建模-规划-执行”算法，其直线跟踪速度达到 20km/h，避障速度达到 5-10km/h。随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的智能电动小车应该能够实现适应能力，能自动避障，可以智能规划路径。智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。同遥控小车不同，遥控小车需要人为控制转向、启停和进退，比较先进的遥控车还能控制器速度。常见的模型小车，都属于这类遥控车；智能小车，则可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预。操作员可以通过修改智能小车的计算机程序来改变它的行驶方向。因此，智能小车具有再编程的特性。智能化全面的发展是实现其对资源的合理充分利用，以尽可能少的投入得到最大的收益，大大提高工业生产的效率，实现现有工业生产水平从自动化向智能化升级，从先前的模拟电路设计，到数字电路设计，再到现在的集成芯片的应用，各种能实现同样功能的元件越来越小为智能化产物的生成奠定了良好的物质基础。2 系统总体方案设计本设计的智能小车需要将传感器、处理器、驱动和执行机构进行合理的组合，共同协同工作，实现预期的目标，也就是依靠蓝牙通过手机或者电脑进行无线控制，红外线感应测距实现自动避障等功能。所以确定小车的硬件分为六大部分：车体、控制器、电源、避障程序模块、无线控制模块和执行部分。简单介绍下各部分的功能：（1）车体：就是整个小车的外部框架，需要承载小车其他部件同时可以在空间上进行合理的摆放。（2）控制器：负责控制和协调，是小车的核心，控制器能否及时准确处理传感器的信息并将处理后的数据结果传送给执行部分。（3）电源部分：为传感器以及驱动部分提供足够的电能，确保系统正常稳定工作。（4）避障程序模块：编写避障程序让小车可以自动避开障碍物。（5）无线控制模块部分：负责接收无线控制指令信号，传送给控制器，进而实现无线控制。（6）执行部分：负责执行微控制器的处理结果，能实现小车的转向功能。2.1 小车车体结构设计方案一：自己设计并手动制造车体。需要花费很多的时间去完成车体的尺寸、材料等一系列问题，优点是发挥我们的创新能力，但缺点是花费大量时间而且做出来的车体很粗糙，所以不想采用这个方案。方案二：选择本次设计所用到的传感器，即超声波传感器，为了实现无线控制而选择的 wifi 控制器，还有本次最为关键的 Arduino 控制器的编程使用，以及为了实现视频拍照选用摄像头，同时还可以为后续工作提供素材，选择车体、电机、车轮等部件自己进行合理的组装来实现我们预期的功能。综合一下，同时考虑本次设计重要的不是车体部分，而是我们对 Arduino 的了解和学习以及使用，所以我最终决定使用方案二。2.2 小车控制器的选择Arduino 的版本还是比较多的，不同的情况下要选择不同的 Arduino 版本，下面我们来比较一下常见的一些 Arduino。首先是最常见的 Arduino UNO R3,性能十分稳定而且满足绝大多数用户的需求， 同时也能满足小车实现功能的需要。其次 Arduino MEGA 是增强型 Arduino 控制器，相对于 UNO 提供了更多的输入输出接口一控制更多的设备，拥有更大的程序空间和内存。显然这个不适用于本次设计的智能车。Arduino Leonardo 使用集成 SUB 功能的 AVR 单片机作为芯片，可以模拟鼠标、键盘等 USB 设备。Arduino Due 使用的是 32 位 ARM Cortex-M3 作为主控芯片，集成多种外设，是目前最强大的 Arduino 控制器。Arduino Zero 提供 EDBG 调试端口，可以联机进行单步调试。小型化的 Arduino 在设计上进行了很大的精简。综上所述，我选择 Arduino UNO R3 作为小车的控制器。2.3 小车电源的选择方案一：采用两个电源供电，将电动机驱动电源与控制器电源分别单独供电，但是缺点是增加了小车的重量，电机控制性能降低，小车的灵敏度也会降低。方案二:采用一个电源供电，电源给电机供电，之后电机驱动供电给控制器，这样就减少了电源的重量。综上方案，我采用第二种选用充电电池作为供电电源。2.4 避障模块的选择常见的避障方法有超声波测距和红外线测距方案一：红外线测距避障优点：不受可见光影响、角度灵敏度高、结构简单，价格便宜易于安装并且可以快速感知物体的存在。