Arduino智能小车——循迹篇

悠悠 2022-06-09 10:48 1015阅读 0赞

# Arduino智能小车——循迹篇 #

Arduino智能小车系列教程时空门：

1.  Arduino智能小车——拼装篇 [点击跳转][Link 1]
2.  Arduino智能小车——测试篇 [点击跳转][Link 2]
3.  Arduino智能小车——调速篇 [点击跳转][Link 3]
4.  Arduino智能小车——超声波避障 [点击跳转][Link 4]
5.  Arduino智能小车——蓝牙小车 [点击跳转][Link 5]
6.  Arduino智能小车——循迹篇 [点击跳转][Link 6]
7.  Arduino智能小车——小车测速 [点击跳转][Link 7]

### 文章目录 ###

*  Arduino智能小车——循迹篇
 *   *  准备材料
     *   *  黑色电工胶布
         *  循迹模块
         *   *  模块特色
             *  工作原理
     *  测试代码
     *  代码详解
     *  循迹效果展示

相信大家都在网上看到过类似下图这样的餐厅服务机器人，或者仓库搬运机器人，但是你们有没有注意到图片中地上的那条黑线？没错，他们都是沿着这条黑线来行进的，在这一篇将教大家怎么用小车实现类似的循迹功能。

![SouthEast][]

## 准备材料 ##

### 黑色电工胶布 ###

黑色胶布用于搭建小车运行的“轨道”，选用黑色宽度18mm左右的即可。

![SouthEast 1][]

### 循迹模块 ###

在此我们使用循迹模块TCRT5000，该模块体积小，灵敏度较高，还可以通过转动上面的电位器来调节检测范围。

![SouthEast 2][]

#### 模块特色 ####

1、采用TCRT5000红外反射传感器  
2、检测距离：1mm~8mm适用，焦点距离为2.5mm  
3、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。  
4、配多圈可调精密电位器调节灵敏度  
5、工作电压3.3V-5V  
6、输出形式 ：数字开关量输出（0和1）  
7、设有固定螺栓孔，方便安装  
8、小板PCB尺寸：3.2cm x 1.4cm  
9、使用宽电压LM393比较器

#### 工作原理 ####

TCRT5000传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮。

由于黑色具有较强的吸收能力，当循迹模块发射的红外线照射到黑线时，红外线将会被黑线吸收，导致循迹模块上光敏三极管处于关闭状态，此时模块上一个LED熄灭。在没有检测到黑线时，模块上两个LED常量。  
\#\#循迹模块安装  
  循迹模块的工作一般要求距离待检测的黑线距离1-2cm，因此我建议大家可以将循迹模块向下延伸。我自己是在硬纸板上面打了几个孔，固定循迹模块，每个模块之间可以留1cm左右的距离。传感器在接收到反射不同的距离的时候“AO”引脚电压会不同，是模拟信号，“DO”是数字信号输出。因为在这里我们只用判断是否检测到黑线，因此使用“DO”数字信号即可。按照车头为正方向，从右到左循迹模块的“DO”依次接到开发板“10”、“11”、“12”、“13”引脚。

![SouthEast 3][] \#\# 跑道的搭建   找一块干净的地面，贴上准备好的黑色电工胶布。由于小车自身结构的原因，转弯的时候尽可能增大转弯半径，在跑道尽头如图中那样拉一条黑色横线，用于小车识别终点。 ![SouthEast 4][]

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## 测试代码 ##

#include <Servo.h>
    
    #define STOP 0
    #define FORWARD 1
    #define BACKWARD 2
    #define TURNLEFT 3
    #define TURNRIGHT 4
    
    int leftMotor1 = 16;
    int leftMotor2 = 17;
    int rightMotor1 = 18;
    int rightMotor2 = 19;
    
    int trac1 = 10; //从车头方向的最右边开始排序
    int trac2 = 11; 
    int trac3 = 12; 
    int trac4 = 13; 
    
    int leftPWM = 5;
    int rightPWM = 6;
    
    Servo myServo;  //舵机
    
    int inputPin=7;   // 定义超声波信号接收接口
    int outputPin=8;  // 定义超声波信号发出接口
    
    void setup() { 
      // put your setup code here, to run once:
      //串口初始化
      Serial.begin(9600); 
      //舵机引脚初始化
      myServo.attach(9);
      //测速引脚初始化
      pinMode(leftMotor1, OUTPUT);
      pinMode(leftMotor2, OUTPUT);
      pinMode(rightMotor1, OUTPUT);
      pinMode(rightMotor2, OUTPUT);
      pinMode(leftPWM, OUTPUT);
      pinMode(rightPWM, OUTPUT);
      //寻迹模块D0引脚初始化
      pinMode(trac1, INPUT);
      pinMode(trac2, INPUT);
      pinMode(trac3, INPUT);
      pinMode(trac4, INPUT);
    }
    
    void loop() { 
      // put your main code here, to run repeatedly:
     
      tracing();
          
