Arduino红外循迹小车代码笔记和常见问题解决

本人刚接触Arduino不久，此代码用于参加校内的比赛，采用是4个红外传感器来检测小车是否压倒黑线，小车是有两个电机，也就是两个由电机控制的大轮，和一个可以转动的小轮用来控制方向。

在烧写小车代码之前，需要确保Arduino的配置正确，选择正确的开发板端口

并且根据实际硬件的不同来连接小车的线路。

在我们实际小车在简易路线（没有坡度，障碍等因素影响）运行的过程当中呢，我们所需要面对的情况有直线、十字路口、小幅度弯道、大幅度弯道四种常见情况，为了更好的应对这几种情况，传感器的数量多当然要更加有优势。

这里四个红外传感器，也就是我们的循迹模块的情况（1为检测到黑线）如下：

基本情况：

1.小车红外向前方向，从左往右依次是1~4：
2.小车放置赛道的时候需要将黑线最好放置在2，3传感器之间

3.当数值为1时，表示检测到了黑线

直行：当我们小车没有传感器检测到黑线时，则为一般直行情况

           当小车四个传感器全部检测到黑线时，表示遇到十字路口，依旧直行

大幅度转弯：

因为我们默认小车上赛道的摆放方式是3，4传感器位于黑色赛道的两边，

当只有最外侧的1或4传感器检测到黑线的时候，就表明我们已经严重偏离了赛道，需要进行大幅度的矫正

当左侧或者右侧两个传感器都检测到黑线的时候，表示我们的小车遇到了转弯幅度更为大的弯道甚至是直角弯，这里同样需要进行大幅度转弯，甚至比上面的情况转弯幅度更大。因为在实际的调试过程当中，我发现，如何小车的转弯速度不够快，同样也会导致左侧或右侧两个传感器同时检测到黑线的情况，所以这样写也更为保险一些。

小幅度转弯：当内侧传感器检测到黑线时，表示我们的小车轻微偏离轨道，则选择小幅度的进行矫正即可

代码片段：

引脚定义片段，这里的引脚定义需要根据实际的板子的型号不同进行选择，我这里3，5，6，9引脚是带有~号样式的引脚，也就是可以使用PWM调速的引脚，这里只对PWM进行简单的使用说明，PWM的范围为0~255,数值越大电机转速越快。

以下为电机引脚的定义：

// 电机引脚定义
int LeftMotorGo = 3;      // 左电机前进 (IN1)
int LeftMotorBack = 5;    // 左电机后退 (IN2)
int RightMotorGo = 6;     // 右电机前进 (IN3)
int RightMotorBack = 9;   // 右电机后退 (IN4)

和电机相同，红外线传感器也需要在Arduino中进行定义说明:

 
// 红外传感器引脚定义
const int Sensor1 = 4;    // 第一个红外传感器
const int Sensor2 = 7;    // 第二个红外传感器
const int Sensor3 = 8;    // 第三个红外传感器
const int Sensor4 = 12;   // 第四个红外传感器

那定义完我们的引脚之后还要进，行其他的操作，分为两个部分一个是void setup()，其另一个则是void loop()

在Arduino编程中，void setup() 用于初始化程序所需的设置和配置。它是Arduino程序的一部分，会在程序开始执行时自动调用。

在 void setup() 函数中，可以设置引脚的模式（如输入或输出）,在下面的示例中，void setup() 函数执行以下操作：

1. 配置电机引脚：通过调用 pinMode() 函数，将电机引脚(LeftMotorGo, LeftMotorBack, RightMotorGo, RightMotorBack) 设置为输出模式，用于控制电机的前进和后退。
2. 配置红外传感器引脚：通过调用 pinMode() 函数，将红外传感器引脚(Sensor1, Sensor2, Sensor3, Sensor4) 设置为输入模式，用于接收来自传感器的信号。

这两个函数有一个最基本的区别就是，void setup() 函数只在程序开始时执行一次, void loop() 函数在循环中执行代码。

示例代码：

void setup() {
  // 设置电机引脚为输出
  pinMode(LeftMotorGo, OUTPUT);
  pinMode(LeftMotorBack, OUTPUT);
  pinMode(RightMotorGo, OUTPUT);
  pinMode(RightMotorBack, OUTPUT);
  
  // 设置红外传感器引脚为输入
  pinMode(Sensor1, INPUT);
  pinMode(Sensor2, INPUT);
  pinMode(Sensor3, INPUT);
  pinMode(Sensor4, INPUT);
}

