Arduino智能小車(chē)——超聲波避障

Arduino智能小車(chē)系列教程時(shí)空門(mén)：

Arduino智能小車(chē)——拼裝篇 點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)

Arduino智能小車(chē)——測(cè)試篇 點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)

Arduino智能小車(chē)——調(diào)速篇 點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)

Arduino智能小車(chē)——超聲波避障 點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)

Arduino智能小車(chē)——藍(lán)牙小車(chē) 點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)

Arduino智能小車(chē)——循跡篇 點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)

Arduino智能小車(chē)——小車(chē)測(cè)速 點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)

文章目錄

經(jīng)過(guò)前幾篇的測(cè)試大家應(yīng)該對(duì)小車(chē)有一定的認(rèn)識(shí)了，在實(shí)際的操作過(guò)程中經(jīng)常會(huì)由于操作不當(dāng)各種碰壁吧？那這次我們將給小車(chē)裝上一只“眼睛”，讓小車(chē)看到障礙，躲避障礙。

準(zhǔn)備材料

超聲波模塊HC-SR04

在這里簡(jiǎn)單說(shuō)下超聲波測(cè)距的原理，相信大家也都知道。超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，它的根據(jù)是接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差，與雷達(dá)測(cè)距原理相似。 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。

采用Trig引腳觸發(fā)，給至少10us的高電平脈沖信號(hào)

模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回

有信號(hào)返回，通過(guò)Echo引腳輸出一個(gè)高電平脈沖，高電平脈沖持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到反射返回的時(shí)間。距離=(高電平脈沖時(shí)間*340)/2。(聲音在空氣中傳播速度為340m/s)

主要技術(shù)參數(shù)

工作電壓

DC5V

靜態(tài)電流

<2mA

輸出電平

0-5V

感應(yīng)角度

≤15度

探測(cè)距離

2cm-450cm

最高精度

0.3cm

舵機(jī)

在這里推薦9G舵機(jī)SG90，或者其他類(lèi)似的舵機(jī)，這種舵機(jī)體積比較小，扭矩雖然不是大， 但是足夠帶動(dòng)簡(jiǎn)易云臺(tái)，很方便在小車(chē)上使用，大家購(gòu)買(mǎi)時(shí)注意舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，有55度的，180度的等等，大家可以根據(jù)需要購(gòu)買(mǎi)。

舵機(jī)固定架

舵機(jī)固定架的購(gòu)買(mǎi)一定要配合舵機(jī)，所以大家購(gòu)買(mǎi)的時(shí)候注意尺寸哦！！~

舵機(jī)安裝

舵機(jī)在安裝之前大家一定要記得校準(zhǔn)，為什么要校準(zhǔn)那，這個(gè)跟舵機(jī)的工作原理有關(guān)。控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms左右的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分，總間隔為2ms。以180度角度伺服為例，那么對(duì)應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的：

高電平時(shí)間

對(duì)應(yīng)位置

0.5ms

0度

1.0ms

45度

1.5ms

90度

2.0ms

135度

2.5ms

180度

也就是說(shuō)當(dāng)對(duì)舵機(jī)輸入相同控制信號(hào)時(shí)，舵機(jī)會(huì)運(yùn)動(dòng)到固定位置，他的動(dòng)作不是做圓周運(yùn)動(dòng)，而是在運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)控制信號(hào)。

因此我們需要在將舵機(jī)安裝在固定架上之前，需要先將舵機(jī)初始化好，舵機(jī)一般為三根線：棕色——GND，紅色——VCC，橙色——控制信號(hào)。因此我們將棕色線接到GND，紅色線接到“+5V”引腳，橙色線接到“9”引腳，初始化程序如下：

`#include //加入含有舵機(jī)控制庫(kù)的頭文件

#define PIN_SERVO 9 //舵機(jī)信號(hào)控制引腳

Servo myservo;

void setup()

{

myservo.attach(PIN_SERVO); //舵機(jī)初始化

}

void loop()

{

myservo.write(90); //PWM輸出

}`

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在舵機(jī)初始化好之后將其安裝在固定架上，然后裝配在小車(chē)上，此時(shí)保證超聲波模塊超前。

超聲波接線

估計(jì)不少朋友早已經(jīng)發(fā)現(xiàn)板子上的“+5V”和“GND”引腳已經(jīng)不夠用了，這個(gè)時(shí)候你們可以向我這樣焊一個(gè)擴(kuò)展板出來(lái)，上面固定兩排排針，一排用來(lái)擴(kuò)展“+5V”，一邊用來(lái)擴(kuò)展“GND”引腳。

