使用Arduino Uno开发板制作一个简易循迹机器人

风筝

循迹机器人（Line Follower Robot，LFR）是一种比较简单的自主引导型机器人，它可以跟随地面上绘制的一条线，检测出白色表面上的黑线或黑色表面上的白线。循迹机器人是一个非常有趣的项目。在本篇文章中，我们将学习如何使用Arduino Uno开发板和一些常见组件制作一个循迹机器人。听起来是不是很有趣？让我们开始吧。

循迹机器人的工作原理

如前所述，循迹机器人跟随一条线，为了跟随一条线，机器人必须先检测到这条线。现在的问题是如何在循迹机器人中实现线路感应机制。我们都知道，因为黑色表面吸收的光量最大，所以白色表面对光的反射最大，黑色表面反射最小。因此，我们将使用光的这种特性来检测线。要检测光亮度，可以使用光敏电阻LDR或红外IR传感器。在本文中，我们将使用IR传感器，因为它具有更高的精度。为了检测出走线，我们放置了两个红外传感器，其中一个在机器人左侧，另一个在机器人的右侧。然后我们将机器人放在线上，使线位于两个传感器的中间。

红外传感器由两个元件组成，发射器和接收器。发射器是一个红外LED，它产生信号，而红外接收器是一个光电二极管，它感应发射器产生的信号。红外传感器向物体发射红外光，遇到黑色部分的光被吸收，从而产生低输出，但遇到白色部分的光反射回发射器，然后被红外接收器检测到，从而提供模拟输出。使用上述原理，我们通过驱动连接到电机的轮子来控制机器人的运动，电机由微控制器控制。

循迹机器人如何导航？

一个典型的循迹机器人有两组电机，我们称它们为左电机和右电机。两个电机分别根据左右传感器接收到的信号进行旋转。机器人需要进行4组运动，包括前进、左转、右转和停止。下面分别对这些情况进行说明。

前进：

在这种情况下，当两个传感器都在白色表面上并且线在两个传感器之间时，机器人应该向前移动，即两个电机都应该旋转，使机器人向前移动。

左转：

在这种情况下，左侧传感器位于黑线上方，而右侧传感器位于白色部分，因此左侧传感器检测到黑线并向微控制器发出信号。由于信号来自左侧传感器，因此机器人应转向左侧方向。因此，左电机向后旋转，右电机正向旋转。因此，机器人转向左侧。

右转：

这种情况与左转情况类似，但在这种情况下，只有右传感器检测到线，这意味着机器人应该向正确的方向转动。为了使机器人向右转动，左电机向前旋转，右电机向后旋转，这样机器人向右转向。

停止：

在这种情况下，两个传感器都位于线的前方并且它们可以同时检测到黑线，微控制器被馈送以将这种情况视为停止过程。因此，两个电机都停止，这导致机器人停止移动。

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所需的组件

●    Arduino Uno开发板

●    L293D电机驱动器

●    红外传感器模块

●    7.4或9V电池

●    电机

●    机器人底盘

●    电线

连接原理图

该电路主要由四部分组成：两个红外传感器、一个电机驱动器、两个电机、一个Arduino、一个电池和几条连接线。传感器感应从表面反射的红外光，并将输出馈送到板载运算放大器比较器。当传感器位于白色背景上时，传感器发出的光被白色地面反射并被接收器接收。但是当传感器位于黑色背景上方时，来自光源的光不会反射到它上面。传感器感应反射光的强度以提供输出。传感器的输出被馈送到微控制器，微控制器向电机驱动器发出命令以相应地驱动电机。在本文中，Arduino Uno根据来自传感器的输入使机器人前进、右转或左转以及停止。 Arduino的输出连接到电机驱动器。

组装循迹机器人

在了解了所有组件的连接后，我们就可以开始组装循迹机器人了。要制作这个机器人，首先我们需要一个机器人底盘，本文我使用的是自制底盘。您可以使用现成的底盘，也可以自己组装。

