基于Arduino平臺的自動跟隨系統(tǒng)獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

基于Arduino平臺的自動跟隨系統(tǒng)獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：基于Arduino平臺的自動跟隨系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)點(diǎn)在于系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與實(shí)施平臺，本文將通過對于Arduino平臺為切入點(diǎn)，以多車智能自動跟隨系統(tǒng)為主要內(nèi)容，分析板塊設(shè)計(jì)和具體實(shí)施兩大內(nèi)容，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對于基于Arduino平臺的自動跟隨系統(tǒng)的詳細(xì)闡述和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

關(guān)鍵詞：Arduino平臺;自動跟隨系統(tǒng);模塊化;多車跟隨系統(tǒng)

引言：

Arduino平臺實(shí)際上就是能夠靈活便捷實(shí)用的電子原型平臺，通過編程語言將指令進(jìn)行代碼編程，然后傳送進(jìn)入平臺的電路板后，即可完成對于裝置的控制實(shí)用。其平臺具有四大特性，首先它能夠夸平臺進(jìn)行操作，其次操作過程簡單清晰，便于上手，再次它具備一定的開放性，包括對于電路圖、核心庫的文件都是開源的，最后它的發(fā)展十分迅速，不僅能夠幫助團(tuán)隊(duì)快速完成項(xiàng)目開發(fā)，提供了更多的創(chuàng)新空間。

一、方案設(shè)計(jì)

基于Arduino平臺，本文設(shè)置的自動跟隨系統(tǒng)是多車跟隨系統(tǒng)，主要通過集中式控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對于各實(shí)驗(yàn)智能小車之間的信息交流，并借助宮外復(fù)眼傳感器模塊，實(shí)現(xiàn)信息收發(fā)，主要的設(shè)計(jì)分為軟件和硬件兩個(gè)部分。

（一）軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要是紅外發(fā)射程序和紅外復(fù)眼程序兩個(gè)部分，兩者相互銜接，發(fā)射程序發(fā)射信號，由復(fù)眼程序進(jìn)行接收，繼而進(jìn)入靜默狀態(tài)，開啟相對應(yīng)的自動跟隨系統(tǒng)，跟隨動作，由探測指令辨認(rèn)是否有停止信號，進(jìn)而進(jìn)行下一步動作。紅外復(fù)眼跟隨主要依靠接受前車的紅外信號，然后進(jìn)入直線跟隨狀態(tài)，均速直線前進(jìn)，并在獲得停止指令后全部進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)當(dāng)中。

（二）硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)主要是基于Arduino平臺中對于點(diǎn)擊驅(qū)動、穩(wěn)壓電路、通信以及監(jiān)測模塊組成，主要是通過網(wǎng)口的連接實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息傳遞，以傳感器監(jiān)測小車左右兩側(cè)，驅(qū)動器與通信模塊的重點(diǎn)是維持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，避免節(jié)點(diǎn)斷裂。硬件設(shè)計(jì)的圍繞電機(jī)驅(qū)動，通過電機(jī)的轉(zhuǎn)速和專項(xiàng)，來實(shí)現(xiàn)自動跟蹤系統(tǒng)智能化的設(shè)計(jì)理念。

電機(jī)驅(qū)動模塊主要包括兩個(gè)直流電機(jī)和對應(yīng)的兩組芯片，電壓則依據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，分別進(jìn)行調(diào)試。

XBEE通信模塊主要以無線通信系統(tǒng)為主，是多車組成的通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，基于無線通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議同黨，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信設(shè)置，在特定共享區(qū)域內(nèi)，完成對于編隊(duì)的基礎(chǔ)控制，能夠進(jìn)行通信和休眠兩個(gè)狀態(tài)的控制，傳輸穩(wěn)定，在實(shí)驗(yàn)過程中表現(xiàn)較優(yōu)[1]。