缺点：精度较低，距离较近，对色彩光照敏感。方案二:超声波测距避障优点：对色彩光照和电磁场不敏感、结构简单并且可用于黑暗、有烟雾灰尘等恶劣环境中。缺点：超声波传感器的数量较少，可能会出现检测盲区，从而避障失误。方案三：为了提高避障性能，在测距模块中添加摄像机，配合舵机转动，测距范围加大，同时有效的减少了盲区。综合本次设计，为了更好的展示其功能，所以我采用方案三：超声波避障+舵机。2.5 无线控制模块目前使用较多的无线通信方式有蓝牙通信、红外线通信、wifi 通信以及无线射频通信，下面我们比较一下各个通信方式从而选取最适合本次设计的方式。（1）蓝牙:蓝牙在很多设备上都有安装，例如电话、笔记本电脑、汽车等，只要有蓝牙适配器，就可以轻松连接上蓝牙，从而进行数据传输，而且兼容性好。(2)红外线通信模块：首先成本比较低，便于安装但是传输范围较短。（3)wifi 模块：数据安全性较蓝牙较好，实现 wifi 通信方式便捷，与蓝牙同属短距离无线通信技术。因为小车是通过单个字符进行无线控制，所以无线通信要求并不是很高，只要满足迅速可靠就行。最后我选择 wifi 通信模块，方便快捷有效。2.6 电机及其电机驱动的选择采用直流减速电机，专用芯片驱动中的 L298N 电机驱动。直流减速电机转矩较大， 价格比较便宜，而 L298N 电机驱动，此芯片有两个 H 桥式电路，电路结构也比较简单， 使用方便，接线十分方便。2.7 系统总体方案的确定综上分析，下面为本次设计总体方案的框图：图 2-1系统总体流程框图3 小车硬件设计3.1 无线通信模块的设计上一章通过方案确定选择 wifi 通信作为无线通信方式，选择 ESP8266。ESP8266 引脚图如图 3-1 所示：图 3-1ESP8266 引脚图ESP8266 一共有五个引脚，分别是 UTXD 接单片机 RX，与 Arduino UNO 上相连接的引脚为 10（软串口 RX）；URXD 接单片机 TX 与 Arduino UNO 上相连接的引脚为 11（软串口 TX）；CH_PD 接 3.3V 和 VCC 接电源与 Arduino UNO 上相连接的引脚同为 3.3V；GND 接地线与 Arduino UNO 上相连接的引脚为 GND。3.1.1wifi 模块与手机连接原理分析众所周知，我们的智能手机都有连接 Wifi 的功能，那么 Wifi 可以为我们做些什么呢？它通过发射高频的信号来进行数据的传送，因此，我们可以无线上网，是当今最广泛的无线网络传输技术。而且，它的传送速度很快，消耗的功率很低，对人体的健康不会造成太大的危害。本次设计制作的智能小车，经过我的考虑选择了 Wifi 模块通过与手机的连接来实现小车的前进等基本运动方式以及测距、避障的复杂运动。Wifi 模块的工作方式为主动型串口设备联网：在每次数据交换之前，都是由串口 wifi 模块设备主动发起连接， 然后在进行数据交换。典型例子（无线 pos 机）在每次刷卡完成之后，无线 pos 机即开始连接后台的服务器进行数据交换。首先，手机端作为上位机控制端，Wifi 模块接收指令作为下位机执行端；然后， 我们通过手机端 APP 对其发出操作指令，即发送 Wifi 信号，Wifi 模块接收手机发送的信号并且进行分析转换为高电平信号（TTL），接下来将电平信号发送给单片机， 经过相关的分析、处理转为控制指令发送给电机驱动模块，小车就可以动起来了。简单的说下手机 APP，现在大家的手机大多都是安卓系统，安卓系统的软件是由JAVA 软件进行编译，很是复杂，与本次设计相关不大而且学习起来很是困难。于是通过在网上的一些爱好者论坛，进行沟通探讨，了解到 JAVA 的编译需要特殊的软件，自己也看了下教程，真心的复杂，对那些软件编程大师很是佩服。本次用到的手机APP 名字为小 R 科技 Wifi 手机控制端，此软件里面功能齐全，有巡线功能、重力感应、雷达测距显示等功能，但是本次只用到超声波避障、测距以及自动避障。当然这些功能的实现包括手机 APP 里面的高级的功能都是需要我们用程序编程，调试才可以实现。3.2 测距模块的设计3.2.1 超声测距模块图 3-2HC-SR04 超声波测距模块超声波传感器里的发射器装置向我们指定方向发出一组高频率声波，即为超声 波，在发出的同时开始计时，超声波在传播途中碰到我们需要测距的物体就立即返回来，超声波传感器里面的接收器收到反射波就立即停止计时。