國 立 勤 益 科 技 大 學

電子工程系實務專題報告

mBot 循跡自走車

指導教授：黃國興 教授

學生：四子四甲 3A313048 林祐安

四子四乙 3A313120 何元翔

四子四乙 3A313128 朱奕華

四子四丙 3A313202 陳宜館

中 華 民 國 1 0 7 年 3 月

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摘要

本專題利用兩顆超音波感測器，可偵測路徑前進、偵測前方障礙物並閃避，

由兩顆直流馬達帶動自走車，藉由 Arduino撰寫程式控制超音波感測距離及馬

達速度與轉向角度。單晶片微控制器採用「mCore」開發板，使用此開發板在程

式設計上更為簡易，省去許多複雜的宣告及定義。

目錄 一、緒言………………………………………… 2

二、簡介………………………………………… 3

(一)硬體部分…………………………… 3-5

(二)軟體部分…………………………… 5-7

三、理論………………………………………… 9

四、結論………………………………………… 15

五、參考文獻…………………………………… 16

圖目錄 圖 1 研究流程圖 ………………………………………………… 2

圖 2 mBot ………………………………………………………… 3

圖 3 mCore ………………………………………………………… 3

圖 4 Me Ultrasonic Sensor …………………………………… 4

圖 5 Me LED Matrix 8X16 ……………………………………… 4

圖 6 益眾 CNY70 感測器 ………………………………………… 5

圖 7 TT減速馬達 ………………………………………………… 5

圖 8 CNY70 2進制轉 10進制程式 ……………………………… 6

圖 9 主程式-1 ……………………………………………………… 6

圖 10 主程式-2 …………………………………………………… 7

圖 11 主程式-3 …………………………………………………… 7

圖 12 控制流程圖 ………………………………………………… 10

圖 13 比賽獎狀 …………………………………………………… 14

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一、緒言 (一)研究動機

科技突飛猛進的時代，講求的就是效率和品質，造就出自動化的工業主流，也造就出高

性能、高智慧的機器人，且又能不間斷的執行，逐漸取代調人力，因耗時費力且高成本的缺

點，而為了有效執行，程式控制及機器人的應用是不可或缺的。

(二) 研究目的

藉由 Arduino去撰寫程式，以 UNO R3 核心，特過紅外線及光感測器模組去執行功能，

進而使車體因應環境做出不同的反應，能自動偵測路徑 前進、偵測前方障礙物並閃避，實現

多功能的自走車。

(三) 研究流程

1. 對 UNO R3 的控制及程式進行探討及了解基本工作原理及硬體相關知識。

2. 透過討論對題目進行分析，並且參考相關資料找出最適合解決方案及辦法。

3. 規劃系統程式及硬體架構。

4. 將硬體及軟體做整合， 並測試功能的正確性。

5. 驗證成品是否符合原設計功能。

開始

專題構思

系統設計

車體安裝

動作除錯

是否成功

實體完成

否

是

圖 1 研究流程圖

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簡介 (一)硬體部分

(1) mBot

mBot是一款可以體驗動手編輯程式、學習電子與機器人學的多功能解決方

案，透過執行完整融合 Scratch 2.0的 mBlock﹐可以使用藍芽或 2.4G無線模組

與 mBot連線。

圖 2 mBot

(2) mBot主控板—mCore

mCore是專為 mBot設計的主控板，基於 Arduino Uno。mCore可結合各種傳

感器，可用於不同的應用，如蜂鳴器，光傳感器，RGB LED等等。

圖 3 mCore

http://makeblock.com/mbot-v1-1-stem-educational-robot-kit

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(3) Me Ultrasonic Sensor 超音波感測器