现在，通过热熔胶将电机放置到底盘上，如下图所示。

下一步是将电机驱动器放在底盘上，并将电机线连接到电机驱动器的输出端。

接下来，如图所示焊接红外传感器。

然后将传感器放在机器人底部，根据轨道宽度和机器人宽度调整传感器。请记住，一个传感器用于左侧检测，另一个用于右侧检测。

现在使用胶水放置Arduino Uno开发板，并将传感器输出引脚连接到Arduino的数字引脚2和4。

将VCC引脚连接到 5V，将GND引脚连接到地。

现在，将电机驱动器的使能引脚连接到Arduino的引脚5和8，并将电机驱动器输入引脚分别连接到Arduino的引脚6、7、9和10。

最后，将电池连接到电路并将电池放在底盘上。现在将底盘倒置，使用热熔胶安装脚轮，如下图所示。

最后一步，添加车轮。

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Arduino循迹机器人的代码

循迹机器人的编程部分非常简单，我们只需要基础的Arduino功能。程序说明如下。

首先定义我们使用的每个Arduino引脚号。从驱动驱动器的引脚和传感器引脚开始。在这里，我对每一行代码都做了注释，方便大家理解。

1. #define enA 5 //Enable1 L293 Pin enA
   
2. #define in1 6 //Motor1  L293 Pin in1
   
3. #define in2 7 //Motor1  L293 Pin in1
   
4. #define in3 9 //Motor2  L293Pin in1
   
5. #define in4 10 //Motor2  L293 Pin in1
   
6. #define enB 8 //Enable2 L298 Pin enB
   
7. #define R_S 4 // Right sensor
   
8. #define L_S 2 // Left sensor

复制代码

在setup()函数中，声明每个引脚的引脚模式。我们需要读取红外传感器的输出，因此将这些引脚定义为输入。电机需要由Arduino驱动，因此将电机驱动器引脚定义为输出。最后，将启用引脚拉高。

1. pinMode(R_S, INPUT);
   
2. pinMode(L_S, INPUT);
   
3. pinMode(enA, OUTPUT);
   
4. pinMode(in1, OUTPUT);
   
5. pinMode(in2, OUTPUT);
   
6. pinMode(in3, OUTPUT);
   
7. pinMode(in4, OUTPUT);
   
8. pinMode(enB, OUTPUT);
   
9. digitalWrite(enA, HIGH);
   
10. digitalWrite(enB, HIGH);

复制代码

在loop()函数中，我们首先读取红外传感器的值，然后使用if条件控制电机的运动。下面解释四种运动条件。

向前进：

1. if((digitalRead(R_S) == 0)&&(digitalRead(L_S) == 0)){forward();}

复制代码

在这种情况下，如果右侧传感器和左侧传感器同时位于白线之上，则机器人应该向前移动，这时我们调用forward函数。（注意：这里0表示红外传感器输出高，因为传感器在白线上）

转向右侧：

1. if((digitalRead(R_S) == 1)&&(digitalRead(L_S) == 0)){turnRight();}

复制代码

如果右侧检测到黑线，而左侧传感器没有检测到任何黑线，则会调用turnRight函数向右转向。

转向左侧：

1. if((digitalRead(R_S) == 0)&&(digitalRead(L_S) == 1)){turnLeft();}
   

复制代码

如果右侧传感器在白线上并且左侧传感器检测到黑色，则它将调turnLeft函数向左转向。

停止：

1. if((digitalRead(R_S) == 1)&&(digitalRead(L_S) == 1)){Stop();}
   

复制代码

如果右侧传感器和左侧传感器位于黑线，则它将调用Stop函数。在这种情况下，机器人将完全停止。

我们定义了机器人工作的4个函数，分别Forward、turnLeft、turnRight和Stop。函数代码如下：

Forward函数：

1. void forward(){
   
2. digitalWrite(in1, HIGH);
   
3. digitalWrite(in2, LOW);
   
4. digitalWrite(in3, LOW);
   
5. digitalWrite(in4, HIGH);
   
