使用超聲波傳感器和Arduino構(gòu)建一個(gè)避障機(jī)器人

　　避障機(jī)器人是一種智能設(shè)備，它可以自動(dòng)感知前方障礙物，并通過轉(zhuǎn)向另一個(gè)方向來避開它們。這種設(shè)計(jì)允許機(jī)器人通過避免碰撞在未知環(huán)境中導(dǎo)航，這是任何自主移動(dòng)機(jī)器人的主要要求。避障機(jī)器人的應(yīng)用范圍不受限制，現(xiàn)在大多數(shù)軍事組織都在使用它，這有助于執(zhí)行許多士兵無法完成的危險(xiǎn)工作。

　　這次我們將使用超聲波傳感器和 Arduino 構(gòu)建一個(gè)避障機(jī)器人。這里使用超聲波傳感器通過計(jì)算機(jī)器人與障礙物之間的距離來感知路徑中的障礙物。如果機(jī)器人發(fā)現(xiàn)任何障礙物，它會(huì)改變方向并繼續(xù)移動(dòng)。

　　如何使用超聲波傳感器構(gòu)建避障機(jī)器人

　　在構(gòu)建機(jī)器人之前，了解超聲波傳感器的工作原理非常重要，因?yàn)樵搨鞲衅鲗⒃?a target="_blank">檢測障礙物方面發(fā)揮重要作用。超聲波傳感器工作的基本原理是記下傳感器發(fā)射超聲波束和撞擊表面后接收超聲波束所花費(fèi)的時(shí)間。然后進(jìn)一步使用公式計(jì)算距離。在這個(gè)項(xiàng)目中，使用了廣泛使用的HC-SR04 超聲波傳感器。

　　因此，HC-SR04 的 Trig 引腳被設(shè)為高電平至少 10 us。一個(gè)聲束以 8 個(gè) 40KHz 的脈沖傳輸。

　　信號(hào)然后撞擊表面并返回并由 HC-SR04 的接收器 Echo 引腳捕獲。Echo 引腳在發(fā)送高電平時(shí)已經(jīng)變?yōu)楦唠娖健?/p>

　　光束返回所需的時(shí)間保存在變量中，并使用如下適當(dāng)?shù)挠?jì)算轉(zhuǎn)換為距離

　　距離 = （時(shí)間 x 空氣中的聲速 （343 m/s））/2

　　這個(gè)避障機(jī)器人的組件很容易找到。為了制作底盤，可以使用任何玩具底盤，也可以定制。

　　所需組件

　　Arduino NANO 或 Uno（任何版本）

　　HC-SR04 超聲波傳感器

　　LM298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

　　5V直流電機(jī)

　　電池

　　輪子

　　機(jī)殼

　　跳線

　　電路原理圖

　　該項(xiàng)目的完整電路圖如下所示，您可以看到它使用了 Arduino nano。但是我們也可以使用具有相同電路（遵循相同引腳）和代碼的 Arduino UNO 構(gòu)建一個(gè)避障機(jī)器人。

　　一旦電路準(zhǔn)備好，我們必須通過將電路組裝在機(jī)器人底盤頂部來構(gòu)建我們的避障車，如下所示。

使用 Arduino 的避障機(jī)器人 - 代碼

該項(xiàng)目的最后給出了帶有演示視頻的完整程序。該程序?qū)ㄔO(shè)置 HC-SR04 模塊并將信號(hào)輸出到電機(jī)引腳以相應(yīng)地移動(dòng)電機(jī)方向。此項(xiàng)目中不會(huì)使用任何庫。

首先在程序中定義HC-SR04的觸發(fā)和回波引腳。在這個(gè)項(xiàng)目中，觸發(fā)引腳連接到 GPIO9，回聲引腳連接到 Arduino NANO 的 GPIO10。

?

int trigPin = 9; // HC-SR04 的觸發(fā)引腳
int echoPin = 10; // HC-SR04的回聲引腳

?

定義 LM298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸入引腳。LM298N 有 4 個(gè)數(shù)據(jù)輸入引腳，用于控制與其連接的電機(jī)的方向。

?

int revleft4 = 4; //左電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)
int fwdleft5 = 5; //左電機(jī)的ForWarD運(yùn)動(dòng)
int revright6 = 6; //右電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)
int fwdright7 = 7; //右電機(jī)ForWarD運(yùn)動(dòng)

?

　在setup()函數(shù)中，定義使用的 GPIO 引腳的數(shù)據(jù)方向。四個(gè) Motor 引腳和 Trig 引腳設(shè)置為 OUTPUT，Echo 引腳設(shè)置為 Input。

?

pinMode（revleft4，輸出）；// 將電機(jī)引腳設(shè)置為輸出
pinMode(fwdleft5, OUTPUT); 
pinMode（revright6，輸出）；
pinMode（fwdright7，輸出）；
pinMode（trigPin，輸出）；// 將觸發(fā)引腳設(shè)置為輸出
pinMode(echoPin, INPUT); //將回波引腳設(shè)置為輸入以捕獲反射波

?

