基于Arduino的控制類傳感器類示教板的設(shè)計(jì)
——以汽車自動(dòng)測(cè)速系統(tǒng)示教板為例

周旭華，伍懿美（通訊作者），陳文婷，曾裕丹

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東河源，517000）

0 引言

汽車是一款智能化程度非常高的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)到的傳感器非常多，為了讓汽車智能化專業(yè)的學(xué)生能夠充分的掌握傳感器控制的相關(guān)知識(shí)，通常，該專業(yè)都會(huì)開始控制類傳感器和Arduino的相關(guān)課程，但是在傳統(tǒng)的教學(xué)方式上，老師往往是忽視實(shí)踐的重要性，只是在課堂上講解傳感器的工作原理和簡(jiǎn)單的Arduino語(yǔ)言，并且采用多媒體通過(guò)圖片和視頻的方法來(lái)讓學(xué)生對(duì)傳感器和Arduino語(yǔ)言有簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)，生對(duì)于傳感器跟Arduino的了解只停留在表面。本文作者通過(guò)和學(xué)生共同制作汽車自動(dòng)測(cè)速系統(tǒng)示教板為例，將理論與實(shí)踐結(jié)合而展現(xiàn)出來(lái)，更好的體現(xiàn)教學(xué)需求，在一定程度上填補(bǔ)了條件不足的空白，成為理論與實(shí)踐的橋梁，是一種輔助教學(xué)的有效手段。

1 智能小車整體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是基于Arduino的控制類傳感器控制系統(tǒng)的，示教板由亞克力板和Ard uino控制系統(tǒng)組成。硬件部分主要選取了AS608指紋模塊，薄膜鍵盤（4×4），LCD1602液晶顯示屏，測(cè)速模塊和四位數(shù)碼管；通過(guò)這些硬件部分與亞克力板的焊接然后燒寫程序來(lái)完成信息采集，傳輸實(shí)現(xiàn)功能。

本設(shè)計(jì)的工作原理：用AS608指紋模塊充當(dāng)示教板的電源，當(dāng)指紋識(shí)別指紋庫(kù)里的指紋之后示教板通電；通電后薄膜鍵盤進(jìn)入工作狀態(tài)，可選擇一到六的數(shù)字來(lái)發(fā)射信號(hào)，因?yàn)樵O(shè)置了一條路線，所以當(dāng)大家手動(dòng)選擇2的時(shí)候，薄膜鍵盤會(huì)查找到對(duì)應(yīng)數(shù)字2的對(duì)應(yīng)指令，對(duì)應(yīng)數(shù)字2的指令是讓顯示屏顯示下一步的指令；當(dāng)顯示屏?xí)邮盏絹?lái)自薄膜鍵盤的信號(hào)時(shí)會(huì)顯示下一步命令，下一步命令指示是測(cè)速模塊測(cè)速；當(dāng)測(cè)速模塊接收到信號(hào)的時(shí)候測(cè)速模塊就開始工作了，測(cè)速模塊工作是先用遮擋物來(lái)測(cè)試led燈的亮與不亮先做一個(gè)判斷，然后不亮的時(shí)候測(cè)速模塊就可以開始測(cè)速，當(dāng)信號(hào)輸出一次就可以計(jì)數(shù)一次，然后換算出轉(zhuǎn)速；然后轉(zhuǎn)速傳給四位數(shù)碼管，四位數(shù)碼管接收到轉(zhuǎn)速就會(huì)顯示速度的一個(gè)過(guò)程。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

■2.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該示教板是由兩塊亞克力板和4根銅柱支撐起來(lái)，向大家展示示教板的作用。如圖2所示，層板是放置Ard uino uno板的，是因?yàn)锳rduino的程序是燒寫進(jìn)去了的，所以只需連上線有電源就可以使用了，所以放置在層板。底板放置了五個(gè)主傳感器，由于該示教板是展示傳感器的功能，所以放置在底板也是為了美觀跟展示。

圖2 汽車自動(dòng)測(cè)速系統(tǒng)示教板設(shè)計(jì)圖（左為層板圖，右為底板圖）

■2.2 硬件電路設(shè)計(jì)

用Altium Designer搭建的硬件電路如圖3所示，主要包括AS608指紋模塊、薄膜鍵盤（4×4）、LCD1602液晶顯示屏、Arduino uno、以及測(cè)速模塊和四位數(shù)碼管等。

圖3 整體硬件電路圖

3 軟件設(shè)計(jì)