声波在空气中的传播速度为 340m/s,根据计时器记录的时间 t,就可以计算出发射点距测距物体的距离 s，即：s=340m/s*t/2.利用时间差测距法就可以测得距离。最后，超声波测得的距离从串口中显示。超声波测距范围经试验大约为 5.00m,测量精度为 1cm.使用方法及时序图：图 3-3超声波测距时序图（1）首先使用 Arduino 的数字引脚，发送给 SR04 的 Trig 引脚，信号为高电平最好至少 10 ms，触发装置的测距功能；（2）然后，装置会自动发送 8 个超声波脉冲，频率为 40Khz，之后自动检测是否有信号返回。模块内部自动完成。（3）接收到返回信号后，Echo 引脚会输出高电平，高电平持续时间等于超声波从发射到返回的时间。此时，我们能使用 pulseln()函数，通过内部程序运算获取到测距的数值，然后距被测物体的实际距离就会输出出来。图 3-4 SR04 与 Arduino 接线示意图3.2.2 舵机PWM 信号由接收通道进入信号解调电路 BA66881。的 12 脚进行解调，获得一个直流偏置电压。原理是直流偏置电压与电位器的电压进行比较，获得电压差由 BA6688 的 3 脚输出。该输出电机驱动集成电路 BA6686，以驱动电机正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动旋转，直到电压差为 O，电机停止转动。舵机的控制信号是 PWM 信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。此次小车上安装的舵机只需要带动摄像头左右、上下移动，它的转角范围 0-120之间就可以，所以选择了 SG90 9G 舵机。图 3-5SG90 9G 舵机表 3-1SG90 9G 舵机参数产品型号SG90产品尺寸23*12.2*29（mm）工作扭矩1.6KG/cm反应速度0.12-0.13s/60通用反转角度最大 180 度舵机使用电压3.5V-6V结构素材塑料齿图 3-6 是舵机引脚接线图，芯片 PWM 引脚与舵机 pulse 引脚相连，舵机“+”引脚接电源，“-”引脚接地。图 3-6引脚连接图3.3 电机模块设计3.3.1 DC3V-6V130 直流减速电机和 69MM 橡胶轮图 3-7 为电机与橡胶轮组装图如下：图 3-7 车轮直流电机的减速比为 1：48，下表是其的相关参数。表 3-2直流减速电机参数额定电压3V6V空载电流120MA180MA减速比1:48负载电流170MA230MA负载转速约 115 转/分约 255 转/分扭矩约 0.7kgf.cm约 1.2kgf.cm3.3.2 电机驱动部分本次设计小车选取的电机驱动板为 L298N 电机驱动板模块,下面是电机驱动板图以及相关的参数。图 3-8L298N 电机驱动板模块19表 3-3电机驱动板参数驱动芯片L298N 双 H 桥直流电机驱动芯片驱动端供电范围 Vs+5V+35V驱动部分峰值电流2A逻辑部分供电范围 Vss+5V+7V逻辑部分工作电流范围036mA控制信号输入电压范围低电平：-0.31.5V 高电平：2.3Vss使能信号输入电压范围低电平：-0.31.5V 高电平：2.3Vss最大功耗20W(温度 T=75时)驱动板尺寸53mm*43mm驱动板重量35g本模块采用 H 桥驱动，可以同时驱动两个电机，使能 ENA 、ENB 之后，可以分别从 IN1、IN2 输入 PWM 信号驱动电机 1 的转速和方向；可以分别从 IN3、IN4 输入 PWM 信号驱动电机 2 的转速和方向。信号如下表：表 3-4电机驱动方式表直流电机旋转方式IN1IN2IN3IN4调速 PWM 信号调速端A调速端BM1正转高低/高/反转低高/高/停止低低/高/M2正转/高低/高反转/低高/高停止/低低/高电机驱动模块电路连接如下图所示：图 3-9电机驱动电路连接图3.4 电源部分设计根据上述方案选择，提供一定电量和低成本原则，选择 DC5V10000MAH/12V4800MAH 聚合物锂电池。图 3-10DC5V10000MAH/12V 4800MAH 聚合物锂电池输入（INPUT）：DC12.6VDC5V10000MAH(USB 接口)输出（QUTPUT)：DC10.8-12.6V4800MAH尺寸：90*51*20mm重量：200g电池外观：蓝色4 小车的软件设计在完成上一部的设计后，接下来就是对小车的软件进行设计编程。