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Micropython實(shí)例之DIY超聲波避障小車

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    當(dāng)今發(fā)達(dá)的交通在給人們帶來(lái)便捷的同時(shí)也帶來(lái)了許多的交通事故。人們遇到緊急事情處理超時(shí)是造成因素的主要原因之一。如果我們的汽車更加智能，事先能預(yù)測(cè)并顯示前面障礙物距離車的距離，當(dāng)障礙物距離車很近的時(shí)候自動(dòng)采取一些措施來(lái)避開障礙物，這樣就能在很大程度上避免事故的發(fā)生，下面我來(lái)帶大家做一個(gè)智能的避障小車。
下方可查看演示視頻！

    一、實(shí)驗(yàn)器材

    1、TPYboard V102板  1塊
    2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N   1個(gè)
    3、電機(jī) 2塊
    4、小車底盤 1個(gè)
    5、超聲波模塊 1個(gè)
    6、舵機(jī) 1個(gè)
    7、SG90舵機(jī)支架 1個(gè)
    8、超聲波云臺(tái)支架 1個(gè)



    二、超聲波模塊

    什么是超聲波模塊

    超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器, 它是通過(guò)傳送一個(gè)超聲波（遠(yuǎn)高于人的聽覺范圍）和提供一個(gè)對(duì)應(yīng)于爆裂回聲返回到傳感器所需時(shí)間的輸出脈沖來(lái)工作的。超聲波傳感器在非接觸性測(cè)量方面的應(yīng)用非常廣泛，如檢測(cè)液體水位（特別是具有腐蝕性的液體，如硫酸、硝酸液體），汽車倒車防撞系統(tǒng)，金屬/非金屬探傷等，都可以用到超聲波距離傳感器。

    超聲波模塊測(cè)距的原理

    采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給最少10us的高電平信呈。
    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。

    (3)有信號(hào)返回，通過(guò) IO 口 ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。
    如下圖接線，VCC 供 5V電源， GND 為地線，TRIG 觸發(fā)控制信號(hào)輸入，接板子的X9，ECHO 回響信號(hào)輸出，接板子的X10，四個(gè)接口端。




    三、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

    什么是電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

    電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要是可以控制電機(jī)的運(yùn)行：調(diào)速、運(yùn)行、停止、步進(jìn)、勻速等操作。

    L298N的使用方法

    L298N模塊是2路的H橋驅(qū)動(dòng)，所以可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，接法如圖所示使能ENA ENB之后，可以分別從IN1 IN2輸入PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速和方向，可以分別從IN3 IN4輸入PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的轉(zhuǎn)速和方向。我們將電機(jī)1接口的OUT1與OUT2與小車的一個(gè)電機(jī)的正負(fù)極連接起來(lái)，將電機(jī)2接口的OUT3與OUT2與小車的另一個(gè)電機(jī)的正負(fù)極連接起來(lái)。然后將兩邊的接線端子，即供電正極（中間的接線端子為接地）連接TPYboard的VIN，中間的接線端子即接地，連接TPYBoard的GND，In1-In4連接TPYBoard的X1，X2，Y1，Y2，通過(guò)X1,X2與Y1,Y2的高低電平，來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而讓小車前進(jìn)，后退，向左，向右。




    四、舵機(jī)

    概述

    舵機(jī)也叫伺服電機(jī)，最早用于船舶上實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)向功能，由于可以通過(guò)程序連續(xù)控制其轉(zhuǎn)角，因而被廣泛應(yīng)用智能小車以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向以及機(jī)器人各類關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)中，如下圖所示。




    2、舵機(jī)的組成

    一般來(lái)講，舵機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成，舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)、控制電路等，如下圖所示。



    舵機(jī)的輸入線共有三條，紅色中間，是電源線，一邊灰色的是地線，這輛根線給舵機(jī)提供最基本的能源保證，主要是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)消耗。電源有兩種規(guī)格，一是4.8V，一是6.0V，分別對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)，即輸出力矩不同，6.0V對(duì)應(yīng)的要大一些，具體看應(yīng)用條件；另外一根線是控制信號(hào)線，F(xiàn)utaba的一般為白色，JR的一般為桔黃色。另外要注意一點(diǎn)，SANWA的某些型號(hào)的舵機(jī)引線電源線在邊上而不是中間，需要辨認(rèn)。但記住紅色為電源，灰色為地線，剩下的一根為信號(hào)線，一般不會(huì)搞錯(cuò)。本實(shí)驗(yàn)中，舵機(jī)紅色接TPYBoard v102+的VIN引腳，灰色接TPYBoard v102+的GND引腳，剩下的橙色是信號(hào)線，接TPYBoard V102+的X3針腳。TPYBoard v102+ 的X1、X2、X3、X4為信號(hào)引腳。




