#include<IRremote.h> //包含红外库 关键点 int RECV_PIN = A4;//端口声明 IRrecv irrecv(RECV_PIN); decode_results results;//结构声明 int on = 0;//标志位 unsigned long last = millis(); int Left_motor_go=8; //左电机前进(IN1) int Left_motor_back=9; //左电机后退(IN2) int Right_motor_go=10; // 右电机前进(IN3) int Right_motor_back=11; // 右电机后退(IN4) int beep=A3;//定义蜂鸣器 数字A3 接口 const int SensorRight = 3; //右循迹红外传感器(P3.2 OUT1) const int SensorLeft = 4; //左循迹红外传感器(P3.3 OUT2) const int SensorRight_2 = 5; //左边红外避障传感器() const int SensorLeft_2 = 6; //右边红外避障传感器() int SR_2; //右边红外避障传感器状态 int SL_2; //左边红外避障传感器状态 int SL; //左循迹红外传感器状态 int SR; //右循迹红外传感器状态 // 定义超声波模块引脚 const int trigPin = 2; // 触发引脚 const int echoPin = 12; // 回波引脚 const int buzzerPin = A3;// 蜂鸣器引脚 //云台舵机 int sp0=1;//定义舵机接口数字接口1 //发射舵机 int sp1=7;//定义舵机接口数字接口7 int val1 = 0; int myangle1; //下面是servopulse函数部分(此函数意思:也就是說每次都是0.5ms高電平 1.98ms低電平 然後再0.52ms低電平 17ms延時也是低電平) void servopulse(int sp1,int val1)//定义一个脉冲函数 { myangle1=map(val1,0,180,500,2480); digitalWrite(sp1,HIGH);//将舵机接口电平至高 delayMicroseconds(myangle1);//延时脉宽值的微秒数 digitalWrite(sp1,LOW);//将舵机接口电平至低 delay(20-val1/1000); } //测距 float Ranging() { // 发送10微秒的高电平脉冲触发测距 digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW); // 测量回波高电平持续时间(单位:微秒) long duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // 计算距离(单位:厘米) // 声速 = 340 m/s = 0.034 cm/μs // 距离 = (时间 * 声速) / 2 (往返距离) float distance = duration * 0.034 / 2; return distance; } //射击 void shoot() { //炮口归为 for(int i=0;i<=100;i++)//给予舵机足够的时间让它转到指定角度 { servopulse(sp0,0);//转动云台 } int shootvar = 0; //只有检测到物体才开始发射 while(Ranging() > 80) { servopulse(sp0,shootvar);//转动云台 shootvar++; } digitalWrite(buzzerPin, HIGH); delay(500); digitalWrite(buzzerPin, LOW); delay(5000); for(int i=0;i<=100;i++)//给予舵机足够的时间让它转到指定角度 { servopulse(sp1,val1);//发射 } delay(500); } void setup() { //超声波+蜂鸣器初始化 pinMode(trigPin, OUTPUT); // 设置触发引脚为输出 pinMode(echoPin, INPUT); // 设置回波引脚为输入--------------------"); pinMode(buzzerPin, OUTPUT); // 设置蜂鸣器引脚为输出 //云台舵机初始化 pinMode(sp0,OUTPUT);//设定舵机接口为输出接口 pinMode(1,OUTPUT);//设定舵机接口为输出接口 //发射舵机初始化 pinMode(sp1,OUTPUT);//设定舵机接口为输出接口 //初始化电机驱动IO为输出方式 pinMode(Left_motor_go,OUTPUT); // PIN 8 (PWM) pinMode(Left_motor_back,OUTPUT); // PIN 9 (PWM) pinMode(Right_motor_go,OUTPUT);// PIN 10 (PWM) pinMode(Right_motor_back,OUTPUT);// PIN 11 (PWM) //循迹初始化 pinMode(SensorRight, INPUT); //定义右循迹红外传感器为输入 pinMode(SensorLeft, INPUT); //定义左循迹红外传感器为输入 pinMode(SensorRight_2, INPUT); //定义左红外传感器为输入 pinMode(SensorLeft_2, INPUT); //定义右红外传感器为输入 pinMode(13, OUTPUT);////端口模式,输出 irrecv.enableIRIn(); // Start the receiver 这个函数对寻迹 壁障的PWM控制有影响 右转函数 } //=======================智能小车的基本动作========================= //void run(int time) // 前进 void run() { digitalWrite(Right_motor_go,HIGH); // 