基于Arduino的煙葉倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)避障智能小車的研究

　　摘要 使用Arduino及其擴(kuò)展版，結(jié)合超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)了小車在煙倉(cāng)里自動(dòng)避障，從而為下一步的煙葉霉變智能檢測(cè)打下基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)煙倉(cāng)環(huán)境的實(shí)地考察分析，設(shè)計(jì)并制作出相應(yīng)的硬件和軟件。實(shí)際測(cè)試了智能小車的各個(gè)功能，結(jié)果表明智能小車能夠利用超聲波傳感器來(lái)獲得障礙物信息，經(jīng)過(guò)自處理，調(diào)用程序自動(dòng)控制云臺(tái)旋轉(zhuǎn)，采用差速方式控制電機(jī)轉(zhuǎn)速及方向，從而成功實(shí)現(xiàn)智能小車自主避障功能。
　　關(guān)鍵詞 Arduino；智能小車；煙倉(cāng)；避障系統(tǒng)；舵機(jī)；超聲波傳感器
　　中圖分類號(hào) S22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）33-370-03
　　Research of the Automatic Obstacle Avoidance Intelligent Car Used for Tobacco Warehouse Based on the Arduino
　　YANG Fu1， ZHANG Tianshun1*， LU Shaokun2 et al
　�。�1.College of Mechanical and Electrical Engineering， Yunnan Agricultural University， Kunming， Yunnan 650201； 2.College of Basic Science and Information Engineering， Yunnan Agricultural University， Kunming， Yunnan 650201）
　　Abstract The paper uses the Arduino and extended edition， combined with ultrasonic sensor to achieve the car in the tobacco barn automatic obstacle avoidance to prepare for the next step of intelligent detection.Through the analysis of the onthespot investigation to the tobacco warehouse environment， then to design and make the corresponding hardware and software.Actual testing the various functions of intelligent car， and the experimental results show that the intelligent car can use ultrasonic sensors for obstacle information， through the processing， automatic control yuntai rotation， and then use differential method to control the motor speed and direction， thus to achieve intelligent car autonomous obstacle avoidance function.
　　Key words Arduino；Ssmart car； Tobacco warehouse； Obstacle avoidance system； Steering gear； Ultrasonic sensor
　　中國(guó)貯煙和卷煙制品每年因霉變?cè)斐傻膿p失相當(dāng)驚人，達(dá)到煙草商品總額的1%～3%，每年因煙葉霉變?cè)斐傻膿p失達(dá)70億元左右[1-4]。在卷煙加工生產(chǎn)之前由于工藝的需求，煙葉需要進(jìn)行周期長(zhǎng)達(dá)1～2年的貯存醇化過(guò)程。在長(zhǎng)期的貯存過(guò)程中，富含蛋白質(zhì)的煙葉極易發(fā)生霉變，使煙葉品質(zhì)降低或完全失去使用價(jià)值。2002 年我國(guó)加入WTO后，貯煙逐漸由片煙替代把煙，貯煙霉變問(wèn)題更加突出，開(kāi)始引起人們的重視，相關(guān)研究報(bào)道逐漸增多[5]。為了避免煙葉醇化過(guò)程中的霉變問(wèn)題，需要對(duì)煙倉(cāng)煙包進(jìn)行檢測(cè)。面對(duì)煙倉(cāng)大量煙包，現(xiàn)今若用人工去檢測(cè)，成本會(huì)很高，所以將會(huì)給煙倉(cāng)引入智能機(jī)器人來(lái)代替人工去完成檢測(cè)煙葉是否發(fā)生霉變的繁重任務(wù)。煙倉(cāng)里的智能化程度也是煙草行業(yè)步入現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志。該文運(yùn)用基于Arduino及其擴(kuò)展板研究設(shè)計(jì)一個(gè)用來(lái)代替勞動(dòng)力在煙庫(kù)里完成煙葉霉變檢測(cè)任務(wù)的避障智能小車的避障系統(tǒng)。
　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　自主避障小車采用高強(qiáng)度鋁合金材料底盤[6-7]。4個(gè)輪子是由4個(gè)直流電機(jī)控制的橡膠輪胎。橡膠輪胎不但具有高彈性，高硬度和高強(qiáng)度，且耐磨性能卓越，還具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)異的耐屈撓、耐低溫性能，可以保證小車行走的穩(wěn)定性及良好的速度[8]。小車上搭載有Arduino控制板，系統(tǒng)主要包括：電源模塊，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，WiFi模塊，舵機(jī)模塊，避障模塊。
　　1.1 電源模塊
　　電源模塊為系統(tǒng)工作提供可靠電壓。選用兩節(jié)鋰電池串聯(lián)的方式，可提供電壓（7.2～9 V），可以直接給電機(jī)、電壓表供電。鋰電池電壓穩(wěn)定，可以循環(huán)使用，安全性強(qiáng)，體積小，容量大，減少污染，有利于可持續(xù)發(fā)展[9]。電壓表主要為了查看電池當(dāng)前電壓。鋰電池電壓通過(guò)Arduino電壓轉(zhuǎn)換得到5 V電壓。供給WiFi模塊、舵機(jī)模塊、避障模塊和攝像頭。系統(tǒng)各模塊供電如圖1所示。
　　1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
　　由于煙葉倉(cāng)庫(kù)實(shí)際地面高低不平，小車采用4個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。此處應(yīng)用的步進(jìn)電機(jī)直徑為28 mm，電壓為5 V，步進(jìn)角度為5.625×1/64，減速比為1/64，單個(gè)重為0.04 kg。接5線4相可以用普通ULN 2003芯片驅(qū)動(dòng)，也可以接成2相使用，步進(jìn)電機(jī)的控制除了Arduino單片機(jī)外，通常都還會(huì)加上一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片，其主要目的是避免放大電流將單片機(jī)損壞[10]。步進(jìn)電機(jī)精準(zhǔn)度比較高，最高精度可達(dá)1.8°，在此之外步進(jìn)電機(jī)還有瞬間啟動(dòng)和急速停止的特性。ULN2003是一種高耐壓、大電流的達(dá)林頓陳列， 內(nèi)部提供了7個(gè)達(dá)林頓晶體管，在5 V的工作電壓下與TTL和CMOS電路直接相連可以保證負(fù)載電流的供給，同時(shí)也減少其他驅(qū)動(dòng)芯片容易被燒毀的事故。電機(jī)具體驅(qū)動(dòng)如圖2所示。

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