      
    }
    void motorRun(int cmd,int value)
    { 
      analogWrite(leftPWM, value);  //设置PWM输出，即设置速度
      analogWrite(rightPWM, value);
      switch(cmd){ 
        case FORWARD:
          Serial.println("FORWARD"); //输出状态
          digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
          digitalWrite(leftMotor2, LOW);
          digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
          digitalWrite(rightMotor2, LOW);
          break;
         case BACKWARD:
          Serial.println("BACKWARD"); //输出状态
          digitalWrite(leftMotor1, LOW);
          digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
          digitalWrite(rightMotor1, LOW);
          digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
          break;
         case TURNLEFT:
          Serial.println("TURN LEFT"); //输出状态
          digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
          digitalWrite(leftMotor2, LOW);
          digitalWrite(rightMotor1, LOW);
          digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
          break;
         case TURNRIGHT:
          Serial.println("TURN RIGHT"); //输出状态
          digitalWrite(leftMotor1, LOW);
          digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
          digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
          digitalWrite(rightMotor2, LOW);
          break;
         default:
          Serial.println("STOP"); //输出状态
          digitalWrite(leftMotor1, LOW);
          digitalWrite(leftMotor2, LOW);
          digitalWrite(rightMotor1, LOW);
          digitalWrite(rightMotor2, LOW);
      }
    }
    void tracing()
    { 
      int data[4];
      data[0] = digitalRead(10);
      data[1] = digitalRead(11);
      data[2] = digitalRead(12);
      data[3] = digitalRead(13);
    
      if(!data[0] && !data[1] && !data[2] && !data[3])  //左右都没有检测到黑线
      { 
        motorRun(FORWARD, 200);
      }
    
      if(data[0] || data[1])  //右边检测到黑线
      { 
        motorRun(TURNRIGHT, 150);
      }
    
      if(data[2] || data[3])  //左边检测到黑线
      { 
        motorRun(TURNLEFT, 150);
      }
    
      if(data[0] && data[3])  //左右都检测到黑线是停止
      { 
        motorRun(STOP, 0);
        while(1);
      }
      
      Serial.print(data[0]);
      Serial.print("---");
      Serial.print(data[1]);
      Serial.print("---");
      Serial.print(data[2]);
      Serial.print("---");
      Serial.println(data[3]);
    }

## 代码详解 ##

小车装有4个TCRT5000，从最右边模块开始读入数据，放入`data[]`数组中

data[0] = digitalRead(10);
    data[1] = digitalRead(11);
    data[2] = digitalRead(12);
    data[3] = digitalRead(13);

4个模块可能存在的检测状态如下，其中“1”表示检测到黑线，“0”代表没有检测到黑线：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">data[0]</th> 
   <th align="center">data[1]</th> 
   <th align="center">data[2]</th> 
   <th align="center">data[3]</th> 
   <th align="center">小车运动状态</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">停止</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">左转</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">左转</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">左转</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">右转</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">右转</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">1</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">右转</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">0</td> 
   <td align="center">直行</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

第一种情况，四个模块都没有检测到黑线时，直行：

if(!data[0] && !data[1] && !data[2] && !data[3])  //左右都没有检测到黑线
    { 
    	motorRun(FORWARD, 200);
    }

右边任意一个模块检测到黑线时，右转：

if(data[0] || data[1])  //右边检测到黑线
    { 
      motorRun(TURNRIGHT, 150);
    }

左边任意一个模块检测到黑线时，左转：

if(data[2] || data[3])  //左边检测到黑线
    { 
      motorRun(TURNLEFT, 150);
    }

当四个模块都检测到黑线时，说明已经运动到轨道终点，此时停止运动：

if(data[0] && data[3])  //左右都检测到黑线是停止
    { 
      motorRun(STOP, 0);
      while(1);
    }

--------------------

## 循迹效果展示 ##

在起点出准备出发

![SouthEast 5][]

弯道中

![SouthEast 6][] 识别到终点后停止 ![SouthEast 7][]

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[SouthEast]: /images/20220609/8b298e9bca5140b7b3bd1eaabc373468.png
[SouthEast 1]: /images/20220609/8321ec70634c444394986267ecac60d6.png
[SouthEast 2]: /images/20220609/4096380f0bc14d108c7816dd20721768.png
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[SouthEast 4]: /images/20220609/6620555b257041d895295e63bb5ba7f6.png
[SouthEast 5]: /images/20220609/d9d0a04a0f744f7e88b1ab0c72c54004.png
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[SouthEast 7]: /images/20220609/d0a6fd8e6a7e4ee9b2aed4c394d7b630.png