摘要 使用Arduino及其扩展版，结合超声波传感器实现了小车在烟仓里自动避障，从而为下一步的烟叶霉变智能检测打下基础。通过对烟仓环境的实地考察分析，设计并制作出相应的硬件和软件。实际测试了智能小车的各个功能，结果表明智能小车能够利用超声波传感器来获得障碍物信息，经过自处理，调用程序自动控制云台旋转，采用差速方式控制电机转速及方向，从而成功实现智能小车自主避障功能。
关键词 Arduino；智能小车；烟仓；避障系统；舵机；超声波传感器
中图分类号 S22 文献标识码 A 文章编号 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
中国贮烟和卷烟制品每年因霉变造成的损失相当惊人，达到烟草商品总额的1%～3%，每年因烟叶霉变造成的损失达70亿元左右[1-4]。在卷烟加工生产之前由于工艺的需求，烟叶需要进行周期长达1～2年的贮存醇化过程。在长期的贮存过程中，富含蛋白质的烟叶极易发生霉变，使烟叶品质降低或完全失去使用价值。2002 年我国加入WTO后，贮烟逐渐由片烟替代把烟，贮烟霉变问题更加突出，开始引起人们的重视，相关研究报道逐渐增多[5]。为了避免烟叶醇化过程中的霉变问题，需要对烟仓烟包进行检测。面对烟仓大量烟包，现今若用人工去检测，成本会很高，所以将会给烟仓引入智能机器人来代替人工去完成检测烟叶是否发生霉变的繁重任务。烟仓里的智能化程度也是烟草行业步入现代化的一个重要标志。该文运用基于Arduino及其扩展板研究设计一个用来代替劳动力在烟库里完成烟叶霉变检测任务的避障智能小车的避障系统。
1 系统设计
自主避障小车采用高强度铝合金材料底盘[6-7]。4个轮子是由4个直流电机控制的橡胶轮胎。橡胶轮胎不但具有高弹性，高硬度和高强度，且耐磨性能卓越，还具有较高的机械强度和优异的耐屈挠、耐低温性能，可以保证小车行走的稳定性及良好的速度[8]。小车上搭载有Arduino控制板，系统主要包括：电源模块，电动机驱动模块，WiFi模块，舵机模块，避障模块。
1.1 电源模块
电源模块为系统工作提供可靠电压。选用两节锂电池串联的方式，可提供电压（7.2～9 V），可以直接给电机、电压表供电。锂电池电压稳定，可以循环使用，安全性强，体积小，容量大，减少污染，有利于可持续发展[9]。电压表主要为了查看电池当前电压。锂电池电压通过Arduino电压转换得到5 V电压。供给WiFi模块、舵机模块、避障模块和摄像头。系统各模块供电如图1所示。
1.2 电机驱动模块
由于烟叶仓库实际地面高低不平，小车采用4个步进电机驱动。此处应用的步进电机直径为28 mm，电压为5 V，步进角度为5.625×1/64，减速比为1/64，单个重为0.04 kg。接5线4相可以用普通ULN 2003芯片驱动，也可以接成2相使用，步进电机的控制除了Arduino单片机外，通常都还会加上一个驱动芯片，其主要目的是避免放大电流将单片机损坏[10]。步进电机精准度比较高，最高精度可达1.8°，在此之外步进电机还有瞬间启动和急速停止的特性。ULN2003是一种高耐压、大电流的达林顿陈列， 内部提供了7个达林顿晶体管，在5 V的工作电压下与TTL和CMOS电路直接相连可以保证负载电流的供给，同时也减少其他驱动芯片容易被烧毁的事故。电机具体驱动如图2所示。