6. }

复制代码

我们将电机驱动器的输入1和4拉高，因此，两个电机都会向前移动。

以上就是代码部分。使用USB电缆将Arduino与计算机连接，然后使用Arduino IDE上传代码。

测试和校准

我们已经组装了机器人并上传了代码，现在是时候看看它的运行情况了，如果它无法跟随线路，那么我们需要校准机器人。首先将机器人放在黑色表面上（两个传感器都应该在黑色表面的顶部）然后调整红外模块的可变电阻，直到红外模块的输出LED熄灭。接下来，将机器人放在白色表面上并检查LED是否亮，如果不亮，则只需调整可变电阻即可。再次重复该过程，以确保输出 LED 按照要求运行。

现在，由于我们已经校准了机器人，需要做的就是将机器人放在黑线上并观察它的运行情况。

如果您有任何问题，请随时在本帖下面进行回复。

心不大

没有左转右转代码吗？

风筝

心不大 发表于 2021-11-17 11:43
没有左转右转代码吗？

完整的代码：

1. // Arduino Line Follower Robot Code
   
2. 
   
3. #define enA 5//Enable1 L293 Pin enA
   
4. #define in1 6 //Motor1  L293 Pin in1
   
5. #define in2 7 //Motor1  L293 Pin in1
   
6. #define in3 9 //Motor2  L293 Pin in1
   
7. #define in4 10 //Motor2  L293 Pin in1
   
8. #define enB 8 //Enable2 L293 Pin enB
   
9. #define R_S 4//ir sensor Right
   
10. #define L_S 2 //ir sensor Left
    
11. void setup(){
    
12. pinMode(R_S, INPUT);
    
13. pinMode(L_S, INPUT);
    
14. pinMode(enA, OUTPUT);
    
15. pinMode(in1, OUTPUT);
    
16. pinMode(in2, OUTPUT);
    
17. pinMode(in3, OUTPUT);
    
18. pinMode(in4, OUTPUT);
    
19. pinMode(enB, OUTPUT);
    
20. digitalWrite(enA, HIGH);
    
21. digitalWrite(enB, HIGH);
    
22. delay(1000);
    
23. }
    
24. void loop(){  
    
25. if((digitalRead(R_S) == 0)&&(digitalRead(L_S) == 0)){forward();}   //if Right Sensor and Left Sensor are at White color then it will call forword function
    
26. if((digitalRead(R_S) == 1)&&(digitalRead(L_S) == 0)){turnRight();} //if Right Sensor is Black and Left Sensor is White then it will call turn Right function  
    
27. if((digitalRead(R_S) == 0)&&(digitalRead(L_S) == 1)){turnLeft();}  //if Right Sensor is White and Left Sensor is Black then it will call turn Left function
    
28. if((digitalRead(R_S) == 1)&&(digitalRead(L_S) == 1)){Stop();} //if Right Sensor and Left Sensor are at Black color then it will call Stop function
    
29. }
    
30. void forward(){  //forword
    
31. digitalWrite(in1, HIGH); //Right Motor forword Pin
    
32. digitalWrite(in2, LOW);  //Right Motor backword Pin
    
33. digitalWrite(in3, LOW);  //Left Motor backword Pin
    
34. digitalWrite(in4, HIGH); //Left Motor forword Pin
    
35. }
    
36. void turnRight(){ //turnRight
    
37. digitalWrite(in1, LOW);  //Right Motor forword Pin
    
38. digitalWrite(in2, HIGH); //Right Motor backword Pin  
    
39. digitalWrite(in3, LOW);  //Left Motor backword Pin
    
40. digitalWrite(in4, HIGH); //Left Motor forword Pin
    
41. }
    
42. void turnLeft(){ //turnLeft
    
43. digitalWrite(in1, HIGH); //Right Motor forword Pin
    
44. digitalWrite(in2, LOW);  //Right Motor backword Pin
    
45. digitalWrite(in3, HIGH); //Left Motor backword Pin
    
46. digitalWrite(in4, LOW);  //Left Motor forword Pin
    
47. }
    
48. void Stop(){ //stop
    
49. digitalWrite(in1, LOW); //Right Motor forword Pin
    
50. digitalWrite(in2, LOW); //Right Motor backword Pin
    
51. digitalWrite(in3, LOW); //Left Motor backword Pin
    
52. digitalWrite(in4, LOW); //Left Motor forword Pin
    
53. }

复制代码