1.徐州一中综合实践活动（研究性学习）课题实施方案申报表

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3.徐州一中综合实践活动（研究性学习）课题研究成果报告

4.论文

自动驾驶——基于Arduino开发板的自动驾驶技术研究

高一14班 柳致远

【摘要】

本文以Arduino开发板为核心，开展自动驾驶小车相关的技术研究。完成了自动循迹，防撞测试对比，人体跟随三项实验。研究可为易简自动驾驶小车的设计提供参考

【关键词】

反射式光电传感器，距离传感器，confidence值

一、研究背景

目前，随着人工智能、计算机技术和传感技术的不断突破与发展，自动驾驶汽车逐渐得到普及与应用。我国是世界上自动驾驶技术发展较为完善的国家之一，众多车企也在持续开展相关技术研发，这为我们了解和探索自动驾驶提供了良好的环境。

在传统驾驶中，许多交通事故是由疲劳驾驶等人为因素造成的。如果自动驾驶技术能够进一步普及和完善，将有助于大幅减少此类事故的发生。例如，通过辅助制动、定速巡航等功能，可以有效提升交通安全性，保障人们的出行安全。

但当前我国自动驾驶技术仍存在不足，在实际应用中对驾乘人员的安全保障仍有待提升。基于此，我们小组对自动驾驶技术产生了浓厚的探究兴趣，并围绕基于Arduino开发板的自动驾驶技术开展研究，具体研究内容包括以下三个课题：

1. 利用反射式光电传感器设计一款自动行驶的小车

2. 探究不同传感器类型对于自动小车防撞效果的影响

3. 制作可以跟随人行驶的智能小车

二、实验材料

1. Arduino 主控板、电机、车轮、小车面板、各种传感器、导线等（学校提供）

2. 直尺、螺丝刀、记号笔、电池、胶带等（自备）

三、实验过程

课题一：利用反射式光电传感器设计一款自动行驶的小车

1. 连接电路，将 Arduino 主控板、电机、传感器等元件正确接线。

2. 组装小车底盘、电机、面板、车轮，并安装反射式光电传感器。

3. 根据自动行驶的功能需求编写并上传程序。

4. 使用直尺、记号笔等工具设计并制作实验跑道。

5. 对小车进行通电测试，根据运行情况不断调整程序，使小车稳定行驶

课题二：探究距离传感器类型对自动小车防碰撞效果的影响

1. 在小车上安装超声波传感器，连接电路并完成程序调试，使小车处于初始正常工作状态。

2. 在室内环境下，于小车正前方 50 厘米处放置同一障碍物，启动小车进行防碰撞测试。

3. 观察并记录小车是否发生碰撞，以及小车停下时与障碍物的距离，重复实验 3 次，取平均值。

4. 改变实验环境，分别在室外、嘈杂与安静等不同条件下，重复上述实验并记录数据。

5. 取下超声波传感器，更换为红外距离传感器，在相同条件下重复以上实验步骤，对比两种传感器的防碰撞效果。

课题三：制作可跟随人行驶的智能小车

1. 拆除小车上之前实验使用的超声波传感器、红外传感器等元件。

2. 使用压舌板制作并安装手机支架，将手机固定在小车上。

3. 将手机调试至开发者模式，完成相关参数设置与程序调试。

4. 设置一系列不同的 confidence 数值梯度，如 30%、40%、50%、60% 等，在每个数值下进行小车跟随测试，每组重复三次。

5. 观察并记录小车是否能直线追踪、能否完成左右转弯追踪，以及是否会被第二人干扰等情况。

四、实验结果

（一）课题一：反射式光电传感器自动行驶小车实验结果

本课题通过10个版本的程序调试，逐步优化反射式光电传感器的电信号强度参数，最终实现小车稳定完成跑道行驶。

表1 自动驾驶小车调试实验结果汇总

结果：

随着程序版本迭代，小车行驶稳定性不断提升，最终在版本10实现稳定、无压线、无出线的自动行驶，达到预期效果。

（二）课题二：不同距离传感器对小车防撞效果的影响实验结果

本课题在室内、室外、安静、嘈杂等多种环境下，对超声波传感器与红外距离传感器进行对比测试，每组实验重复3次并取平均值。

表2 不同传感器防撞测试结果

结果：

超声波传感器在安静环境下防撞效果更稳定；红外传感器更适合室内安静环境；嘈杂、强光等复杂环境对两种传感器均有明显干扰。

（三）课题三：可跟随人行驶的智能小车实验结果

本实验设置30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%共8个置信度梯度，每组重复3次，记录小车追踪效果。

表3 人体追踪小车测试结果

结果：

置信度越低，抗干扰能力越强，但追踪效果越差；置信度越高，追踪越灵敏，但越容易被他人干扰。70%～80%为单人跟随的最优区间。

五、结论

课题一实验结论：

通过组装小车、连接电路、编写程序、设计跑道和多次测试调整，小车能够利用反射式光电传感器实现沿跑道自动行驶，达到了课题设计的预期目标。

课题二实验结论：

通过多组对比实验可以得出，不同距离传感器的防碰撞效果存在明显差异，且受环境影响较大，超声波传感器整体防撞效果更稳定。

课题三实验结论：

confidence 值在 60%～70% 左右时，小车的直线、转弯跟踪效果更均衡，总体跟踪效果更好。

六、参考文献

[1] 陈广祥,张治斌.基于红外反射式传感器的循迹车系统设计[J].中国工控网,2010.

[2] 赵津,朱三超.基于Arduino单片机的智能避障小车设计[J].自动化与仪表,2013,28(5):1-4.

[3] Arduino毕业设计——基于Arduino+PID+AI的自动驾驶小车[D].CSDN,2025.