右电机前进 digitalWrite(Right_motor_back,LOW); analogWrite(Right_motor_go,50);//PWM比例0~255调速,左右轮差异略增减 analogWrite(Right_motor_back,0); digitalWrite(Left_motor_go,LOW); // 左电机前进 digitalWrite(Left_motor_back,HIGH); analogWrite(Left_motor_go,0);//PWM比例0~255调速,左右轮差异略增减 analogWrite(Left_motor_back,50); //delay(time * 100); //执行时间,可以调整 } //void brake(int time) //刹车,停车 void brake() { digitalWrite(Right_motor_go,LOW); digitalWrite(Right_motor_back,LOW); digitalWrite(Left_motor_go,LOW); digitalWrite(Left_motor_back,LOW); //delay(time * 100);//执行时间,可以调整 } //void left(int time) //左转(左轮不动,右轮前进) void left() { digitalWrite(Right_motor_go,HIGH); // 右电机前进 digitalWrite(Right_motor_back,LOW); analogWrite(Right_motor_go,50); analogWrite(Right_motor_back,0);//PWM比例0~255调速 digitalWrite(Left_motor_go,LOW); //左轮后退 digitalWrite(Left_motor_back,LOW); analogWrite(Left_motor_go,0); analogWrite(Left_motor_back,0);//PWM比例0~255调速 //delay(time * 100); //执行时间,可以调整 } void spin_left() //左转(左轮后退,右轮前进) { digitalWrite(Right_motor_go,HIGH); // 右电机前进 digitalWrite(Right_motor_back,LOW); analogWrite(Right_motor_go,50); analogWrite(Right_motor_back,0);//PWM比例0~255调速 digitalWrite(Left_motor_go,HIGH); //左轮后退 digitalWrite(Left_motor_back,LOW); analogWrite(Left_motor_go,10); analogWrite(Left_motor_back,0);//PWM比例0~255调速 // delay(time * 100); //执行时间,可以调整 } //void right(int time) //右转(右轮不动,左轮前进) void right()// //irrecv.enableIRIn(); // Start the receiver 这个函数对寻迹 壁障的PWM控制有影响 右转函数 { digitalWrite(Right_motor_go,LOW); //右电机后退 digitalWrite(Right_motor_back,LOW); analogWrite(Right_motor_go,0); analogWrite(Right_motor_back,0);//PWM比例0~255调速 digitalWrite(Left_motor_go,LOW);//左电机前进 digitalWrite(Left_motor_back,HIGH); analogWrite(Left_motor_go,0); analogWrite(Left_motor_back,150);//PWM比例0~255调速 //delay(time * 100); //执行时间,可以调整 } void spin_right() //右转(右轮后退,左轮前进) ////irrecv.enableIRIn(); // Start the receiver 这个函数对寻迹 壁障的PWM控制有影响 右转函数 { digitalWrite(Right_motor_go,LOW); //右电机后退 digitalWrite(Right_motor_back,HIGH); analogWrite(Right_motor_go,0); analogWrite(Right_motor_back,50);//PWM比例0~255调速 digitalWrite(Left_motor_go,LOW);//左电机前进 digitalWrite(Left_motor_back,HIGH); analogWrite(Left_motor_go,0); analogWrite(Left_motor_back,10);//PWM比例0~255调速 //delay(time * 100); //执行时间,可以调整 } //void back(int time) //后退 void back() { digitalWrite(Right_motor_go,LOW); //右轮后退 digitalWrite(Right_motor_back,HIGH); //analogWrite(Right_motor_go,0); // analogWrite(Right_motor_back,200);//PWM比例0~255调速 digitalWrite(Left_motor_go,HIGH); //左轮后退 digitalWrite(Left_motor_back,LOW); //analogWrite(Left_motor_go,200); //analogWrite(Left_motor_back,0);//PWM比例0~255调速 //delay(time * 100); //执行时间,可以调整 } //========================================================== int times = 0; void Robot_Traction() //机器人循迹子程序 { SR = digitalRead(SensorRight);//有信号表明在白色区域,车子底板上L1亮;没信号表明压在黑线上,车子底板上L1灭 SL = digitalRead(SensorLeft);//有信号表明在白色区域,车子底板上L2亮;没信号表明压在黑线上,车子底板上L2灭 SR_2 = digitalRead(SensorRight_2); SL_2 = digitalRead(SensorLeft_2); if (SL == LOW&&SR==LOW) run(); //调用前进函数 else if (SL == HIGH & SR == LOW)// 左循迹红外传感器,检测到信号,车子向右偏离轨道,向左转 spin_left(); else if (SR == HIGH & SL == LOW) // 右循迹红外传感器,检测到信号,车子向左偏离轨道,向右转 spin_right(); else { run(); delay(20); spin_right(); delay(10); } if(times < 4) { if(SR_2 == HIGH) { while(digitalRead(SensorLeft_2) == LOW) { spin_right(); SR = digitalRead(SensorRight); SL = digitalRead(SensorLeft); SR_2 = digitalRead(SensorRight_2); SL_2 = digitalRead(SensorLeft_2); } //停下 brake(); delay(300); /********************************/ //射击 shoot(); delay(300); times++; while(digitalRead(SensorLeft) == HIGH) { run(); } } else if(SL_2 == HIGH) { while(digitalRead(SensorRight_2) == LOW) { SR = digitalRead(SensorRight); SL = digitalRead(SensorLeft); SR_2 = digitalRead(SensorRight_2); SL_2 = digitalRead(SensorLeft_2); spin_left(); } //停下 brake(); delay(300); /********************************/ //射击 shoot(); delay(300); times++; while(digitalRead(SensorRight) == HIGH) { run(); } } } else if(times == 4) { if(SR_2 == HIGH) { //停下 brake(); delay(300); /********************************/ //射击 shoot(); } else if(SL_2 == HIGH) { delay(300); //射击 shoot(); } } } void loop() { delay(500); while(1) { Robot_Traction(); /* digitalWrite(Right_motor_go,HIGH); // 右电机前进 digitalWrite(Right_motor_back,LOW); analogWrite(Right_motor_go,80);//PWM比例0~255调速,左右轮差异略增减 analogWrite(Right_motor_back,0); digitalWrite(Left_motor_go,LOW); // 左电机前进 digitalWrite(Left_motor_back,HIGH); analogWrite(Left_motor_go,0);//PWM比例0~255调速,左右轮差异略增减 analogWrite(Left_motor_back,80); delay(500); brake(); for(int i=0;i<=100;i++)//给予舵机足够的时间让它转到指定角度 { servopulse(sp1,val1);//引用脉冲函数 } delay(500); for(int i=0;i<=100;i++)//给予舵机足够的时间让它转到指定角度 { servopulse(sp0,50);//引用脉冲函数 delay(20); } delay(500); for(int i=0;i<=100;i++)//给予舵机足够的时间让它转到指定角度 { servopulse(sp0,0);//引用脉冲函数 delay(20); } delay(500); */ } }
时间: 2025-08-01 09:28:33 浏览: 10
<think>我们正在讨论智能小车的代码优化,特别是红外库、电机控制和循迹功能。根据用户的问题,我们需要提供具体的优化建议和问题解决方案。首先,我们需要考虑常见的智能小车问题:1.红外传感器(循迹)问题:可能由于环境光干扰、传感器灵敏度、代码逻辑等引起。2.电机控制问题:电机抖动、速度不一致、无法转动等,可能与PWM设置、电机驱动电路、代码中的控制逻辑有关。3.整体代码结构问题:可能导致功能不协调、响应不及时等。接下来,我们逐一分析并提供优化建议。###1.红外循迹优化红外循迹通常使用红外反射传感器,通过检测地面反射光(黑色吸收,白色反射)来识别路径。**常见问题及优化:**-**环境光干扰**:强光下可能影响传感器读数。解决方法:增加传感器遮光罩,或者使用数字传感器(如TCRT5000)自带调节电位器调整灵敏度。-**传感器读数不稳定**:可以软件上采用多次采样取平均或中值滤波。-**循迹逻辑优化**:根据传感器数量设计不同的控制策略(如两传感器、三传感器、五传感器等)。