智能小车机器人制作大全（第2版）

第1 章　智能小车机器人制作入门

01 　 从车轮开始的智能小车制作之旅．．．．2

1．1 车轮和履带．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3

1．2 车轮的种类及选购．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4

02 　 为小车选择合适的电机．．．．．．．．．．．．．7

2．1　直流电机的结构与参数．．．．．．．．．．．．．．． 7

2．2　电机的减速机构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9

2．3　电机轴．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

03 　 电机驱动电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 13

3．1　舵机与驱动电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

3．2　步进电机与驱动电路．．．．．．．．．．．．．．．．．13

3．3　直流电机与驱动电路．．．．．．．．．．．．．．．．．15

04 　 供电系统——电池．．．．．．．．．．．．．．．．．20

4．1　碳锌电池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20

4．2　碱性电池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

4．3　镍镉电池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

4．4　镍氢电池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

4．5　锂电池和锂离子电池．．．．．．．．．．．．．．．． 22

4．6　铅酸电池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23

05 　 车架与主控制器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25

5．1　车架．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25

5．2　主控制器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 26

06 　让机器小车运动起来．．．．．．．．．．．．．．29

07 　给小车一双“眼睛”．．．．．．．．．．．．．．33

7．1　避障原理分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 33

7．1．1　探测．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 33

7．1．2　处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 34

7．2　选择与自制简易避障传感器．．．．． 34

7．2．1　触须开关．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 35

7．2．2　简易红外避障传感器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 36

08 　智能小车的速度控制．．．．．．．．．．．．．．38

8．1　最简单的调速方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 38

8．2　PWM 调速．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 38

09 　让你的小车会听话．．．．．．．．．．．．．．．．． 41

9．1　模型遥控器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41

9．2　红外遥控器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 42

9．3　用手机蓝牙功能遥控机器小车．．．．．．．43

10 　让小车看得到、听得见．．．．．．．．．．．47

11 　小车制作总结篇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 51

第2 章　智能小车机器人基础实例

12 　模块化循迹智能小车．．．．．．．．．．．．．．54

12．1　硬件结构和原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 54

12．1．1　主控板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 54

12．1．2　光电对管板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55

12．1．3　电机驱动板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55

12．1．4　蓝牙板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 55

12．1．5　电源．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56

12．2　软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56

12．2．1　轨迹检测．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 56

12．2．2　速度控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 57

12．2．3 方向控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 57

12．2．4 Bang-bang 控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 58

12．3　总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 58

13 　简易超声波避障小车．．．．．．．．．．．．．．59

13．1　超声波避障原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59

13．1．1 超声波测距原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59

13．1．2 避障原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59

13．2 硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 59

13．3　软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63

13．4　总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63

14 　简易跟随小车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64

14．1　物体跟随原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 64

14．2　硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 64

14．3　程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 65

14．4　距离测量及偏差计算．．．．．．．．．．．．．． 65

14．5　PID 计算及参数整定．．．．．．．．．．．．．． 65

14．6 小车控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 66

14．7 总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 66

15 　走迷宫小车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．67

15．1　走迷宫原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 67

15．1．1　路口识别与处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 67

15．1．2　路径优化算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 69

15．2 硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 70

15．2．1 电源管理模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 70

15．2．2 电机驱动模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 71

15．2．3 红外光电对管模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 71

15．2．4 模块组装．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 71

15．3 软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．71

15．4　项目总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 73

16 　 安卓系统蓝牙遥控

智能小车的改造．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．74

16．1 改造之旅．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 74

16．2 功能应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 76

16．2．1 直流电机驱动．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 77

16．2．2 蓝牙功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 77

16．2．3 数据采集功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 78

16．2．4 电源．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 78

16．2．5 其他功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 79

17 　语音智能绘图小车．．．．．．．．．．．．．．．．．80

17．1　设计原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 80

17．2 制作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81

17．3 总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 82

18 　 基于Arduino 与LabVIEW 的

无线遥控智能小车．．．．．．．．．．．．．．．．．83

18．1 Arduino 下位机硬件设计．．．．．．． 83

18．2 Arduino 下位机软件设计．．．．．．． 85

18．3 LabVIEW 上位机软件设计．．．． 85

18．4 调试与故障排除．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 87

18．5 结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 87

第3 章　智能小车机器人高级实例

19 　 用任天堂Wii 手柄遥控

智能小车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．90

19．1 任天堂Wii 手柄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 90

19．2　 RF 无线数传模块APC220

的使用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．91

19．3　智能小车的结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 92