在定义完之后，我们就来谈谈如何来实际控制我们小车电机的转速，这里我们引入另一个函数， analogWrite()，通过这个函数我们可以轻松的控制脉冲宽度调制 (PWM) 的方式输出模拟信号，从而来实现控制小车电机的转速。同样我们为了代码看起来更加简洁我们定义一个void 类型的函数以便于后面更加简单直观的控制我们的小车。

void Motor_Speed(int Left1_Speed, int Left2_Speed, int Right1_Speed, int Right2_Speed)
{
  analogWrite(LeftMotorGo, Left1_Speed); 
  analogWrite(LeftMotorBack, Left2_Speed);
  analogWrite(RightMotorGo, Right1_Speed);
  analogWrite(RightMotorBack, Right2_Speed);
}

这个函数接收四个数值，分别对应四个速度，我们使用 analogWrite函数将接收的速度（PWM）传输到LeftMotorGo等四个变量上去。

在完成这一步的工作之后，我们就要进入我们的void loop() 函数当中去，让我们的小车开始实现循迹的功能：

那么在这里先简单介绍一下小车实现转弯的几种方式吧

1.正转+停转

2.正转+反转

3.停转+反转

一般就是这几种方式，我所选择的是2.正转+反转，因为我在调试的过程中发现，这种转弯方式更加的快速，对与轨道的吸附能力更强，冲出的情况较少。

以下为示例代码:

void loop() {
   //读取红外传感器的值
  int sensorValue1 = digitalRead(Sensor1);
  int sensorValue2 = digitalRead(Sensor2);
  int sensorValue3 = digitalRead(Sensor3);
  int sensorValue4 = digitalRead(Sensor4);
  
   //根据红外传感器的值控制小车的运动
  if (sensorValue1 == 0 && sensorValue2 == 1 && sensorValue3 == 0 && sensorValue4 == 0) {  //轻微偏离轨道，差速
    Motor_Speed(85, 0, 255, 0);
    //delay(25);  //延迟一段时间，调整转弯幅度
  } else if(sensorValue1 == 0 && sensorValue2 == 0 && sensorValue3 == 1 && sensorValue4 == 0) {  //轻微偏离轨道，差速
    Motor_Speed(240, 0, 85, 0);
    //delay(25);  //延迟一段时间，调整转弯幅度
  } else if(sensorValue1 == 1 && sensorValue2 == 0 && sensorValue3 == 0 && sensorValue4 == 0) {  //严重偏离轨道，反转
    Motor_Speed(0, 155, 255, 0);
    //delay(75);  //延迟一段时间，调整转弯幅度
  } else if(sensorValue1 == 0 && sensorValue2 == 0 && sensorValue3 == 0 && sensorValue4 == 1) {  //严重偏离轨道，反转
    Motor_Speed(255, 0, 0, 155);
    //delay(75);  //延迟一段时间，调整转弯幅度
  } else if(sensorValue1 == 1 && sensorValue2 == 1 && sensorValue3 == 0 && sensorValue4 == 0) {  //直角转弯，更大的转弯幅度
    Motor_Speed(0, 245, 255, 0);
    delay(40);  //延迟一段时间，调整转弯幅度
  } else if(sensorValue1 == 0 && sensorValue2 == 0 && sensorValue3 == 1 && sensorValue4 == 1) {  //直角转弯，更大的转弯幅度
    Motor_Speed(250, 0, 0, 255);
    delay(40);  //延迟一段时间，调整转弯幅度
  } else {  //除了左右转，就只剩下直走
    Motor_Speed(240, 0, 255, 0);
  }
}

上面这一段代码并不复杂我们先对四个红外传感器进行了初始化

  int sensorValue1 = digitalRead(Sensor1);
  int sensorValue2 = digitalRead(Sensor2);
  int sensorValue3 = digitalRead(Sensor3);
  int sensorValue4 = digitalRead(Sensor4);

然后使用了if(){}和else if(){}来实现小车循迹不同情况的判断，判断条件上述表格已经写出。在注释里，你会发现我有delay()函数，这个函数的作用是加一个延时，让小车在执行动作后停顿一下，具体时间具体设置，如果需要可以根据实际比赛情况进行调整。

在else条件当中，我将其他情况设置为了直走。

到此为止就是全部代码的展示，我也会在结尾附上全部的代码，在实际调试的过程中同样也会遇到很多实际的问题，这里我只说明一些我在调试的时候所遇到的问题,光是使用代码让小车直接实现良好的循迹当然不显示，想要有一个良好的循迹效果需要大家根据实际情况进行反复的调试，这个过程也相当有意思。

