Arduino寻线小车的设计和实践

本实验的Arduino设备源于DFrobot官方旗舰店： http://dfrobot.taobao.com/

Mini寻线传感器可以帮助进行白线或者黑线的跟踪，可以检测白底中的黑线，也可以检测黑底中的白线。

输出接口：3线制接口(1-信号，2-电源正，3-电源负)，可连在传感器扩展板的数字接口上。
输出电平：TTL电平(黑线低电平有效,白线高电平有效)

这个设计用到了3个寻线传感器在智能小车上，它们的安装图如下：

我用黑色的电工胶布贴在我家客厅的米黄色瓷砖地板上，让小车依靠寻线传感器提供的高低电平信号来判断车轮是前进、右转还是左转，以使小车能沿着黑色的跑道，向火车一样行进。

左、中、右3个寻线传感器，如果左边的传感器检测到黑色，发出低电平，那么小车应该右转还是左转？答案是左转。为啥？下面Arduino程序也是这样编写的，琢磨琢磨。

实验照片：

这个设计的Arduino程序：

int IR_right=9;//定义右侧寻线传感器接口
int IR_left=10;//定义中间寻线传感器接口
int IR_middle=8;//定义左侧寻线传感器接口
int E_right =5; //连接电机1的使能端口到数字接口5
int M_right =4; //连接电机1的转向端口到数字接口4
int E_left = 6;//连接电机2的使能端口到数字接口6
int M_left=7; //连接电机2的转向端口到数字接口5
int potpin=0;//定义电位计相连的模拟接口0上
float velocity;//车速调节
void setup()
{
   //给各数字接口设置输入输出状态
   pinMode(M_right, OUTPUT);
   pinMode(E_right, OUTPUT);
   pinMode(M_left, OUTPUT);
   pinMode(E_left, OUTPUT);
   pinMode(IR_right,INPUT);
   pinMode(IR_left, INPUT);
   pinMode(IR_middle, INPUT);
}
void advance()//前进
{
     digitalWrite(M_right,LOW);
     analogWrite(E_right,int(velocity));
     digitalWrite(M_left,HIGH);
     analogWrite(E_left,int(velocity));
}
void back()//后退
{
     digitalWrite(M_right,HIGH);
     analogWrite(E_right,int(velocity));
     digitalWrite(M_left,LOW);
     analogWrite(E_left,int(velocity));
}
void right()//右转
{
     digitalWrite(M_right,HIGH);
     analogWrite(E_right,int(velocity));
     digitalWrite(M_left,HIGH);
     analogWrite(E_left,int(velocity));
}
void left()//左转
{
     digitalWrite(M_right,LOW);
     analogWrite(E_right,int(velocity));
     digitalWrite(M_left,LOW);
     analogWrite(E_left,int(velocity));
}
void Stop()//停止
{
     digitalWrite(E_right, LOW); //右电机停
     digitalWrite(E_left, LOW); //左电机停
}
void loop()
{
   //读电位计给出的车速调节值
   velocity=(float)analogRead(potpin)/1023*255;
    int Right,Left, Middle;
   //读红外寻线传感器的信号
    Right=digitalRead(IR_right);
    Left=digitalRead(IR_left);
    Middle=digitalRead(IR_middle);
    //如果右、左两个红外为高电平，中红外为低电平
    //说明小车没有偏离黑色条纹跑道
    if(Right==HIGH && Middle==LOW && Left==HIGH)
    advance();//小车前进
    //如果左红外为低电平
    else if(Right==HIGH && Middle==HIGH && Left==LOW )
    left();//小车左转
    //如果左、中红外为低电平
    else if(Right==HIGH && Middle==LOW && Left==LOW )
    left();//小车左转
    //如果右红外为低电平
    else if(Right==LOW && Middle==HIGH && Left==HIGH)
    right();//小车右转
    //如果右、中红外为低电平
    else if(Right==LOW && Middle==LOW && Left==HIGH)
    right();//小车右转
    else
    Stop();//小车停止
}

设计与实验是个交互的过程，没有一步到位的设计，通过实验发现软硬件设计的问题，通过实验来完善设计。

这个寻线小车的设计也经历了这样的过程，通过这样的交互完善的过程，我总结了以下几点经验：

1、寻线传感器应与被测物体近些，距离越远，传感器受环境光的干扰越大，所以我通过铜柱把传感器安装到铝合金传感器支架上，就是想让传感器离地面近些。但是也不能过近，这样会影响光的传导，所以可以用个土办法，可以向上抬高些传感器，就是向上稍微弯曲传感器支架。

2、黑色电工胶布我贴了两道，这样可以加宽黑色跑道，便于小车寻线。左、右寻线传感器与中央传感器之间的距离要小于黑色跑道宽度，如果大于，会出现3个传感器都检测不到黑色，这样根据程序，小车就会在跑道上停下来。同时左、右寻线传感器之间的距离要大于黑色跑道宽度，为啥？如果左边和中央的传感器都检测到黑色，应该左转，这在程序中有体现。

3、小车的速度不能太快，否则在直道变弯道时，小车会因为惯性而冲出跑道。太慢则小车的行进速度，哈哈。所以我在小车上加了个电位计，方便调试合适的速度。

4、原来认为小车寻线要搞个白板，上面贴黑色，实际上对白色没有那高的要求，浅色即可，所以我选择了客厅的地板，地板瓷砖间的黑色细勾缝，影响不到小车寻线。

在家里边设计边实验设计寻线小车，花不了多少钱，但它的设计过程与真实工业项目的设计路径不是一样一样的吗！