Arduino是一種包含軟件跟硬件的開源電子原型平臺(tái)。它構(gòu)建于開放原始碼simple I/O介面版，而且它也是屬于C語(yǔ)言的一種，跟Java是類似的。Arduino主要有兩個(gè)部分組成，硬件是一塊Arduino uno板；軟件是Arduino IDE。其具有開源性、跨平臺(tái)、簡(jiǎn)單清晰等特點(diǎn)。

本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)思路是這樣的，首先是以Arduino語(yǔ)言為開發(fā)語(yǔ)言，而指紋模塊是充當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的開關(guān)，當(dāng)指紋模塊識(shí)別到指紋時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的電源啟動(dòng)，開始工作，當(dāng)按薄膜鍵盤時(shí)，可選1-9的數(shù)字，然后摁下特定數(shù)字時(shí)，就按照取鍵值按照對(duì)應(yīng)程序，當(dāng)對(duì)應(yīng)程序是給顯示屏下一步信號(hào)的時(shí)候，顯示屏接收到信號(hào)則會(huì)顯示下一步指令，當(dāng)選擇數(shù)字2的時(shí)候，顯示屏?xí)@示下一步信號(hào)是測(cè)速時(shí)，測(cè)速模塊則會(huì)測(cè)速，隨后四位數(shù)碼管接收到信號(hào)就會(huì)顯示速度，之后結(jié)束程序運(yùn)行，回到開始。設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

圖4 軟件設(shè)計(jì)整體流程圖

■3.1 AS608指紋模塊

AS608指紋模塊充當(dāng)示教板的電源，當(dāng)指紋識(shí)別指紋庫(kù)里的指紋之后示教板通電。流程圖如圖5所示。

圖5 指紋模塊程序設(shè)計(jì)流程圖

■3.2 薄膜鍵盤模塊

通電后薄膜鍵盤進(jìn)入工作狀態(tài)，可選擇一到六的數(shù)字來(lái)發(fā)射信號(hào)，因?yàn)樵O(shè)置了一條路線，所以當(dāng)大家手動(dòng)選擇2的時(shí)候，薄膜鍵盤會(huì)查找到對(duì)應(yīng)數(shù)字2的對(duì)應(yīng)指令，對(duì)應(yīng)數(shù)字2的指令是讓顯示屏顯示下一步的指令。程序流程圖及部分程序如圖6所示。

圖6 薄膜鍵盤模塊程序設(shè)計(jì)流程圖

■3.3 顯示屏模塊

當(dāng)顯示屏?xí)邮盏絹?lái)自薄膜鍵盤的信號(hào)時(shí)會(huì)顯示下一步命令。程序流程圖及部分程序如圖7所示。

圖7 LCD顯示屏模塊程序設(shè)計(jì)流程圖及部分程序

■3.4 測(cè)速模塊

當(dāng)測(cè)速模塊接收到信號(hào)的時(shí)候測(cè)速模塊就開始工作了，測(cè)速模塊工作是先用遮擋物來(lái)測(cè)試led燈的亮與不亮先做一個(gè)判斷，然后不亮的時(shí)候測(cè)速模塊就可以開始測(cè)速，當(dāng)信號(hào)輸出一次就可以計(jì)數(shù)一次，然后換算出轉(zhuǎn)速。程序流程圖及部分程序如圖8所示。

圖8 測(cè)速模塊程序設(shè)計(jì)流程圖及部分程序

■3.5 速度顯示模塊

轉(zhuǎn)速傳給四位數(shù)碼管后，四位數(shù)碼管接收到轉(zhuǎn)速就會(huì)顯示速度。程序流程圖及部分程序如圖9所示。

圖9 速度顯示模塊程序設(shè)計(jì)流程圖及部分程序

4 測(cè)試

本設(shè)計(jì)的示教板是Ard uino編程與測(cè)速傳感器結(jié)合而成的系統(tǒng)。首先實(shí)現(xiàn)了每個(gè)模塊的單獨(dú)控制，然后通過(guò)自己對(duì)Arduino進(jìn)行程序的編寫并上傳，用傳感器與Arduino板連接測(cè)試，能夠用指紋成功給示教板通電，然后arduino控制薄膜鍵盤，薄膜鍵盤根據(jù)指令按下按鍵，顯示屏接收到信號(hào)立刻顯示出來(lái)下一步指令，當(dāng)下一步指令是測(cè)速模塊測(cè)速時(shí)，測(cè)速模塊工作，得出轉(zhuǎn)速，然后顯示屏接收到速度并在四位數(shù)碼管中顯示出來(lái)。