使用 RJ25 介面，使用者將更方便的去使用它。Me Ultrasonic Sensor可

用於感測距離與避障﹐從 3公分到 4公尺之間﹐並且在 30 度角的範圍內。

圖 4 Me Ultrasonic Sensor

(4) Me LED Matrix 8X16

共 128個 LED的表情面板，可以顯示文字、簡單表情、簡單動畫，呈現字

符的滾動播放等。

圖 5 Me LED Matrix 8X16

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(5) 益眾 CNY70 感測器

CNY70是一個紅外線尋線感測器。益眾 CNY70整合了 5顆 CNY70。

圖 6 益眾 CNY70 感測器

(6) TT減速馬達

TT 減速馬達額定為直流 6V，轉速為每分鐘 200 轉。

圖 7 TT減速馬達

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(二)軟體部分

▲ 圖 8 CNY70 2進制轉 10進制程式

▲ 圖 9 主程式-1

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▲ 圖 10 主程式-2

▲ 圖 11 主程式-3

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三、理論 (一) 利用 mBlock拼裝積木程式來控制 mBot，mBlock相容於非常普遍的

SCRATCH，所以非常適合各個階層的使用者。

(二) Scratch 是 MIT(麻省理工學院)發展的一套新的程式語言，可以用來創造

互動式故事、動畫、遊戲、音樂和藝術。

適用於八歲以上的兒童學習數學以及計算能力，藉由這些學習也可以加強

他們對於設計流程的認知。

Scratch的官方網站 http://scratch.mit.edu/

Scratch的特色：

(1)視覺化的程式語言

(2)積木組合式的程式語言（用拖曳、組合的方法取代打字，免除指令輸入

錯誤的困擾）

(3)提升高層次思考能力

為了能與 mBot溝通,且將寫好的程式編譯成 C語言,mBot所使用的 scratch

是由 makeblock公司將原版重新修改內容,並重新編譯而成的 mblock版 scratch

功能與普通的 scratch2.0無異,但是多了 mbot與 arduino的功能。

http://scratch.mit.edu/

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(三) 超音波感測器的原理

先從超音波這個名詞來做解釋，人耳能聽的到的頻率範圍約在

20~20KHz(20000Hz)間，而超音波就是泛指超過人耳能聽到的音波，在我們的超

音波模組上所使用的頻率是 40KHz。

為什麼超音波能用來偵測距離呢？這邊是利用物體會反射音波的原理，計

算發射音波到收到反射音波的時間，再把這個時間值除以兩倍音速(因為聲音跑

了兩倍距離)，就能得到與物體的距離了。

TIP：音速為 340公尺/每秒

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(四) 控制流程圖

圖12 控制流程圖

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(五)比賽規則

1.自走車的規定

(1) 自走車必須由 Makeblocke 公司所出產的 mBot-All-In-One Robot Kit、表

情模組和益眾科技的 CNY70 模組組合而成，如[圖 1]所示。 mBot 益眾科技

產品型號為：A03-M-mBot 表情模組益眾科技產品型號為：A03-M-LEDMatrix

CNY70 模組益眾科技產品型號為：A03-M-CNY70

(2)自走車必須能自立行走，不得由操控手使用手動遙控。

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2.比賽場地:

場地如【圖2】所示，為一般的木板貼上大圖印刷的表面，有一條約 2 公

分寬的黑色軌跡線。軌跡線上會貼上數條 (可能 1 條，可能 10 條)與軌跡線

相互垂直的 2 公分寬 20 公分長的黑色線條，以下稱計數線。計數線的間隔至

少 1 公分，第一條計數線的前端的黑色軌跡線會有 10 公分以上與計數線垂直

且沒有彎曲。黑色軌跡線上會放置 1 個寶特 瓶(圖上圓形綠色處)。寶特瓶的

容量約 0.6 公 升，圓柱形，不裝瓶蓋，瓶口著地倒立，外表可能有貼產品標

籤。軌跡線上的紅點距離寶特瓶約 30 公分，由紅色電工膠帶貼成。木板的接

合處可能有某種程度的不平坦，自走車必須可以克服這樣的障礙。

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3.規則:

(1)每隊限一名操控手下場操控自走車。

(2)參加隊伍於比賽前由各隊操控手(或選手代表)抽籤決 定出賽次序。

(3)比賽開始前，所有參賽的自走車均須置放於大會指定的 區域，輪到下場比

賽的隊伍， 操控手須在裁判示意下拿 取自己的自走車下場比賽。

(4)比賽時每次一個自走車下場比賽，先就位於起點處，當 裁判發出哨聲後，

操控手即可 啟動自走車沿著黑色軌跡 線向終點方向行走。

(5)自走車的表情模組必須顯示偵測到的計數線數量，在出 發時沒有偵測到任何計

數線， 所以必須顯示 0，經過計 數線時，必須隨即顯示數字。表情模組所顯

示的數字必須 保 持到該自走車比賽結束。

(6)自走車行走到寶特瓶前方時，必須繞過寶特瓶，並在紅 點之前行走在黑色

軌跡上，否則視為脫離黑色軌跡線。

(7)自走車行走一次的時間不得超過 2 分鐘，除 了避開寶 特瓶外，不能脫離黑

色軌跡線行走（即從這個圖形跳到 另一個圖形）自走車脫離黑色軌跡線或

撞倒寶特瓶時，以當時的位置計算比賽成績。

(8)比賽成績計算方式：每算到 1 條計數線可得 1 分，每多計算 1 條計數線

扣1 分，計算遺漏不扣分。假設場地有 5 條計數線，如算到 5 條線，則得 5

分；如算成 6 條線，則因算對 5 條，得 5 分，但因多算 1 條，扣 1 分，

所以實得 4 分；如算到 4 條，則因算對 4 條，得 4 分。 依此類推，分

數可為負數。走完全程，並計數正確者以 自走車走完全程的時間為計算標

準，時間越短者成績越高。以走完全程且計數正確的優先排列名次。走完全

程但計數錯誤者，計數分數越高者排名越前，若計數成績相同則以自走車走

完全程的時間為分出先後的標準,越快者排名越前。無法走完全程者，以該

自走車的行走距離為計算標準，距離越遠者成績越高。

(9)參加此項競賽的國民小學組及國民中學組，每一隊可下場行走二次，以成績

較高的一次為比賽成績；高中高職組、大專院校組及社會組每一隊只下場行

走一次。

(10)本規則未提及事宜，由裁判在現場根據實際情況裁定。

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4.獎勵

獲得排列名次及佳作的隊伍依本大賽辦法發給指導老師及選手獎狀。

圖 13 比賽獎狀

四、結論 現今科技在自走車方面能應用的地方非常多，如救災、探測、自動化駕駛

等，不過在應用方面的穩定性都還有很多的改善空間。

本專題藉由單晶片來完成多功能的自走車，並了解感測器的偵測及馬達的

控制，用以應付各式各樣的情況，如紅外線感測器之數量能使車子偵測更加穩

定，再來是馬達的鬆緊或軸承的潤滑以及輪胎磨擦係數等，這些都是會影響車

子的行徑速度或是穩定度，最後就是不斷的調整來讓車子達到最佳狀態。

本專題利用單晶片控制，讓車子的自動控制能更加靈敏，且遇到障礙時，

自動避障，自動校正後繼續循跡行駛，若能引入汽車行駛中，相信對汽車的操

控性更加安全，駕駛有相當的助益，並減少交通事故的產生。

藉由參與這次的機器人競賽，希望培養機器人自動化及智慧化方面的相關

領域知識，並透過實體競賽來實現初階目標。

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五、參考文獻

(1) 益眾科技：http://www.icci.com.tw/

(2) Mackblock：http://www.makeblock.com/cn/

(3) Arduino：https://www.arduino.cc/

(4) Arduino wiki：https://zh.wikipedia.org/wiki/Arduino

(5) 2017 亞洲機器人運動競技大賽－虎尾科大

http://autoweb.nfu.edu.tw/robot2017/

http://www.icci.com.tw/http://www.makeblock.com/cn/https://www.arduino.cc/https://zh.wikipedia.org/wiki/Arduinohttp://autoweb.nfu.edu.tw/robot2017/