我们的控制器选用的是 Arduino，所用编程语言是建立在 C/C+基础上的，Arduino 语言把一些AVR 单片机即微控制器相关的一些参数设置都函数化，大大降低了编程难度。4.1 主循环程序设计软件设计相当于设计小车的思想，用来指导硬件躯壳运动，本次设计采用模块化结构，下面是主循环程序框图：根据主程序流程图，处理器需要从很多相应的子程序中找出正确的相对应的子程序，可以使用 switch 语句实现这个功能。4.2 方向运动子程序方向控制子程序一共有 9 个，加上自动避障子程序共有 10 个。他们都是通过主程序的 switch 指令查找中被调用的，以下是指令调用表表 4-1指令调用表指令字符程序S/wStop()；小车停止WAuto()；小车自动避障FForward()；小车前进BBack()；小车后退LLeft()；小车逆时针旋转RRight()；小车顺时针旋转GForwardLeft()；小车左前方行进IForwardRight（）；小车右前方行进HBackLeft()；小车左后方行进JBackRight()；小车右后方行进4.3 自动避障子程序设计4.4 超声波测距程序设计4.5 wifi 手机模块程序设计5 小车的制作安装调试5.1 小车制作安装首先通过螺丝螺钉固定四个电机在 PC 板上，将同一侧的两个电机分别用电线并联起来后，从 PC 板中间穿过后连接在驱动电机板上，接下来安装 Arduino 控制器以及wifi 控制模块，最后在车的前端安装云台摄像头以及超声波避障传感器。如图 5-1 所示，最后，安装好四个橡胶轮，帅气的智能小车就完成了，如图 5-2 所示。图 5-1小车组装图图 5-2帅气的小车5.2 小车调试安装好小车后，用数字万用表对芯片的各个引脚进行测量，防止出现接线错误等问题情况。待检测完毕后，编译程序，并用数据线将程序烧录进 Arduino.程序烧录完毕后，给小车通电，连上 wifi,打开手机控制端的 APP，如图 5-9 所示， 对小车进行控制，在进行其他的功能测试之前，先将小车的基本运动方向，即前进、后退、左转、右转进行检查，发现小车运动方向和控制方向相反，自己通过改变代码即可纠正如图 5-10，仔细观察小车的行走姿态和各种意外情况并记录，尽可能找到解决的办法。图 5-9手机控制 APP图 5-10小车基本方向运动控制设置当测试好所有的模块，完成整个程序的测试，小车可以正常运行 10 分钟并且没有意外情况，且可以实现所期待的功能时，小车成功完成运动测试工作。接下来测试超声波传感器测距，将超声波传感器（下位机）、Arduino 控制器（将高频率信号转化为电信号）、数据转换器（将电信号转化为数字信号）、超声波测距上位机连接好后，通过改变超声波传感器距电脑屏幕的距离，从下图可以看出距离的变化显示：图 5-11 测距图图 5-12 测距图最后将连接好的超声波传感器固定在小车的正前方，通过 wifi 手机控制端控制小车，就可以测出障碍物距小车的距离。至此，完成了小车的全部测试。结论本次设计实现了期望的功能，小车通过 wifi 与手机进行连接，通过手机 wifi 控制 APP 对小车进行控制，小车可以测量与障碍物的距离，同时传送实时图像，感觉自己身在车中，也可以进行拍照，在手机 wifi 控制 APP 中选择超声波避障，小车可以在距障碍物 15cm 处做出避障动作。本次设计难点在于程序调试以及对 Arduino UNO 控制板的学习，由于 Arduino 程序编程大多都是函数语言，对我这种入门的人也可以进行简单的程序编辑，这让我体会到程序编译的神奇，感受人类的智慧。最后，虽然遇到很多困难但是看到自己努力的成果，心里还是感受到超大的欣慰。参考文献1 潘元骁.基于 Arduino 的智能小车自动避障系统设计与研究D. 长安大学 20152 丁小妮.基于 Arduino&Android 小车的仓储搬运研究D. 长安大学 20153 侯亮,王浩伦,贾鸿翅.支持产品平台创新的知识分类及其本体建模研究J. 机电工程. 2010(11)4 陈永亮,焦明生.基于产品平台和机械总线的爬行机器人可适应设计J. 工程设计学报. 2005(05)5 纪欣然.基于 Arduino 开发环境的智能寻光小车设计J. 现代电子技术. 2012(15)6 蔡睿妍.Arduino 的原理及应用J. 电子设计工程. 2012(16)7 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