超聲波模塊有四個(gè)引腳，“VCC”接到Arduino UNO開(kāi)發(fā)板的“+5V”引腳，“GND”接到開(kāi)發(fā)板“GND”引腳，“Trig”引腳接到開(kāi)發(fā)板“8”引腳，“Echo”引腳接到開(kāi)發(fā)板“7”引腳。

線太亂了，真的沒(méi)辦法整理，我自己都沒(méi)眼看。

代碼測(cè)試

`#include #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 leftPWM = 5;

int rightPWM = 6;

Servo myServo; //舵機(jī)

int inputPin=7; // 定義超聲波信號(hào)接收接口

int outputPin=8; // 定義超聲波信號(hào)發(fā)出接口

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

//串口初始化

Serial.begin(9600);

//舵機(jī)引腳初始化

myServo.attach(9);

//測(cè)速引腳初始化

pinMode(leftMotor1, OUTPUT);

pinMode(leftMotor2, OUTPUT);

pinMode(rightMotor1, OUTPUT);

pinMode(rightMotor2, OUTPUT);

pinMode(leftPWM, OUTPUT);

pinMode(rightPWM, OUTPUT);

//超聲波控制引腳初始化

pinMode(inputPin, INPUT);

pinMode(outputPin, OUTPUT);

}

void loop() {

// put your main code here, to run repeatedly:

avoidance();

}

void motorRun(int cmd,int value)

{

analogWrite(leftPWM, value); //設(shè)置PWM輸出，即設(shè)置速度

analogWrite(rightPWM, value);

switch(cmd){

case FORWARD:

Serial.println("FORWARD"); //輸出狀態(tài)

digitalWrite(leftMotor1, HIGH);

digitalWrite(leftMotor2, LOW);

digitalWrite(rightMotor1, HIGH);

digitalWrite(rightMotor2, LOW);

break;

case BACKWARD:

Serial.println("BACKWARD"); //輸出狀態(tài)

digitalWrite(leftMotor1, LOW);

digitalWrite(leftMotor2, HIGH);

digitalWrite(rightMotor1, LOW);

digitalWrite(rightMotor2, HIGH);

break;

case TURNLEFT:

Serial.println("TURN LEFT"); //輸出狀態(tài)

digitalWrite(leftMotor1, HIGH);

digitalWrite(leftMotor2, LOW);

digitalWrite(rightMotor1, LOW);

digitalWrite(rightMotor2, HIGH);

break;

case TURNRIGHT:

Serial.println("TURN RIGHT"); //輸出狀態(tài)

digitalWrite(leftMotor1, LOW);

digitalWrite(leftMotor2, HIGH);

digitalWrite(rightMotor1, HIGH);

digitalWrite(rightMotor2, LOW);

break;

default:

Serial.println("STOP"); //輸出狀態(tài)

digitalWrite(leftMotor1, LOW);

digitalWrite(leftMotor2, LOW);

digitalWrite(rightMotor1, LOW);

digitalWrite(rightMotor2, LOW);

}

}

void avoidance()

{

int pos;

int dis[3];//距離

motorRun(FORWARD,200);

myServo.write(90);

dis[1]=getDistance(); //中間

if(dis[1]<30)

{

motorRun(STOP,0);

for (pos = 90; pos <= 150; pos += 1)

{

myServo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'pos'

delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the position

}

dis[2]=getDistance(); //左邊

for (pos = 150; pos >= 30; pos -= 1)

{

myServo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'pos'

delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the position

if(pos==90)

dis[1]=getDistance(); //中間

}

dis[0]=getDistance(); //右邊

for (pos = 30; pos <= 90; pos += 1)

{

myServo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'pos'

delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the position

}

if(dis[0]=50)

{

//如果距離小于50厘米返回?cái)?shù)據(jù)

return 50;

}//如果距離小于50厘米小燈熄滅

else

return distance;

}`

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代碼詳解

“Trig”引腳控制超聲波發(fā)出聲波，對(duì)應(yīng)int outputPin=8;

“Echo”引腳反應(yīng)接收到返回聲波，對(duì)應(yīng)int inputPin=7;

`int inputPin=7; // 定義超聲波信號(hào)接收接口

int outputPin=8; // 定義超聲波信號(hào)發(fā)出接口`

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int getDistance()函數(shù)解析

超聲波發(fā)出引腳“Trig”為高時(shí)對(duì)外發(fā)出超聲波，為保證發(fā)出10μs聲波，因此在發(fā)送之前需要將該引腳拉低，并給他一定反應(yīng)時(shí)間。

