基于Arduino的控制類傳感器類示教板的設計
——以汽車自動測速系統示教板為例

周旭華，伍懿美（通訊作者），陳文婷，曾裕丹

（河源職業技術學院，廣東河源，517000）

0 引言

汽車是一款智能化程度非常高的產品，設計到的傳感器非常多，為了讓汽車智能化專業的學生能夠充分的掌握傳感器控制的相關知識，通常，該專業都會開始控制類傳感器和Arduino的相關課程，但是在傳統的教學方式上，老師往往是忽視實踐的重要性，只是在課堂上講解傳感器的工作原理和簡單的Arduino語言，并且采用多媒體通過圖片和視頻的方法來讓學生對傳感器和Arduino語言有簡單的認識，生對于傳感器跟Arduino的了解只停留在表面。本文作者通過和學生共同制作汽車自動測速系統示教板為例，將理論與實踐結合而展現出來，更好的體現教學需求，在一定程度上填補了條件不足的空白，成為理論與實踐的橋梁，是一種輔助教學的有效手段。

1 智能小車整體設計

本設計是基于Arduino的控制類傳感器控制系統的，示教板由亞克力板和Ard uino控制系統組成。硬件部分主要選取了AS608指紋模塊，薄膜鍵盤（4×4），LCD1602液晶顯示屏，測速模塊和四位數碼管；通過這些硬件部分與亞克力板的焊接然后燒寫程序來完成信息采集，傳輸實現功能。

本設計的工作原理：用AS608指紋模塊充當示教板的電源，當指紋識別指紋庫里的指紋之后示教板通電；通電后薄膜鍵盤進入工作狀態，可選擇一到六的數字來發射信號，因為設置了一條路線，所以當大家手動選擇2的時候，薄膜鍵盤會查找到對應數字2的對應指令，對應數字2的指令是讓顯示屏顯示下一步的指令；當顯示屏會接收到來自薄膜鍵盤的信號時會顯示下一步命令，下一步命令指示是測速模塊測速；當測速模塊接收到信號的時候測速模塊就開始工作了，測速模塊工作是先用遮擋物來測試led燈的亮與不亮先做一個判斷，然后不亮的時候測速模塊就可以開始測速，當信號輸出一次就可以計數一次，然后換算出轉速；然后轉速傳給四位數碼管，四位數碼管接收到轉速就會顯示速度的一個過程。其系統結構框圖如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

2 硬件設計

■2.1 硬件結構設計

該示教板是由兩塊亞克力板和4根銅柱支撐起來，向大家展示示教板的作用。如圖2所示，層板是放置Ard uino uno板的，是因為Arduino的程序是燒寫進去了的，所以只需連上線有電源就可以使用了，所以放置在層板。底板放置了五個主傳感器，由于該示教板是展示傳感器的功能，所以放置在底板也是為了美觀跟展示。

圖2 汽車自動測速系統示教板設計圖（左為層板圖，右為底板圖）

■2.2 硬件電路設計

用Altium Designer搭建的硬件電路如圖3所示，主要包括AS608指紋模塊、薄膜鍵盤（4×4）、LCD1602液晶顯示屏、Arduino uno、以及測速模塊和四位數碼管等。

圖3 整體硬件電路圖

3 軟件設計

Arduino是一種包含軟件跟硬件的開源電子原型平臺。它構建于開放原始碼simple I/O介面版，而且它也是屬于C語言的一種，跟Java是類似的。Arduino主要有兩個部分組成，硬件是一塊Arduino uno板；軟件是Arduino IDE。其具有開源性、跨平臺、簡單清晰等特點。

本設計的軟件設計思路是這樣的，首先是以Arduino語言為開發語言，而指紋模塊是充當整個系統的開關，當指紋模塊識別到指紋時，整個系統的電源啟動，開始工作，當按薄膜鍵盤時，可選1-9的數字，然后摁下特定數字時，就按照取鍵值按照對應程序，當對應程序是給顯示屏下一步信號的時候，顯示屏接收到信號則會顯示下一步指令，當選擇數字2的時候，顯示屏會顯示下一步信號是測速時，測速模塊則會測速，隨后四位數碼管接收到信號就會顯示速度，之后結束程序運行，回到開始。設計流程如圖4所示。

圖4 軟件設計整體流程圖

■3.1 AS608指紋模塊

AS608指紋模塊充當示教板的電源，當指紋識別指紋庫里的指紋之后示教板通電。流程圖如圖5所示。

圖5 指紋模塊程序設計流程圖

■3.2 薄膜鍵盤模塊

通電后薄膜鍵盤進入工作狀態，可選擇一到六的數字來發射信號，因為設置了一條路線，所以當大家手動選擇2的時候，薄膜鍵盤會查找到對應數字2的對應指令，對應數字2的指令是讓顯示屏顯示下一步的指令。程序流程圖及部分程序如圖6所示。

圖6 薄膜鍵盤模塊程序設計流程圖

■3.3 顯示屏模塊

當顯示屏會接收到來自薄膜鍵盤的信號時會顯示下一步命令。程序流程圖及部分程序如圖7所示。

圖7 LCD顯示屏模塊程序設計流程圖及部分程序

■3.4 測速模塊

當測速模塊接收到信號的時候測速模塊就開始工作了，測速模塊工作是先用遮擋物來測試led燈的亮與不亮先做一個判斷，然后不亮的時候測速模塊就可以開始測速，當信號輸出一次就可以計數一次，然后換算出轉速。程序流程圖及部分程序如圖8所示。

圖8 測速模塊程序設計流程圖及部分程序

■3.5 速度顯示模塊

轉速傳給四位數碼管后，四位數碼管接收到轉速就會顯示速度。程序流程圖及部分程序如圖9所示。

圖9 速度顯示模塊程序設計流程圖及部分程序

4 測試

本設計的示教板是Ard uino編程與測速傳感器結合而成的系統。首先實現了每個模塊的單獨控制，然后通過自己對Arduino進行程序的編寫并上傳，用傳感器與Arduino板連接測試，能夠用指紋成功給示教板通電，然后arduino控制薄膜鍵盤，薄膜鍵盤根據指令按下按鍵，顯示屏接收到信號立刻顯示出來下一步指令，當下一步指令是測速模塊測速時，測速模塊工作，得出轉速，然后顯示屏接收到速度并在四位數碼管中顯示出來。