尋跡小車技術(shù)在一些競(jìng)賽中和工業(yè)自動(dòng)化中都會(huì)用到，現(xiàn)如今，很多高校生也會(huì)對(duì)尋跡小車進(jìn)行一些研究，其中包含的技術(shù)有很多。本文是一篇工程監(jiān)理評(píng)職稱論文范文，主要論述了基于MATLAB和Arduino的尋跡小車。
　　摘要：尋跡小車無(wú)論是在編程競(jìng)賽，還是工廠自動(dòng)化應(yīng)用中都扮演著重要的角色。本設(shè)計(jì)以尋跡小車為主題，在MATLAB軟件中設(shè)計(jì)出控制模型，并進(jìn)行硬件在環(huán)調(diào)試，將最終的simulink模型下載至arduino控制的尋跡小車中。采用這種方式，設(shè)計(jì)者不用編寫程序代碼，只要將精力放在控制算法上即可，大大縮短了設(shè)計(jì)周期。

　　關(guān)鍵詞：MATLAB,arduino,尋跡小車

　　1引言

　　尋跡車在高校學(xué)科競(jìng)賽中，是個(gè)經(jīng)久不衰、難度適中、能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、提高動(dòng)手能力的競(jìng)賽項(xiàng)目。項(xiàng)目的內(nèi)容是，鋪設(shè)一條黑色的環(huán)形軌跡線作為尋跡車競(jìng)賽跑道，將傳感器捕獲的黑色軌跡信息，傳送至微控制器中，通過(guò)一定的控制算法實(shí)現(xiàn)小車平穩(wěn)、快速地完成跑道。

　　除此之外，在工廠自動(dòng)化中，搬運(yùn)小車其實(shí)就是尋跡小車的典型應(yīng)用。在工作站與工作站之間，廠房與廠房之間鋪設(shè)軌道，搬運(yùn)小車自動(dòng)將工件運(yùn)送至所需位置。當(dāng)然搬運(yùn)小車要比學(xué)科競(jìng)賽中的尋跡小車控制算法復(fù)雜，功能也要強(qiáng)大，比如：搬運(yùn)小車要判斷工件的有無(wú)，定位工件需要運(yùn)送的目標(biāo)位置，避障功能，以及無(wú)線聯(lián)網(wǎng)功能等。

　　通常控制算法的設(shè)計(jì)，是直接采用編寫程序代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)勁，而且調(diào)試還不方便，容易出錯(cuò)。采用MATLB來(lái)設(shè)計(jì)控制算法，則無(wú)需關(guān)注程序代碼，只要構(gòu)建出控制邏輯即可，調(diào)試方面，可以離線仿真調(diào)試，還可以硬件在環(huán)調(diào)試，非常方便，大大節(jié)省了時(shí)間和精力，能快速完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

　　2 simulink控制模型的建立

　　尋跡小車的控制器選為arduino mega 2560，arduino mega 2560既有數(shù)字I/O口還有模擬I/O口，并且有專門的pwm輸出口，最重要的是可以與MATLAB實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，可以將設(shè)計(jì)出的控制系統(tǒng)模型直接下載至控制器中。

　　在MATLAB中建立如圖1所示的控制系統(tǒng)模型，模型的輸入有3個(gè)，對(duì)應(yīng)小車上的3個(gè)光電傳感器，傳感器輸出可以是數(shù)字信號(hào)，也可以是模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)的話，當(dāng)檢測(cè)到黑線時(shí)，輸出為1，否則為0，若為模擬信號(hào)，其輸出為0～5V的電壓信號(hào)，用模擬口接收后轉(zhuǎn)換為0～1023范圍的數(shù)值。本設(shè)計(jì)中，光電傳感器模塊輸出為數(shù)字信號(hào)，將3個(gè)傳感器均勻、間隔放置在小車的前端，并定義為left、middle、right。圖1中chart為stateflow構(gòu)建的控制邏輯，如圖2所示。

　　Stateflow是有限狀態(tài)機(jī)的圖形工具，它可以用于解決復(fù)雜的邏輯問(wèn)題，用戶可以通過(guò)圖形化工具實(shí)現(xiàn)在不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。Stateflow可以直接嵌入到Simulink模型中，SIMULINK會(huì)把Stateflow繪制的邏輯圖形通過(guò)編譯程序轉(zhuǎn)換成C語(yǔ)言，使二者有機(jī)地結(jié)合在一起。

