Arduino智能小车系列教程6——循迹小车

  Arduino智能小车系列教程  
  1. Arduino智能小车系列教程1——拼装篇
  2. Arduino智能小车系列教程2——测试篇
  3. Arduino智能小车系列教程3——调速篇
  4. Arduino智能小车系列教程4——超声波避障
  5. Arduino智能小车系列教程5——蓝牙小车
  6. Arduino智能小车系列教程6——循迹小车
  7. Arduino智能小车系列教程7——小车测速
文章目录  
  • 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。  

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。  

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);
}
  • 第二种情况，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);
}
  • 第三种情况，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);
}
  • 第四种情况，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  
  弯道中  
  识别到终点后停止  
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