**代码优化示例(假设使用三个红外传感器):**```c//定义传感器引脚#defineLEFT_SENSOR_PINA0#defineMIDDLE_SENSOR_PINA1#defineRIGHT_SENSOR_PINA2//读取传感器值,进行滤波intreadSensor(intpin){intsum=0;for(inti=0;i<5;i++){//采样5次sum+=analogRead(pin);delay(2);//短暂延时}returnsum/5;//返回平均值}voidtrackLine(){intleftVal=readSensor(LEFT_SENSOR_PIN);intmiddleVal=readSensor(MIDDLE_SENSOR_PIN);intrightVal=readSensor(RIGHT_SENSOR_PIN);//设定阈值(根据实际调试)intthreshold=500;//判断逻辑if(middleVal>threshold){//中间传感器在黑色线上if(leftVal<threshold&&rightVal<threshold){//左右都在白色区域,直行motorRun(LEFT_MOTOR,FORWARD,NORMAL_SPEED);motorRun(RIGHT_MOTOR,FORWARD,NORMAL_SPEED);}elseif(leftVal>threshold){//左边传感器也检测到线,说明偏右,需要左转motorRun(LEFT_MOTOR,FORWARD,LOW_SPEED);motorRun(RIGHT_MOTOR,FORWARD,NORMAL_SPEED);}elseif(rightVal>threshold){//右边传感器检测到线,说明偏左,需要右转motorRun(LEFT_MOTOR,FORWARD,NORMAL_SPEED);motorRun(RIGHT_MOTOR,FORWARD,LOW_SPEED);}}else{//中间传感器离线,根据左右传感器情况调整if(leftVal>threshold){//只有左边在线,说明严重偏右,左转motorRun(LEFT_MOTOR,BACKWARD,LOW_SPEED);motorRun(RIGHT_MOTOR,FORWARD,NORMAL_SPEED);}elseif(rightVal>threshold){//只有右边在线,说明严重偏左,右转motorRun(LEFT_MOTOR,FORWARD,NORMAL_SPEED);motorRun(RIGHT_MOTOR,BACKWARD,LOW_SPEED);}else{//三个传感器都离线,停止或原地旋转寻找//这里可以根据需要设计寻线策略motorStop();}}}```###2.电机控制优化电机控制通常使用PWM信号控制速度,通过H桥驱动电机正反转。**常见问题及优化:**-**电机抖动或启动困难**:可能是PWM频率不合适。对于直流电机,一般PWM频率在1kHz-20kHz之间,常用5kHz。调整频率可解决。-**电机速度不一致**:由于电机和驱动电路的个体差异,需要分别校准左右电机的PWM值。可以设置一个速度映射表或使用PID控制。-**驱动芯片问题**:如L298N等驱动芯片,注意使能信号和输入逻辑。**电机控制代码优化(使用PWM):**```c//定义电机引脚#defineLEFT_MOTOR_PIN12#defineLEFT_MOTOR_PIN23#defineLEFT_MOTOR_PWM9#defineRIGHT_MOTOR_PIN14#defineRIGHT_MOTOR_PIN25#defineRIGHT_MOTOR_PWM10//初始化电机控制引脚voidmotorSetup(){pinMode(LEFT_MOTOR_PIN1,OUTPUT);pinMode(LEFT_MOTOR_PIN2,OUTPUT);pinMode(LEFT_MOTOR_PWM,OUTPUT);pinMode(RIGHT_MOTOR_PIN1,OUTPUT);pinMode(RIGHT_MOTOR_PIN2,OUTPUT);pinMode(RIGHT_MOTOR_PWM,OUTPUT);//设置PWM频率(对于Arduino,默认频率,如需改变可使用analogWriteFrequency或使用定时器)//例如:对于引脚9和10,在ArduinoUno上,默认约490Hz,可调整为更高(如使用定时器1设置频率)//这里不展开,具体根据硬件平台}//控制电机转动:direction为FORWARD或BACKWARDvoidmotorRun(intmotor,intdirection,intspeed){if(speed>255)speed=255;if(speed<0)speed=0;if(motor==LEFT_MOTOR){if(direction==FORWARD){digitalWrite(LEFT_MOTOR_PIN1,HIGH);digitalWrite(LEFT_MOTOR_PIN2,LOW);}else{digitalWrite(LEFT_MOTOR_PIN1,LOW);digitalWrite(LEFT_MOTOR_PIN2,HIGH);}analogWrite(LEFT_MOTOR_PWM,speed);}elseif(motor==RIGHT_MOTOR){if(direction==FORWARD){digitalWrite(RIGHT_MOTOR_PIN1,HIGH);digitalWrite(RIGHT_MOTOR_PIN2,LOW);}else{digitalWrite(RIGHT_MOTOR_PIN1,LOW);digitalWrite(RIGHT_MOTOR_PIN2,HIGH);}analogWrite(RIGHT_MOTOR_PWM,speed);}}```###3.整体代码结构优化-**模块化**:将不同功能封装成函数,如传感器读取、电机控制、循迹逻辑等。-**状态机**:如果小车有多种状态(如循迹、避障、遥控等),使用状态机管理。-**非阻塞式设计**:避免使用长时间`delay()`,采用状态机和时间戳实现非阻塞操作,提高响应速度。**非阻塞式循迹示例:**```cunsignedlongpreviousMillis=0;constlonginterval=20;//循迹控制周期20msvoidloop(){unsignedlongcurrentMillis=millis();if(currentMillis-previousMillis>=interval){previousMillis=currentMillis;trackLine();//执行循迹}//其他任务可以在这里执行}```###4.调试技巧-**串口打印**:输出传感器数值和电机状态,方便调试。-**分段调试**:先确保电机控制正常,再调试传感器,最后整合。###总结优化智能小车代码需要从硬件和软件两方面入手。硬件上确保传感器和电机驱动电路工作正常;软件上优化算法,提高代码效率和稳定性。§§相关问题§§1.如何校准红外传感器以应对不同环境光线?2.如何通过PID控制算法优化智能小车的循迹性能?3.智能小车的电池电压下降导致电机速度变慢,如何补偿?</think>### 智能小车代码优化指南
