Arduino智能小车——循迹篇

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  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。

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。

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。

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。

## 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。

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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：

data[0]	data[1]	data[2]	data[3]	小车运动状态
1	1	1	1	停止
0	0	1	1	左转
0	0	0	1	左转
0	0	1	0	左转
1	1	0	0	右转
1	0	0	0	右转
0	1	0	0	右转
0	0	0	0	直行

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);
}

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循迹效果展示

在起点出准备出发

弯道中

识别到终点后停止

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