2.3 軟件設計

2.3.1 軟件總體設計

根據比賽項目要求，智能搬運小車只搬運A、B、C、D、E五個點的色塊，先將五個點的色塊全部搬運到中轉線上，再對色塊進行顏色識別，并搬運到相應的顏色分類區域。搬運結束后，智能搬運小車回到起始位置。軟件總體設計框架如圖2.8所示。

在調用Arduino靜態庫進行編程的情況下，主函數在開始階段必須調用init函數進行硬件接口資源的初始化，接著就是智能搬運小車所有外設的初始化，延時2s后進行白平衡調整。此時，TCS230顏色傳感器的LED燈閃爍3次，進行3次白平衡調整。拿走色塊，延時2s后，智能搬運小車開始尋線移動，之后進入大循環。主程序函數執行流程圖如圖2.9所示。

主函數的大循環采用分支結構，分支結構1～分支結構5是從出發點依次到五個存放色塊的點，取色塊并搬運到緩存區存放；分支結構6是先識別顏色后，再將色塊搬運到顏色分類區域。主函數的大循環搬運流程圖如圖2.10所示。

搬運色塊到顏色分類區域的過程采用分支結構，先對色塊進行顏色識別；然后根據顏色的識別結果，分支結構1是將黃色色塊搬運到黃色分類區域，分支結構2是將白色色塊搬運到白色分類區域……分支結構5是將藍色色塊搬運到藍色分類區域；最后一個分支結構是返回到起始區，并停下來。將色塊從緩存區搬運到顏色分類區域的程序流程圖如圖2.11所示。

2.3.2 QTI傳感器的尋線算法

智能搬運小車QTI傳感器組包括4個QTI傳感器：中間兩個QTI傳感器位于智能搬運小車中心線的兩側，間距為12mm，與尋線黑線的寬度一致；旁邊兩個QTI傳感器安裝在開槽桿件的兩端。智能搬運小車按照QTI傳感器組的采集值進行相應的移動動作。QTI傳感器的尋線方式見表2.5。

QTI傳感器尋線算法的流程圖如圖2.12所示。

2.3.3 超聲波定位算法

超聲波定位算法主要是在智能搬運小車從中轉線上搬運色塊時，用于定位智能搬運小車與色塊之間的距離，當超聲波檢測到在前面的某個范圍內有色塊時，就會做出取色塊的相應動作。超聲波定位算法的流程圖如圖2.13所示。

2.3.4 白平衡和顏色識別算法

白平衡的調整過程通常需要選定輸出比例因子為1∶1（S0為1，S1為1），點亮LED燈，依次選定紅色、藍色、綠色濾波器即可得到三原色對應的時間基準。例如，計算紅色對應時間基準的方法為：選定紅色濾波器，打開定時器0和外部中斷1，當產生255次外部中斷時，關閉定時器0和外部中斷1。此時，定時器0的中斷累積時間即為紅色對應的時間基準。白平衡調整流程圖如圖2.14所示。

顏色識別與白平衡調整的不同之處：白平衡調整的目的是根據255個脈沖數獲取時間基準；顏色識別是根據三原色對應的時間基準計算脈沖數的。顏色識別與白平衡調整的過程一致，也是統計脈沖數，只是結束條件不同。白平衡調整是統計到255個脈沖數結束；顏色識別是定時到時間基準結束。顏色識別流程圖如圖2.15所示。

2.3.5 搬運過程

在搬運過程中，智能搬運小車主要分為兩個動作，即中轉過程和搬運分類過程。

（1）中轉過程

智能搬運小車通過尋線分別移動到A、B、C、D、E五個點上，將五個點的色塊搬運到中轉線上，用定時器定時尋線，間隔一段距離后放下色塊（最后一個色塊不用中轉）。中轉過程分為三個步驟：第一個步驟為先尋線到中心點，再轉向有色塊的方向，該程序段定義為中轉子1；第二個步驟為從中心點去某個點搬運色塊，并掉頭尋線，該程序段定義為中轉子2；第三個步驟為從中心點定時盲走，間隔一段距離后放下色塊，該程序段定義為中轉子3。中轉過程三個步驟的流程圖如圖2.16、圖2.17、圖2.18所示。

（2）搬運分類過程

智能搬運小車在進行色塊中轉后，統一將所有的色塊都搬運到對應的目標區域，中轉到第五個點的色塊時會對色塊進行顏色識別。將中轉線上的色塊搬運到顏色分類區域的方法與從五個點將色塊搬運到中轉線上的方法類似，其區別是先對顏色進行識別；再將中轉線上的色塊搬運到對應顏色的分類區域；返程時，智能搬運小車通過超聲波傳感器定位本次所要搬運的色塊，重復上述動作，依次將色塊搬運到分類區；最后回到起始區。