基于图形化编程的智能小车循迹控制教学案例设计

    马光军

    摘 要 基于Arduino（Atmega328）微处理控制器构建的智能小车平台，通过红外循迹传感器实现自动循迹功能。本文介绍了具体的循迹实施过程，并将其作为一个教学案例，丰富高职单片机的实训教学。

    关键词 Arduino uno R3 红外循迹 图形化编程 教学过程

    中图分类号：TP273 文献标识码：A

    大多数高等职业院校工科相关专业都开设了单片机课程，利用单片机体积小、成本低、易控制的优点，培养学生的软硬件结合开发的技能。但笔者在实训教学过程中发现学生只能按照实验要求进行简单的接线，然后将代码输入，进行实验的验证，几乎没有自由创新和开发的空间，深切体会到单一的教学内容和落后的教学形式对培养学生的创新能力非常不利，只有改变常规教学方法才能提高教学质量。为此，笔者针对单片机实训教学，设计了一系列工程应用性强的训练项目，以此拓展学生实践能力，激发学生的学习兴趣和创新精神。基于图形化编程的智能小车循迹控制教学案例便是其中一项。

    1案例内容

    基于图形化编程的智能小车循迹控制教学案例涉及了较广的知识面，整个项目内容新颖，形式灵活，作为高职院校单片机项目教学的实训内容是很好的选择。具体内容包括：硬件电路部分包括Arduino单片机最小系统，L293D电机驱动芯片，5V电源稳压芯片，红循迹模块等。软件部分包括单片机控制直流电机运行、图形化编程软件环境mixly使用、小车循迹程序编写等。

    （1）Arduino单片机最小系统：Arduino是一个基于开放源码的软硬件平台，它基于单片机系统开发，使用类C语言的编程语言进行程序编写。Arduino能通过各种传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他装置来反馈影响环境。同其他系统相比，Arduino提供了一套容易使用的工具包，简化了单片机工作流程，开发者不需要关心单片机编程繁琐的细节，因此同其他系统相比在很多地方更具有优越性。

    （2）L298N是德州仪器生产的一款电机控制器件，该器件具有4个大电流半H驱动结构，这种结构可以在4.5v-36v电压下提供高达600mA的电流，可以驱动继电器、直流或双极性步进电机等。其输入端可以直接与单片机相连，通过改变逻辑电平，从而很方便的控制小车的前进、后退、左转和右转及调速。具体控制情况如表1所示：

    （3）红外循迹模块：该模块可通过杜邦线直接连接到小车底板，相当于一个红外检测开关，检测到白色地面时输出低电平，否则输出高电平。探测距离大概为2～10厘米，工作电压3～5v，工作电流20-40mA左右。

    （4）Mixly： Mixly可以看作是介于普通用戶与Arduino IDE之间桥梁，通过这个桥梁，即使用户不懂C语言的语法，也可以利用图形化程序编写Arduino程序。Mixly的基本原理是将图形化程序转化成C语言，再利用Arduino IDE上传到硬件中。

    （5）循迹原理：黑线（白底，黑色循迹线）会根据小车的运行情况，被某一探头所检测到，则2个探头分为2种情况对小车进行转向控制；若没有被任何一个探头检测到，则继续直行；若黑色赛道被探头1检测到。则意味着小车已经偏移到赛道右侧，应该左转。若黑色赛道被探头2检测到。则意味着小车已经偏移到赛道左侧，应该右转。

    （6）循迹流程：

    2案例实施

    案例教学过程包括如下几个方面：

    （1）数据线连接智能小车和电脑USB接口。

    （2）基于图形化编程软件环境mixly编写循迹程序如图2所示：

    （3）编译程序。

    （4）上传可执行文件到智能小车中。小车根据程序逻辑沿黑色循迹线前进。

    3结语

    通过该案例的教学，提高了学生的学习兴趣，锻炼了学生的动手能力，培养了学生的自主学习习惯。另外，在今后的教学中，该案例还可以对小车增加多种传感器，如温度测量模块、避障模块等，从而丰富教学内容。

    参考文献

    [1] 朱涛.基于STC89C52单片机的智能循迹小车设计[J].电脑知识与技术，2011，8（31）.

    [2] 顾群，蒲双雷.基于单片机的智能小车避障循迹系统设计[J].数字技术与应用，2012，9（05）.

    [3] 单以才，李奇林，秦剑华，陈丹.基于红外传感器的自主循迹小车控制算法设计与实现[J].机床与液压，2010，38（14）.