智能车软件编程应用实践：技巧与经验分享

1.Auduino 软件编程

Arduino 是源自意大利的一个开放源代码的硬件项目平台，该平台包括一块具备简单I/O功能的电路板以及一套程序开发环境软件。Arduino 可以用来开发交互产品，比如它可以读取大量的开关和传感器信号，并且可以控制电灯、电动机和其他各式各样的物理设备；Arduino 也可以开发出与PC 相连的周边装置，能在运行时与PC 上的软件进行通信。Arduino平台的基础就是AVR 指令集的单片机，AVR 单片机开发有ICCAVR、CVAVR 等，这些语言都比较专业，需要对寄存器进行读写操作，晦涩难懂。

Arduino 简化了单片机工作的流程，对AVR 库进行了二次编译封装，把端口都打包好了，寄存器、地址指针之类的基本不用管，大大降低了软件开发的难度，特别适合学生和一些非专业爱好者们使用。本章后续内容均在Arduino UNO 板上编程。Arduino 常用的函数有以下几个部分。

（1）数字I/O 口的操作函数

1) pinMode (pin, mode)。

pinMode 函数用以配置引脚的输出或输入模式，它是一个无返回值函数。函数有两个参数——pin 和mode。pin 参数表示要配置的引脚，mode 参数表示设置的参数INPUT（输入）和OUTPUT（输出）。INPUT 参数用于读取信号，OUTPUT 用于输出控制信号。pin 的范围是数字引脚0～13，也可以把模拟引脚（A0～A5）作为数字引脚使用，此时编号14 脚对应模拟引脚0，19 脚对应模拟引脚5。pinMode 函数一般会放在setup 里，先设置再使用。

2) digitalWrite (pin, value)。

该函数的作用是设置引脚的输出电压为高电平或低电平。该函数也是一个无返回值的函数。pin 参数表示所要设置的引脚，value 参数表示输出的电压为HIGH（高电平）或LOW（低电平）。注意：使用前必须先用pinMode 设置。

3) digitalRead (pin)。

该函数在引脚设置为输入的情况下，可以获取引脚的电压情况（HIGH 高电平）或者（LOW 低电平）。

例程：

（2）模拟I/O 口的操作函数

1) analogReference (type)。

该函数用于配置模拟引脚的参考电压，有3 种类型：DEFAULT 为默认值，参考电压是5 V；INTERNAL 表示低电压模式，使用片内基准电压源2.56 V；EXTERNAL 表示扩展模式，通过AREF 引脚获取参考电压。注意：若不使用本函数的话，则默认是参考电压5 V。使用AREF 接参考电压，需接一个5 kΩ 的上拉电阻。

2) analogRead (pin)。

用于读取引脚的模拟量电压值，每读取一次需要花100 μs 的时间。参数pin 表示所要获取模拟量电压值的引脚，返回为int 型；精度10 位，返回值为0～1 023。注意：函数参数的pin 范围是0～5，对应板上的模拟口A0～A5。

3) analogWrite (pin, value)。

该函数是通过PWM 的方式在引脚上输出一个模拟量，主要用于LED 亮度控制、电动机转速控制等方面。Arduino 中PWM 的频率大约为490 Hz。UNO 板上支持以下数字引脚（不是模拟输入引脚）作为PWM 模拟输出：3、5、6、9、10、11。板上带PWM 输出的都有符号“～”。注意：PWM 输出位数为8 位，为0～255。

例程：

（3）高级I/O

Pulseln (pin, state, timeout)。

该函数用于读取引脚脉冲的时间长度，脉冲可以是HIGH 或者LOW。如果是HIGH，函数将先等引脚变为高电平，然后开始计时，一直到变为低电平。返回脉冲持续的时间长度，单位为ms，如果超时没有读到的话，则返回0。

例程：做一个按钮脉冲计时器，测一下按钮的时间，测测谁的反应快，看谁能按出最短的时间。按钮接第3 脚。

（4）时间函数

1) delay (ms)。

延时函数，参数是延时的时长，单位是ms（毫秒）。

例程——跑马灯。

延时函数，参数是延时的时长，单位是μs（微秒），1 ms =1 000 μs。该函数可以产生更短的延时。

2) millis ()。

应用该函数，可以获取单片机通电到现在运行的时间长度，单位是ms。系统最长的记录时间为9 h 22 min，超出从0 开始。其返回值是unsigned long 型。该函数适合作为定时器使用，不影响单片机的其他工作（使用delay 函数期间无法做其他工作）。

3) micros ()。

该函数返回开机到现在运行的微秒值，其返回值是unsigned long，70 min 溢出。

（5）中断函数

单片机中中断的相关概念如下：

中断——由于某一随机事件的发生，计算机暂停原程序的运行，转去执行另一程序（随机事件），处理完毕后又自动返回原程序继续运行。

中断源——引起中断的原因，或能发生中断申请的来源。

主程序——计算机现行运行的程序。

中断服务子程序——处理突发事件的程序。

attachInterrupt（interrput，function，mode）：该函数用于设置外部中断，函数有3 个参数，分别表示中断源、中断处理函数和触发模式。

