基于Arduino控制的移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

張展瑋，唐細(xì)永，葉展鵬，申耀武

（廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510925）

基于Arduino控制的移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

張展瑋，唐細(xì)永，葉展鵬，申耀武＊

（廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510925）

文章設(shè)計(jì)開發(fā)了一款利用Arduino控制的移動(dòng)平臺(tái)，可以根據(jù)所偵測(cè)到的周圍的環(huán)境情況完成尋跡、避障、藍(lán)牙操控、重力感應(yīng)、定點(diǎn)攝像等功能，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該方案設(shè)計(jì)有效。

移動(dòng)平臺(tái)；Arduino；智能

機(jī)器人的研發(fā)、制造和應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，代表著未來智能裝備的發(fā)展方向。隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，在各行各業(yè)中機(jī)器人技術(shù)得到了廣泛的運(yùn)用，機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有控制方便，執(zhí)行動(dòng)作靈活，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空間軌跡控制。

1 移動(dòng)平臺(tái)的構(gòu)成

移動(dòng)平臺(tái)主要由4部分組成：大腦（微控制器Arduino）、眼睛（避障傳感器、尋跡傳感器）、腳（直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)）、能源（移動(dòng)電源）、遠(yuǎn)程遙控（藍(lán)牙模塊）。移動(dòng)平臺(tái)布置圖如圖1所示。

圖1 移動(dòng)平臺(tái)布置

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 移動(dòng)平臺(tái)具備的功能

移動(dòng)平臺(tái)是一種能夠代替人類在復(fù)雜環(huán)境中工作、復(fù)雜勞動(dòng)的自動(dòng)化機(jī)器人，是集機(jī)械學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科知識(shí)于一體的高科技綜合體。具備藍(lán)牙操控、重力感應(yīng)、定點(diǎn)攝像、尋跡和避障等功能。

（1）藍(lán)牙操控、重力感應(yīng)：通過藍(lán)牙模塊與手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行連接，當(dāng)手機(jī)給一個(gè)指定信號(hào)時(shí)，通過藍(lán)牙傳輸信號(hào)給核心處理器進(jìn)行運(yùn)算，將此信號(hào)傳輸給繼電器驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙與重力控制功能。藍(lán)牙模塊如圖2所示。

圖2 藍(lán)牙模塊

（2）定點(diǎn)攝像：在一定的位置設(shè)定一個(gè)點(diǎn)，利用光敏傳感器判別該點(diǎn)的位置，然后將信號(hào)傳給中央處理器實(shí)現(xiàn)拍攝功能，利用WiFi即可將照片傳給電腦或手機(jī)。

（3）尋跡：由尋跡傳感器辨別指定黑色軌道發(fā)出特定的紅外光波，當(dāng)傳感器接收到信號(hào)時(shí)，將反饋信號(hào)給核心處理器進(jìn)行運(yùn)算，從而驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)動(dòng)作。尋跡傳感器如圖3所示。

圖3 尋跡傳感器

（4）避障：由避障傳感器向外界漫射信號(hào)，當(dāng)有信號(hào)反饋時(shí)，通過核心處理器進(jìn)行運(yùn)算，使直流電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。避障傳感器如圖4所示。

圖4 避障傳感器

2.2 Arduino UNO板

Arduino UNO是最新版本，作為智能移動(dòng)平臺(tái)的處理器。ATmega328是UNO的處理器核心，同時(shí)具有14路數(shù)字I/O口（其中6個(gè)口可作為PWM輸出），模擬輸入有6路，一個(gè)16 MHz晶體振蕩器，一個(gè)電源插座，一個(gè)串行口，一個(gè)復(fù)位按鈕和一個(gè)ICSP header。Ardunio UNO板外形如圖5所示。

圖5 Ardunio UNO板

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 程序控制邏輯

3.1.1 尋跡邏輯

尋跡傳感器發(fā)出紅外光波當(dāng)紅外光波與黑色物體時(shí)無光波反射。其行駛原理是：由尋跡傳感器將檢測(cè)到黑線的信號(hào)傳送給核心處理器，然后通過核心處理器的控制算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，將此信號(hào)傳輸給繼電器驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

3.1.2 避障邏輯

壁障傳感器向外發(fā)射紅外光波，光波角度30°當(dāng)有物體進(jìn)入該范圍時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)。尋跡避障邏輯如圖6所示。

3.1.3 藍(lán)牙控制邏輯

裝載在移動(dòng)平臺(tái)上的藍(lán)牙模塊將作為與手機(jī)信號(hào)接收用途把得到的型號(hào)反饋給中央處理器處理。藍(lán)牙控制邏輯圖如圖7所示。

3.2 程序控制

Arduino是一個(gè)基于開放原始碼的軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建于開放原始碼simple I/O界面版，并且具有使用類似Java，C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。包含兩個(gè)主要的部分：硬件部分是可以用來做電路連接的Arduino電路板；另外一個(gè)是計(jì)算機(jī)中的程序開發(fā)環(huán)境Arduino IDE。

另外，通過各種功能不同的傳感器來感知環(huán)境，通過控制LED燈、直流馬達(dá)和其他的裝置來反饋。移動(dòng)平臺(tái)可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進(jìn)制文件，燒錄進(jìn)Arduino板。本設(shè)計(jì)的編程是利用Arduino編程語言和Arduino開發(fā)環(huán)境來實(shí)現(xiàn)的。

4 結(jié)語

基于Arduino開發(fā)的智能移動(dòng)平臺(tái)，控制系統(tǒng)可靠，可以根據(jù)偵測(cè)到的周圍物體的情況實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退及左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)定點(diǎn)攝像等動(dòng)作，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該方案設(shè)計(jì)有效。

圖6 尋跡避障邏輯

圖7 藍(lán)牙控制邏輯

[1]蔡睿妍.Arduino的原理及應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012（16）：155-157.

[2]付久強(qiáng).基于Arduino平臺(tái)的智能硬件設(shè)計(jì)研究[J].包裝工程，2015（10）：76-79.

[3]崔才豪，張玉華，楊樹財(cái).利用Arduino控制板的光引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)小車設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2011（9）：5-11.

[4]卞云松.基于Arduino單片機(jī)的避障小車機(jī)器人[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2014（1）：16-19.

[5]紀(jì)欣然.基于Arduino開發(fā)環(huán)境的智能尋光小車設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（15）：161-163.

[6]楊繼志，郭敬.Arduino的互動(dòng)產(chǎn)品平臺(tái)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2012（4）：39-41.

Design of mobile platform based on Arduino control

Zhang Zhanwei, Tang Xiyong, Ye Zhanpeng, Shen Yaowu*

（Guangzhou Nanyang Polytechnic, Guangzhou 510925, China）

This paper designs and develops a mobile platform controlled by Arduino, which can realize tracing, obstacle avoidance, Bluetooth control, gravity sensor, fixed camera and other functions according to the detected environment, it has certain practical and reference value. The experimental results prove that the design is effective.

mobile platform; Arduino; intelligent

2016年廣州南洋產(chǎn)業(yè)研究院基金項(xiàng)目；項(xiàng)目編號(hào)：nycy2016jj013。

張展瑋（1995— ），男，廣東河源。

＊通訊作者：申耀武（1979— ），男，山西晉中，碩士，講師；研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)教學(xué)。