李东钦，唐伟杰，刘 耀

（北京理工大学珠海学院 广东 珠海 519088）

1 引言

随着时代发展，寻迹车在越来越多出现在人们的视野里。具体的模型是，将黑色环形线设置为跟踪汽车轨迹，通过传感器捕捉黑色路径信息，发送给微控制器，通过一定的控制算法实现汽车沿黑线行驶平稳快速。

程序的设计通常是通过文本的编程代码实现的，这不仅需要一定的编程基础,而且容易出错。Arduino的编程环境不仅有文本式的（如Arduino IDE，见图1）,还有图形化、积木式的（如ArduBlock，见图2），ArduBlock是一个将图形化程序翻译为Arduino文本程序的一个翻译器。本文采用的编程环境是后者，设计者只需要理解小车运行的原理，简单的程序块组合操作，即可完成小车运行程序的设计。

图1 Arduino IDE编程环境

图2 ArduBlock编程环境

2 寻迹小车程序的建立

这个设计的控制器是arduino mega 2560,arduino mega 2560有数字I/O端口和模拟I/O端口，有一个特殊的PWM出口。可以将设计出的控制算法直接下载至控制器中。小车为两驱小车，电机使用普通直流电机，电机驱动选择L298N，负责驱动两个直流电机，传感器选择光电传感器。

寻迹小车的实物图如图3所示，小车车头左、中、右三个位置，分别装有1个TCRT5000光电传感器模块，传感器的输出可以是数字信号，也可以是模拟信号。当检测到黑线时，输出为1，否则为0；对于模拟信号，输出是0～5v的电压信号,通过转换后为0～1023范围的数值，根据光电传感器接收到的光线强弱的不同，输出不同的数值，光线越强，数值越大；光线越弱，数值越小。本设计中光电传感器的输出信号选择为数字信号。

图3 寻迹小车实物图

本设计中小车的运动状态有三个，分别为直行，左转，右转。当中间传感器感应到黑线的时候，小车加速直行；当左边传感器感应到黑线的时候（此时小车偏向右边），小车左转；当右边的传感器感应到黑线的时候（此时小车偏向左边），小车右转。逻辑关系图如图4所示。

图4 寻迹小车控制逻辑图

我们采用PWM技术调节占空比来控制直流电机的转速，也就是小车的速度。当输入为0时，输出占空比为0的PWM信号，电机停止运行；当输入为255时，输出占空比为1的PWM信号，电机全速运行。PWM信号的频率为490Hz。小车的转向采用差速控制。

在Arduino的编程环境ArduBlock中搭建如图2所示积木式程序。

3 寻迹小车的调试

将USB数据线将控制器与电脑连接起来，安装好USB驱动。在Arduino IDE界面的“工具”菜单栏里选择相应的“板”、“处理器”、“端口”。

根据图4寻迹小车控制逻辑图，拖动对应的逻辑功能块，搭建图2所示积木式程序。点击ArduBlock界面内的“上载到Arduino”，ArduBlock会将图形化程序翻译成文本程序并显示在Arduino IDE上（如图1），同时上传至Arduino控制器中。将小车放轨迹线上，调节光电传感器上的电位器来调节其对于黑线的感应灵敏度。可以通过更改程序中两电机的PWM输出值，让小车能够顺利完成寻迹跑动任务。

4 结语

本文以Arduino控制的寻迹小车为对象，使用Arduino的图形化、积木式编程环境（ArduBlock）进行程序的编写。旨在让非专业的同学都可以理解掌握寻迹小车的控制原理，轻松掌握Arduino图形化编程方法，提高对智能控制的兴趣。可以自己动手做出各种创意的智能项目。当然，在这个设计中构建的程序相对简单。如果汽车需要更灵活和智能化，硬件或程序应该进一步改进和优化。

[1] 唐伟杰，基于MATLAB 和Arduino 的寻迹小车[A].数学技术与应用, 2015 (7)：71-72.

[2] 谢作如，张禄.Aruino创意机器人入门——基于ArduBlock（第2版）[M].北京：人民邮电出版社，2017.

[3] 刘玉田，许勇进.用Arduino进行创造[M].北京：清华大学出版社，2014.