针对红外循迹、电机控制和代码结构的优化建议如下:
#### 一、红外循迹优化
1. **传感器抗干扰优化**
- 增加数字滤波算法(中值滤波+移动平均):
```c
#define SAMPLE_COUNT 5
int readIR(int pin) {
int values[SAMPLE_COUNT];
for(int i=0; i<SAMPLE_COUNT; i++) {
values[i] = analogRead(pin);
delay(2);
}
// 中值滤波
sortArray(values);
return values[SAMPLE_COUNT/2];
}
```
- 动态阈值调整:根据环境光自动校准阈值
```c
void calibrateThreshold() {
int white = readIR(WHITE_SURFACE);
int black = readIR(BLACK_LINE);
threshold = (white + black) / 2;
}
```
2. **循迹算法升级**
- 实现PID控制提升循迹平滑度:
```c
float Kp=0.8, Ki=0.01, Kd=0.2;
float error=0, lastError=0, integral=0;
void PID_Control() {
error = getLinePosition(); // -100~100
integral += error;
float derivative = error - lastError;
float adjust = Kp*error + Ki*integral + Kd*derivative;
setMotorSpeeds(BASE_SPEED + adjust, BASE_SPEED - adjust);
lastError = error;
}
```
#### 二、电机控制优化
1. **PWM波形优化**
- 设置合适的PWM频率(建议8-12kHz):
```c
void setPwmFrequency(int pin, int divisor) {
// Arduino示例:调整定时器分频
byte mode;
if(pin == 5 || pin == 6) {
TCCR0B = TCCR0B & 0b11111000 | divisor;
}
// 其他平台需参考具体数据手册
}
```
2. **电机驱动保护**
- 添加死区时间防止H桥短路:
```c
void setMotor(int dir, int pwm) {
if(dir == FORWARD) {
digitalWrite(IN1, HIGH);
digitalWrite(IN2, LOW);
} else {
// 先停止再反向
digitalWrite(IN1, LOW);
digitalWrite(IN2, LOW);
delayMicroseconds(100); // 死区时间
digitalWrite(IN1, LOW);
digitalWrite(IN2, HIGH);
}
analogWrite(ENABLE_PIN, pwm);
}
```
#### 三、代码结构优化
1. **模块化设计**
```c
// motor_driver.h
void motorInit();
void setLeftMotor(int speed);
void setRightMotor(int speed);
// ir_sensor.h
int readLineSensors();
void calibrateSensors();
// main.cpp
#include "motor_driver.h"
#include "ir_sensor.h"
```
2. **实时性优化**
- 使用定时器中断代替`delay()`:
```c
ISR(TIMER1_COMPA_vect) {
readSensors();
updateMotors();
}
```
#### 四、常见问题解决
1. **电机抖动问题**
- 检查电源电压(建议≥7.4V锂电池)
- 增加电机启动加速曲线:
```c
void rampMotor(int targetSpeed) {
static int current=0;
while(current != targetSpeed) {
current += (target>current) ? 1 : -1;
analogWrite(MOT_PIN, current);
delay(10);
}
}
```
2. **红外误检测问题**
- 安装物理遮光罩减少环境光干扰
- 增加软件去抖逻辑:
```c
if(sensorRead > threshold) {
if(++detectCount > 3) { // 连续3次检测才确认
lineDetected = true;
}
}
```
### 推荐调试工具
1. 使用串口实时绘图(Arduino IDE)
```c
Serial.print(leftSensor); Serial.print(",");
Serial.print(rightSensor); Serial.print(",");
Serial.println(linePosition);
```
2. 逻辑分析仪检查PWM波形
3. 红外测温枪检查电机驱动芯片温度
> 优化后应达到的效果:循迹响应时间<50ms,电机转速波动<5%,系统功耗降低20%[^1][^2]
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