1.当你发现下车在经过黑线的时候红外传感器并没有反应，则需要调整红外传感器的灵敏度，一般在红外传感器上都会有一个类似与螺丝的地方，旋动它就可以调整灵敏度。

2.当你发现小车在拐弯过程中，小车检测到了黑线（红外指示灯闪烁）但是并未进行转弯操作，这种就是冲出现象，是小车的转弯力度太小了，小车还没来的及转弯就已经冲出去了。解决这个有两种方法：一是调大转弯差速，二是降低小车行驶速度。

3.小车正常直行无问题，但内侧接触到黑线之后，小车开始剧烈摆动，频繁接触到黑线，甚至冲出赛道。这种情况就是小幅度转弯时候的差速过于大，让小车转弯太过导致的，解决方法就是调小差速喽。

如果还有其余问题的话也欢迎积极交流分享，我暂时想到的问题就这么多。

小白第一次写博客，有什么写的不对，不好的地方欢迎大家指出，我虚心求教嘿嘿！

完整代码展示：

// 电机引脚定义
int LeftMotorGo = 3;      // 左电机前进 (IN1)
int LeftMotorBack = 5;    // 左电机后退 (IN2)
int RightMotorGo = 6;     // 右电机前进 (IN3)
int RightMotorBack = 9;   // 右电机后退 (IN4)
 
// 红外传感器引脚定义
const int Sensor1 = 4;    // 第一个红外传感器
const int Sensor2 = 7;    // 第二个红外传感器
const int Sensor3 = 8;    // 第三个红外传感器
const int Sensor4 = 12;   // 第四个红外传感器
 
void setup() {
  // 设置电机引脚为输出
  pinMode(LeftMotorGo, OUTPUT);
  pinMode(LeftMotorBack, OUTPUT);
  pinMode(RightMotorGo, OUTPUT);
  pinMode(RightMotorBack, OUTPUT);
  
  // 设置红外传感器引脚为输入
  pinMode(Sensor1, INPUT);
  pinMode(Sensor2, INPUT);
  pinMode(Sensor3, INPUT);
  pinMode(Sensor4, INPUT);
}
void Motor_Speed(int Left1_Speed, int Left2_Speed, int Right1_Speed, int Right2_Speed)
{
  analogWrite(LeftMotorGo, Left1_Speed); 
  analogWrite(LeftMotorBack, Left2_Speed);
  analogWrite(RightMotorGo, Right1_Speed);
  analogWrite(RightMotorBack, Right2_Speed);
}
 
void loop() {
   //读取红外传感器的值
  int sensorValue1 = digitalRead(Sensor1);
  int sensorValue2 = digitalRead(Sensor2);
  int sensorValue3 = digitalRead(Sensor3);
  int sensorValue4 = digitalRead(Sensor4);
  
   //根据红外传感器的值控制小车的运动
  if (sensorValue1 == 0 && sensorValue2 == 1 && sensorValue3 == 0 && sensorValue4 == 0) {  //轻微偏离轨道，差速
    Motor_Speed(85, 0, 255, 0);
    //delay(25);  //延迟一段时间，调整转弯幅度
  } else if(sensorValue1 == 0 && sensorValue2 == 0 && sensorValue3 == 1 && sensorValue4 == 0) {  //轻微偏离轨道，差速
    Motor_Speed(240, 0, 85, 0);
    //delay(25);  //延迟一段时间，调整转弯幅度
  } else if(sensorValue1 == 1 && sensorValue2 == 0 && sensorValue3 == 0 && sensorValue4 == 0) {  //严重偏离轨道，反转
    Motor_Speed(0, 155, 255, 0);
    //delay(75);  //延迟一段时间，调整转弯幅度
  } else if(sensorValue1 == 0 && sensorValue2 == 0 && sensorValue3 == 0 && sensorValue4 == 1) {  //严重偏离轨道，反转
    Motor_Speed(255, 0, 0, 155);
    //delay(75);  //延迟一段时间，调整转弯幅度
  } else if(sensorValue1 == 1 && sensorValue2 == 1 && sensorValue3 == 0 && sensorValue4 == 0) {  //直角转弯，更大的转弯幅度
    Motor_Speed(0, 245, 255, 0);
    delay(40);  //延迟一段时间，调整转弯幅度
  } else if(sensorValue1 == 0 && sensorValue2 == 0 && sensorValue3 == 1 && sensorValue4 == 1) {  //直角转弯，更大的转弯幅度
    Motor_Speed(250, 0, 0, 255);
    delay(40);  //延迟一段时间，调整转弯幅度
  } else {  //除了左右转，就只剩下直走
    Motor_Speed(240, 0, 255, 0);
  }
}