19．4　 Wii 手柄与Arduino 控制器的

硬件接口方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 92

19．5　 任天堂Wii 手柄遥控慧鱼车

程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 93

20 　 利用体感手柄遥控的

乐高星战车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．96

20．1 乐高星战车的结构组成．．．．．．．．．． 96

20．2 Arduino 电控部件介绍．．．．．．．．．． 97

20．3 乐高星战车的程序设计．．．．．．．．．． 99

20．4 结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 101

21 　 蓝牙遥控小车制作教程．．．．．．．．． 102

21．1 软件部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102

21．1．1 烧写Arduino 程序．．．．．．．．．．．．．．．．． 103

21．1．2 Processing 上位机程序．．．．．．． 103

21．2 硬件部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．103

21．2．1 电机驱动板．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 104

21．2．2 蓝牙模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．104

21．2．3 电源模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．104

21．2．4 电池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．104

21．2．5 开关思想．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105

21．2．6 四驱车车体．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105

21．2．7 成品多角度展示．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105

21．2．8 组装教程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 105

21．3 无线控制实现过程．．．．．．．．．．．．．．．．106

22 　 基于Arduino 的Wi-Fi 视频

监控小车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 107

22．1 小车的制作过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．107

22．2 路由器的设置方法．．．．．．．．．．．．．．．．109

23 　 Wi-Fi 视频小车DIY 手记．．．．．113

24 　 用网络摄像头快速搭建Wi-Fi

视频监控小车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．118

24．1 材料准备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 118

24．2 硬件连接．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 119

24．3 捕获步进电机信号控制

直流电机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 121

25 　 智能全向移动平台自制攻略．．．． 124

25．1 兵马未动，粮草先行．．．．．．．．．．．．．124

25．2 从纸上谈兵到躬行实践．．．．．．．．．126

25．3 调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．127

25．4 前景展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．128

26 　 蓝牙遥控版智能全向

移动平台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 129

26．1 躬行“硬”功夫．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．129

26．2 躬行“软”功夫．．．．．．．．．．．．．．．．．．．130

26．2．1 单片机功能模块设置．．．．．．．．．．．．．． 130

26．2．2 蓝牙模块以及手机端的．

使用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 131

26．2．3 运动控制篇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 133

26．3 结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．134

27 　 开启树莓派机器人制作之旅．．． 135

27．1　硬件搭建篇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．135

27．2　Python 库配置篇．．．．．．．．．．．．．．．．．136

27．3　Python GPIO 调试篇．．．．．．．．．．137

27．4　Python UART 调试篇．．．．．．．．．138

27．5　机器人控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．139

28 　 目标跟随小车——让手机成为

Arduino 的眼睛．．．．．．．．．．．．．．．．．．．141

28．1 App 篇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 141

28．2 Arduino 篇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．142

28．3 尾声．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．144

29 　 利用树莓派搭建的

远程监控系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 145

29．1 缘起小车．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．145

29．2 为小车升级．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．145

29．3 打造远程监控系统．．．．．．．．．．．．．．．．146

29．3．1 在树莓派上进行的制作．．．．．．．．． 147

29．3．2 在Arduino 上进行的制作．．．．．．147

29．4 制作．NET 控制端程序．．．．．．．．．147

30 　 自主导航机器人的制作．．．．．．．．． 149

30．1 车体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．149

30．2 硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．150

30．2．1 控制器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 150

30．2．2 传感器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 150

30．2．3 供电．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151

30．3 程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151

30．3．1 主要思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151

30．3．2 流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151

30．3．3 避障．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151

30．3．4 旋转角的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 151

30．3．5 GPS 数据接收．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 152

30．3．6 关于自动控制算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 152

30．4 后记．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．152

第4 章　智能小车机器人设计与

制作完整方案

31 　 百元科普开源蓝牙遥控小车．．．． 154

31．1　概况介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．154

31．1．1　技术要点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 154

31．1．2　PWM 调速．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 155

31．1．3　制作装配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 155

31．1．4　驱动结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 156

31．1．5　电源的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 157

31．1．6　下载程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 157

31．1．7　操作与调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 158

31．1．8　竞技比赛．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 160

31．2　深入研讨．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．160

31．2．1　电路介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 161

31．2．2　软件介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 162

32 　 单片机智能小车

CarBot 开发详解．．．．．．．．．．．．．．．． 166

32．1 小车的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．166

32．2 小车的制作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．167

32．3 典型案例库开发．．．．．．．．．．．．．．．．．．．168

32．3．1 手机遥控．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 168

32．3．2 小车避障．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 174

32．4 多功能遥控手柄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．176

32．4．1 电源部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 176

32．4．2 接口部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 176

32．4．3 加速度重力感应模块．．．．．．．．．．．．．． 176

32．4．4 蓝牙模块主从设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 176

32．4．5 无线模块HC-11．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 178

32．4．6 液晶显示屏．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 179