　　在stateflow中定義小車的運(yùn)動(dòng)邏輯，將小車的運(yùn)動(dòng)分為3個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)1為直行(forward)，狀態(tài)2為左轉(zhuǎn)(turn_left)，狀態(tài)3為右轉(zhuǎn)(turn_right)。狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移條件分別為三個(gè)傳感器信號(hào)left、middle、right。當(dāng)中間傳感器檢測(cè)到黑色軌跡線時(shí)，說(shuō)明車頭的位置與軌跡線平齊，此時(shí)小車直行即可，當(dāng)車的姿態(tài)偏移或者軌跡轉(zhuǎn)向，倘若左邊的傳感器檢測(cè)到黑線，說(shuō)明車頭的位置已向右，應(yīng)控制車的姿態(tài)左轉(zhuǎn)，同理，當(dāng)右邊的傳感器檢測(cè)到黑線，說(shuō)明車頭的位置已向左，應(yīng)控制車的姿態(tài)右轉(zhuǎn)。

　　小車采用兩驅(qū)，左右兩電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，則直行，轉(zhuǎn)向則由差速控制。定義兩個(gè)電機(jī)控制信號(hào)，其中右電機(jī)控制信號(hào)為right_forward_duty，左電機(jī)控制信號(hào)為left_forward_duty。它們的取值范圍為0～255，這與MATLAB的arduino支持包中pwm輸出模塊有關(guān)，該模塊的輸入為占空比控制信號(hào)，范圍為0～255，當(dāng)輸入為0時(shí)，輸出占空比為0的pwm信號(hào)，當(dāng)輸入為255時(shí)，輸出占空比為1的pwm信號(hào)，pwm信號(hào)的頻率為490Hz。

　　3控制模型調(diào)試

　　模型建立好后，接下來(lái)要對(duì)控制系統(tǒng)模型進(jìn)行調(diào)試分析，看是否滿足控制功能要求。將尋跡車實(shí)物組建起來(lái)，如圖3所示。需要注意

　　的是，實(shí)物中的傳感器輸入接線，以及控制器跟電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輸出接線，必須與MATLAB中建立的控制模型保持一致才行。設(shè)置好后，將arduino與PC機(jī)相連，通過(guò)外部模式運(yùn)行建立好的控制系統(tǒng)simulink模型，進(jìn)行調(diào)試，如圖4所示。

　　從圖4中的display顯示模塊，可以看出中間傳感器檢測(cè)到了黑線，這意味著小車應(yīng)該直行，打開chart，狀態(tài)1(forward)為高亮，說(shuō)明與控制要求相符，同樣還能測(cè)試左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)狀態(tài)。調(diào)試通過(guò)后，就可以將simulink控制模型直接下載至arduino中，作嵌入式運(yùn)行，如圖5所示。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　本文以arduino控制的尋跡小車為對(duì)象，在MATLAB中設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)模型，并進(jìn)行調(diào)試。通過(guò)這種方式，設(shè)計(jì)者不用編寫程序代碼，只要構(gòu)建控制算法，所以設(shè)計(jì)、調(diào)試都十分方便。當(dāng)然本設(shè)計(jì)中構(gòu)建的控制算法比較簡(jiǎn)單，如果要考慮小車更靈活、更智能，則需要對(duì)控制算法進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。

　　參考文獻(xiàn)

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　　工程監(jiān)理評(píng)職稱論文發(fā)表期刊推薦《信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)》，本刊是由解放軍信息工程大學(xué)主辦的公開發(fā)行的以基礎(chǔ)理論、應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)為主的理工科綜合性學(xué)術(shù)刊物，季刊，大16開�！缎畔⒐こ檀髮W(xué)學(xué)報(bào)》的辦刊宗旨是：以馬列主義、毛澤東思想、鄧小平理論和“三個(gè)代表”重要思想為指導(dǎo)，貫徹理論聯(lián)系實(shí)際和“百花齊放，百家爭(zhēng)鳴”的方針，堅(jiān)持四項(xiàng)基本原則，大力提倡解放思想、積極探索、勇于創(chuàng)新的精神，繁榮科技文化，培養(yǎng)科技人才，促進(jìn)科學(xué)技術(shù)向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，為國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

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