中断源可选0 或者1，对应2 或者3 号数字引脚。中断处理函数是一段子程序，当中断发生时执行该子程序部分。触发模式有四种类型，LOW（低电平触发）、CHANGE（变化时触发）、RISING（低电平变为高电平触发）和FALLING（高电平变为低电平触发）。

例程：数字D2 口接按钮开关，D4 口接LED 灯1（红色），D5 口接LED2（绿色），LED3 每秒闪烁一次，使用中断0 来控制LED1、中断1 来控制LED2。按下按钮，马上响应中断，由于中断响应速度快，故LED3 不受影响，继续闪烁。其比查询的效率要高。

尝试4 个参数，例程1 试验LOW 和CHANGE 参数，例程2 试验RISING 和FALLING参数。

该函数用于取消中断，参数interrupt 表示所要取消的中断源。

（6）串口通信函数

串行接口Serial Interface 是指数据一位位按顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信。串口的出现是在1980 年前后，数据传输率是115～230 kb/s。串口出现的初期是为了实现连接计算机外部设备，初期串口一般用来连接鼠标和外置Modem以及老式摄像头和写字板等设备。由于串口（COM）不支持热插拔且传输速率较低，故目前部分新主板和大部分便携式电脑已开始取消该接口，目前串口多用于工控和测量设备以及部分通信设备中，如各种传感器采集装置、GPS 信号采集装置、多个单片机通信系统、门禁刷卡系统的数据传输及机械手控制、操纵面板控制电动机等，广泛应用于低速数据传输的工程。(www.xing528.com)

Arduino 软件中的串口函数常用的有下面几种：

1) Serial.begin ()。

该函数用于设置串口的波特率，一般的波特率有9 600 b/s、19 200 b/s、57 600 b/s、115 200 b/s 等。波特率是指每秒传输的比特数，除以8 可以得到每秒传输的字节数。

示例：

Serial.begin (57600);

2) Serial.available ()。

该函数用来判断串口是否收到数据，函数的返回值为int 型，不带参数。

3) Serial.read ()。

将串口数据读入。该函数不带参数，返回值为串口数据，int 型。

4) Serial.print ()。

该函数往串口发数据。可以发变量，也可以发字符串。

例句1：Serial.print（“today is good”）；

例句2：Serial.print（x，DEC）；　（以10 进制发送x）

例句3：Serial.print（x，HEX）；　（以16 进制发送变量x）

5) Serial.println ()。

该函数与Serial.print（）类似，只是多了换行功能。

6）数学库。

Arduino 软件中的常用数学运算函数如下：

min（x，y）；求两者最小值。

max（x，y）；求两者最大值。

abs（x）；求绝对值。

sin（rad）；求正弦值。

cos（rad）；求余弦值。

tan（rad）；求正切值。

random（small，big）；求两者之间的随机数。

2.Auduino 软件编程实例

（1）按钮开关的例程

按键开关模块和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作按键提示灯。利用数字13接口自带的LED，将按键开关接入数字3 接口，当按键开关感应到有按键信号时，LED 亮，反之则灭。

（2）光敏传感器的例程

光敏传感器实质是一个光敏电阻，根据光的照射强度会改变其自身的阻值。

编程原理：将光敏电阻的S 端接在一个模拟输入口，光强的变化会改变阻值，从而改变S 端的输出电压。将S 端的电压读出，使用串口输出到计算机并显示结果。

因为AVR 是10 位的采样精度，输出值为0～1 023。当光照强烈时，值减小；当光照减弱时，值增加；完全遮挡光线时，值最大。

（3）魔术光杯（一对）的例程

水银开关多加了一个独立的LED，两个可以组成魔术光杯。

原理：将魔术光杯其中一个模块S 脚接数字脚7，LED 控制接数字脚5（PWM 功能），另一个模块S 脚接数字脚4，LED 控制接数字脚6。

现象：当一个水银开关倾倒时，一个灯会越来越暗，另一个灯会越来越亮，像心电感应一样。

（4）双色共阴LED 模块的例程

发光颜色：绿色+红色（左边头大一点的），黄+红（右边头小一点的）。

产品广泛应用于电子词典、PDA、MP3、耳机、数码相机、VCD、DVD、汽车音响、通信、计算机、充电器、功放、仪器仪表、礼品、电子玩具及移动电话等诸多领域。

编程原理：通过模拟端口控制LED 的亮度，0～255 表示0～5 V。2 种颜色的灯混合，让其值总和为255，可以看到，从红色过渡到绿色的现象，中间颜色是混合成的黄色。

3.智能车Auduino 软件综合编程实例

超声波避障小车。

由舵机带动超声波传感器转动，分别检测前方、左边和右边3 个方向是否有障碍物。若前方障碍物大于25 cm 则前进，若前方有障碍物则转动；检测左、右的障碍物，哪边的空间大，则往哪边转动。

示范例程