基于Matlab和Arduino的智能循迹小车的设计

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1、工业自动化学院《智能玩具及机器人专业实训》报告（201-201学年第学期）课程实训题目：智能寻迹小车的设计姓名：学号：班级：指导老师：唐伟杰时间：成绩：19目录一、课程设计性质和目的3二、课程设计的内容及要求4三、课程设计的进度及安排5四、设计所需设备及材料61.传感器原理62.L298N电机驱动模块7五、设计思路及原理分析8六、控制系统建模91.安装arduino支持包92.控制逻辑分析113.Simulink建模11七、调试运行131.测试传感器132.电机驱动模块的调试143.整体调试14八、结果及分析15九、心得体会16十、参考文献17十一、致谢18十二

2、、附录1919一、课程设计性质和目的智能玩具及机器人专业实训是《智能玩具设计》课程与实验结束后的一门综合性实践课。所选题目《智能寻迹车》紧密结合所学的主要内容，加深巩固所学知识，同时对所学内容进行扩展，有一定的深度和广度，能充分发挥学生的能动性和想象力。通过设计、安装、调试等一系列环节的实施，提高学生利用matlab进行控制系统设计的能力。19一、课程设计的内容及要求设计要求可分为两大部分：寻迹车的设计和控制算法的设计。1、寻迹车的设计（1）组装寻迹小车底盘；（2）光电传感器电路设计；（3）电机驱动器、控制器、电池组、电源、传感器布局。硬件平台：ArduinoM

3、EGA2560、智能车底板、轮子、轴联器、L支架、金属减速电机、智能车万向轮、直流电机驱动器、移动电源、电池组、光电传感器等。2、控制算法的设计（1）根据功能要求确定控制思路；（2）在matlab/simulink平台中建立寻迹车控制系统模型。软件平台：WindowsXP；MatlabR2013a；SimulinkSupportPackageforArduinoHardware；ArduinoIDE。19一、课程设计的进度及安排表1任务安排表序号项             目时  间1布置课程设计任务、讲授控制方法和要求半天2Arduino、raspberryp

4、i学习半天3智能寻迹车组装半天4Matlab软件平台学习半天5寻迹车控制算法设计半天6跑道设计、控制算法调试半天7控制算法优化半天8控制系统整体调试半天9检测验收、写课程设计报告半天10寻迹车竞赛、提交课程报告、答辩半天19一、设计所需设备及材料表2材料清单序号名称数量1Arduino Mega256012小车底板13万向轮14L298N电机驱动模块15电机支架26直流减速电机27联轴器28轮胎29ST188210470欧电阻21110K电阻212面包板113M3铜柱814M3螺丝2015M3螺母12169V电池117导线若干1.传感器原理根据反射式红外光电传感

5、器的原理和内部结构，我们可以设计如图4.1所示的电路，电阻主要起限流作用，电阻值常设置为：R1=470Ω，R2=10kΩ。 如果接收管接收到反射回来的红外线，红外接收头导通，E管脚输出高电平，接近VCC；如果没有接收到反射回来的红外线，红外接收头不导通，E管脚输出19低电平，接近GND。按原理图进行焊接，实物如下图4.2所示，在通电的情况下可以看到红外线，即白灯亮紫色，即说明焊接成功。图4.1ST188电路图4.2焊接完成的传感器1.L298N电机驱动模块L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，采用标准逻

6、辑电平信号控制；该芯片可以驱动两台直流电机。L298N的工作原理是内部有两个H桥，分别控制两个电机，H桥的工作原理如下图4.3所示，当IN1通电时，电流从正极经过Q1到电机再到Q4，最后回到负极，此时电机正转；当IN2通电时，电流从正极经过Q3到电机再到Q2，最后回到负极，此时电机反转。IN1和IN2不能同时通电，否则会短路。接线方式如下图4.4所示。图4.3H桥驱动原理图4.4L298N接线图19一、设计思路及原理分析小车在贴有黑线的路面上行驶, 不断地向地面发射红外光，利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，

7、反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号。当红外接收探头接收到信号后，再将信号送到arduino，由arduino内部程序来控制电机，由电机完成小车的前进，转向。因此，可根据接收到的反射光的强弱来判断黑线。整个路系统分为检测、控制、驱动三个模块。首先利用光电对管对路面信号进行检测，把检测到的光信号转化为电信号，送给arduino进行处理，然后arduino输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。19一、控制系统建模我们要使用Matlab对arduino完成控制系统的搭建，我们要进入以下三个步骤

8、：安装arduino支持