在loop()函數(shù)中，獲取到 HC-SR04的距離并根據(jù)距離移動(dòng)電機(jī)方向。距離將顯示機(jī)器人前方的物體距離。距離是通過將一束超聲波發(fā)射到 10 微秒并在 10 微秒后接收它來獲取的。

?

數(shù)字寫入（trigPin，低）；
延遲微秒（2）；   
digitalWrite(trigPin, HIGH); // 發(fā)送波形 10 us 
delayMicroseconds(10); 
持續(xù)時(shí)間=脈沖輸入（回聲針，高）；// 接收反射波
距離 = 持續(xù)時(shí)間 / 58.2; // 轉(zhuǎn)換為距離
延遲(10);

?

如果距離大于定義的距離，則表示其路徑中沒有障礙物，它將向前移動(dòng)。

?

            if (距離 > 19)             
            { 
            digitalWrite(fwdright7, HIGH); // 前進(jìn)
            digitalWrite(revright6, LOW); 
            數(shù)字寫入（fwdleft5，高）；                                
            數(shù)字寫入（revleft4，低）；                                                       
            }

?

如果距離小于定義的避障距離，則表示前方有障礙物。所以在這種情況下，機(jī)器人會(huì)停一會(huì)，然后向后移動(dòng)，然后再停一會(huì)，然后轉(zhuǎn)向另一個(gè)方向。

?

              if (距離 < 18) 
             { 
             digitalWrite(fwdright7, LOW); //停止                
             digitalWrite(revright6, LOW); 
             數(shù)字寫入（fwdleft5，低）；                                
             數(shù)字寫入（revleft4，低）；
             延遲（500）；
             數(shù)字寫入（fwdright7，低）；//movebackword          
             digitalWrite(revright6, HIGH); 
             數(shù)字寫入（fwdleft5，低）；                                
             數(shù)字寫入（revleft4，高）；
             延遲（500）；
             數(shù)字寫入（fwdright7，低）；//停止                
             digitalWrite(revright6, LOW);
             數(shù)字寫入（fwdleft5，低）；                                
             數(shù)字寫入（revleft4，低）；  
             延遲（100）；  
             數(shù)字寫入（fwdright7，高）；       
             數(shù)字寫入（revright6，低）；   
             數(shù)字寫入（revleft4，低）；                                 
             數(shù)字寫入（fwdleft5，低）；  
             延遲（500）；
            }

?

　　這就是機(jī)器人如何避開路徑上的障礙物而不會(huì)卡在任何地方的方法。
int revright6 = 6; //右電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)

int fwdright7 = 7; //右電機(jī)ForWarD運(yùn)動(dòng)


持續(xù)時(shí)間長，距離遠(yuǎn)；


無效設(shè)置（）{



延遲（隨機(jī)（500,2000））；// 隨機(jī)時(shí)間延遲

Serial.begin(9600);

pinMode（revleft4，輸出）；// 將電機(jī)引腳設(shè)置為輸出

pinMode(fwdleft5, OUTPUT);

pinMode（revright6，輸出）；

pinMode（fwdright7，輸出）；



pinMode（trigPin，輸出）；// 將觸發(fā)引腳設(shè)置為輸出

pinMode(echoPin, INPUT); //將回波引腳設(shè)置為輸入以捕獲反射波

}


無效循環(huán)（）{


數(shù)字寫入（trigPin，低）；

延遲微秒（2）；

digitalWrite(trigPin, HIGH); // 發(fā)送波形 10 us

delayMicroseconds(10);

持續(xù)時(shí)間=脈沖輸入（回聲針，高）；// 接收反射波

距離 = 持續(xù)時(shí)間 / 58.2; // 轉(zhuǎn)換為距離

延遲(10);

// 如果你的機(jī)器人沒有得到正確的運(yùn)動(dòng)，那么改變引腳號(hào)

if (distance > 19)

{

digitalWrite(fwdright7, HIGH); // 前進(jìn)

digitalWrite(revright6, LOW);

數(shù)字寫入（fwdleft5，高）；

數(shù)字寫入（revleft4，低）；

}


if (距離 < 18)

{

digitalWrite(fwdright7, LOW); //停止

digitalWrite(revright6, LOW);

數(shù)字寫入（fwdleft5，低）；

數(shù)字寫入（revleft4，低）；

延遲（500）；

數(shù)字寫入（fwdright7，低）；//movebackword

digitalWrite(revright6, HIGH);

數(shù)字寫入（fwdleft5，低）；

數(shù)字寫入（revleft4，高）；

延遲（500）；

數(shù)字寫入（fwdright7，低）；//停止

digitalWrite(revright6, LOW);

數(shù)字寫入（fwdleft5，低）；

數(shù)字寫入（revleft4，低）；

延遲（100）；

數(shù)字寫入（fwdright7，高）；

數(shù)字寫入（revright6，低）；

數(shù)字寫入（revleft4，低）；

數(shù)字寫入（fwdleft5，低）；

延遲（500）；

}


}