二、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

在具體實(shí)驗(yàn)過程中，首先是通過信號接收裝置對于信號進(jìn)行接收，然后發(fā)出對應(yīng)的功率，保證信號接受的實(shí)際范圍可控制在穩(wěn)定的一米左右，然后完成與之對應(yīng)的紅外信號搭建，通過模擬信號的收集，幫助多車建立對應(yīng)的穩(wěn)定聯(lián)系，便于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動方式的變化。這一步驟建立在服務(wù)器的建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)多車之間的信息互動。

（一）傳輸過程

通俗來講，主要是通過傳感器將固定信號輸入到設(shè)備當(dāng)中，然后借助Arduino平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)出到終端設(shè)備，根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)需求，進(jìn)行具體微調(diào)。

（二）實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)由終端機(jī)進(jìn)行命令分析，包括設(shè)置的狀態(tài)、速度、間距等各項(xiàng)內(nèi)容，通過反復(fù)試驗(yàn)，調(diào)整產(chǎn)生影響或行為反差較大的小車，最終實(shí)現(xiàn)多車自動跟隨的系統(tǒng)。即紅外發(fā)射接收裝置和環(huán)形紅外接收裝置在進(jìn)行搭建后，確保180°范圍內(nèi)都處于信號接收區(qū)，利用紅外復(fù)眼傳感器判斷信號，發(fā)送制定，借助無線網(wǎng)絡(luò)模塊的搭建，實(shí)現(xiàn)終端機(jī)與路由端的信號交互，進(jìn)而完成對于多車跟隨狀態(tài)下，列隊(duì)、速度、間隔的調(diào)整。實(shí)驗(yàn)先由單車跟隨作為對象，在調(diào)整到合適段，才逐步實(shí)現(xiàn)了多車跟隨的列隊(duì)實(shí)驗(yàn)。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)的核心內(nèi)容圍繞電機(jī)驅(qū)動模塊及外圍接口設(shè)計(jì)和XBEE通信模塊，其中，前者主要是通過可控的直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)控制，后者相對部署簡單，主要是通過信息的單元整合，實(shí)現(xiàn)成功跟隨。

（三）可應(yīng)用范圍

圍繞當(dāng)下電動汽車市場與無人駕駛汽車，逐步形成較為科學(xué)化的自動跟隨系統(tǒng)，或在系統(tǒng)傳感器設(shè)置轉(zhuǎn)化為酒精檢測器，用以放置酒駕的安全系統(tǒng)，但是目前實(shí)驗(yàn)本身的實(shí)驗(yàn)系數(shù)較為單一，不具備實(shí)用性。

（四）完善設(shè)計(jì)

加入自動化測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對于自動跟隨系統(tǒng)編程及數(shù)據(jù)的有效實(shí)時(shí)分析，并及時(shí)作出調(diào)整和改進(jìn)。建立系統(tǒng)架構(gòu)，做好相關(guān)的測試運(yùn)營和監(jiān)控運(yùn)營工作，將系統(tǒng)模塊與設(shè)備管理模塊進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)一步完善現(xiàn)有設(shè)計(jì)。

三、報(bào)警設(shè)計(jì)

自動跟隨系統(tǒng)必須以避障報(bào)警模塊作為輔助，來避免跟隨過程中出現(xiàn)的追尾現(xiàn)象，報(bào)警模塊則主要分為兩個(gè)部分，一部分是指示燈，另一部分是蜂鳴器，在編程中將障礙物距離進(jìn)行恒定值限定，如果遇到障礙，小車自動停止或后退，指示燈開始工作，蜂鳴器發(fā)出聲音進(jìn)行提醒[2]。

也可以采用超聲波避障方式，超聲波避障相對于蜂鳴器避障而言，有一定的偏差，這是由于其對于電磁場部敏感，但是優(yōu)勢在于其成本較低，距離更遠(yuǎn)，因此使用于實(shí)驗(yàn)特定數(shù)值。

四、結(jié)束語

本文主要是通過探討基于Arduino平臺的自動跟隨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與實(shí)踐分析，探討與之相關(guān)系統(tǒng)與模塊程序，當(dāng)然