`digitalWrite(outputPin, LOW); // 使發(fā)出發(fā)出超聲波信號(hào)接口低電平2μs

delayMicroseconds(2);`

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之后發(fā)送10μs超聲波

`digitalWrite(outputPin, HIGH); // 使發(fā)出發(fā)出超聲波信號(hào)接口高電平10μs，這里是至少10μs`

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聲波發(fā)送之后禁止其繼續(xù)發(fā)送，同時(shí)開(kāi)始檢測(cè)是否反射回來(lái)的聲波

`digitalWrite(outputPin, LOW); // 保持發(fā)出超聲波信號(hào)接口低電平

int distance = pulseIn(inputPin, HIGH); // 讀出脈沖時(shí)間`

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pulseIn()單位為微秒，聲速344m/s，所以距離cm=344_100/1000000_pulseIn()/2約等于pulseIn()/58.0distance= distance/58; // 將脈沖時(shí)間轉(zhuǎn)化為距離(單位：厘米)

超聲波模塊工作受物體表面反射程度影響，并且在傳播過(guò)程中信號(hào)強(qiáng)度容易衰減，因此該模塊適用的檢測(cè)距離有限，一般在50cm以內(nèi)相對(duì)正確，而且我們?cè)诒苷蠒r(shí)不需要檢測(cè)太遠(yuǎn)的距離，因此超過(guò)50cm以上的都按50cm計(jì)算

`if (distance >=50)

{

//如果距離小于50厘米返回?cái)?shù)據(jù)

return 50;

}//如果距離小于50厘米小燈熄滅

else

return distance;`

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void avoidance()函數(shù)解析

小車(chē)前進(jìn)過(guò)程中只檢測(cè)前方距離障礙的距離，并且控制舵機(jī)，保持超聲波模塊位于正前方。

`motorRun(FORWARD,200);

myServo.write(90);

dis[1]=getDistance(); //中間`

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當(dāng)檢測(cè)到小車(chē)前方距離障礙距離小于30cm時(shí)停車(chē)，檢測(cè)兩邊距離。

`motorRun(STOP,0);`

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控制舵機(jī)每次運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期后都返回正前方位置。由于舵機(jī)運(yùn)動(dòng)需要一定的時(shí)間，因此在每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度的時(shí)候都延時(shí)delay(15)，供其運(yùn)動(dòng)。

`for (pos = 90; pos <= 150; pos += 1)

{

myServo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'pos'

delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the position

}`

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當(dāng)運(yùn)動(dòng)到最左邊時(shí)檢測(cè)小車(chē)左邊距離障礙的距離

`dis[2]=getDistance(); //左邊`

* 1

向右邊運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)右邊距離

`for (pos = 150; pos >= 30; pos -= 1)

{

myServo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'pos'

delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the position

if(pos==90)

dis[1]=getDistance(); //中間

}

dis[0]=getDistance(); //右邊`

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將前邊、左邊、右邊距離障礙的距離都檢測(cè)結(jié)束之后，舵機(jī)回到最初位置。

`for (pos = 30; pos <= 90; pos += 1)

{

myServo.write(pos); // tell servo to go to position in variable 'pos'

delay(15); // waits 15ms for the servo to reach the position

}`

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注意事項(xiàng)

1.舵機(jī)使用時(shí)要防止其堵轉(zhuǎn)，因?yàn)辄c(diǎn)擊堵轉(zhuǎn)時(shí)電流會(huì)增大，很容易燒壞舵機(jī)。

2.舵機(jī)的紅色電源線接入電壓一般要大于等于其工作電壓，供電不足會(huì)導(dǎo)致舵機(jī)不停自傳。

3.Arduino 《Servo.h》庫(kù)里提供的write()函數(shù)輸出的PWM即為舵機(jī)專(zhuān)用的20ms為周期的PWM波，如果使用其他開(kāi)發(fā)板或者函數(shù)的話，請(qǐng)務(wù)必保證輸出方波周期為20ms，否則舵機(jī)不會(huì)受控制

總結(jié)

這一篇講解了舵機(jī)和超聲波模塊的使用方法，舵機(jī)在大家以后的開(kāi)發(fā)生涯中應(yīng)該會(huì)經(jīng)常用到，因此舵機(jī)的使用規(guī)則(控制周期為20ms)請(qǐng)大家一定要記清楚，在舵機(jī)不受控制的時(shí)候建議大家可以購(gòu)買(mǎi)一個(gè)舵機(jī)測(cè)試儀來(lái)測(cè)試舵機(jī)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的distance在函数 int_Arduino智能小车——超声波避障的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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