    3、舵機(jī)工作原理

    控制電路板接受來(lái)自信號(hào)線的控制信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)一系列齒輪組，減速后傳動(dòng)至輸出舵盤。舵機(jī)的輸出軸和位置反饋電位計(jì)是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)位置反饋電位計(jì)，電位計(jì)將輸出一個(gè)電壓信號(hào)到控制電路板，進(jìn)行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和速度，從而達(dá)到目標(biāo)停止。其工作流程為：控制信號(hào)→控制電路板→電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)→齒輪組減速→舵盤轉(zhuǎn)動(dòng)→位置反饋電位計(jì)→控制電路板反饋。

    五、伺服電機(jī)的構(gòu)造函數(shù)與方法

    1.構(gòu)造函數(shù)
    pyb.Servo(id)
    在這id為1-4，對(duì)應(yīng)TPYBoard v102+的X1-X4。

    2.方法
    Servo.angle（[angle，time = 0 ]）
    如果沒(méi)有給出參數(shù)，則該函數(shù)返回當(dāng)前角度。
    如果給出參數(shù)，則該函數(shù)設(shè)置伺服角度：

    angle 是以度數(shù)移動(dòng)的角度。
    time是達(dá)到指定角度所需的毫秒數(shù)。如果省略，則伺服器盡可能快地移動(dòng)到其新位置。
    Servo.speed([speed, time=0])
    如果沒(méi)有給出參數(shù)，則該函數(shù)返回當(dāng)前速度。
    如果給出參數(shù)，則該功能設(shè)置伺服的速度：
    speed 是在-100到100之間變化的速度。
    time是達(dá)到指定速度所需的毫秒數(shù)。如果省略，則伺服器盡可能快地加速。
    Servo.pulse_width（[value ]） <http://docs.micropython.org/en/l ... /pyb.Servo.html>
    如果沒(méi)有給出參數(shù)，該函數(shù)返回當(dāng)前的原始脈沖寬度值。
    如果給出參數(shù)，則該函數(shù)設(shè)置原始脈沖寬度值。
    Servo.calibration（[pulse_min，pulse_max，pulse_centre [，pulse_angle_90，pulse_speed_100 ]]）
    如果沒(méi)有給出參數(shù)，則該函數(shù)返回當(dāng)前的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，作為5元組。
    如果給出參數(shù)，該功能設(shè)置時(shí)序校準(zhǔn)：
    pulse_min 是允許的最小脈沖寬度。
    pulse_max 是允許的最大脈沖寬度。
    pulse_centre 是對(duì)應(yīng)于中心/零位置的脈沖寬度。
    pulse_angle_90 是對(duì)應(yīng)于90度的脈沖寬度。
    pulse_speed_100 是對(duì)應(yīng)于速度100的脈沖寬度。

    六、硬件接線圖

  
TPYBoard v102
  
超聲波模塊
舵機(jī)
L298N驅(qū)動(dòng)模塊
VIN
VCC


GND
GND


X9
Trig


X10
Echo


VIN

紅

GND

灰

X3

橙

X1


In1
X2


In2
Y1


In3
Y2


In4
VIN


+12V
GND


GND
VIN


+5V


    七、實(shí)驗(yàn)效果

   

    八、源代碼
  1. # main.py -- put your code here!
  2. import pyb
  3. from pyb import Pin
  4. from pyb import Timer
  5. from pyb import servo

  7. x1 = Pin('X1', Pin.OUT_PP)
  8. x2 = Pin('X2', Pin.OUT_PP)
  9. y1 = Pin('Y1', Pin.OUT_PP)
  10. y2 = Pin('Y2', Pin.OUT_PP)
  11. Trig = Pin('X9',Pin.OUT_PP)
  12. Echo = Pin('X10',Pin.IN)

  14. num=0
  15. flag=0
  16. run=1
  17. zuo=0
  18. qian=0
  19. you=0
  20. distance=0
  21. def start(t):
  22.     global flag
  23.     global num
  24.     if(flag==0):
  25.         num=0
  26.     else:
  27.         num=num+1
  28. def stop(t):
  29.     global run
  30.     if(run==0):
  31.         run=1
  32. start1=Timer(1,freq=10000,callback=start)
  33. stop1=Timer(4,freq=2,callback=stop)

  35. #小車左轉(zhuǎn)
  36. def left():
  37.     x1.high()
  38.     x2.low()
  39.     y1.high()
  40.     y2.low()
  41. #小車前進(jìn)
  42. def go():
  43.     x1.high()
  44.     x2.low()
  45.     y1.low()
  46.     y2.high()
  47. #小車后退
  48. def back():
  49.     x1.low()
  50.     x2.high()
  51.     y1.high()
  52.     y2.low()
  53. #小車右轉(zhuǎn)
  54. def right():
  55.     x1.low()
  56.     x2.high()
  57.     y1.low()
  58.     y2.high()
  59. #小車停止
  60. def stop():
  61.     x1.low()
  62.     x2.low()
  63.     y1.low()
  64.     y2.low()
  65. #控制舵機(jī)向右、向左、向前
  66. def servo():
  67.     global distance
  68.     global zuo
  69.     global you
  70.     global qian
  71.     servo3=pyb.Servo(3)
  72.     #向右75旋轉(zhuǎn)
  73.     servo3.angle(-75,500)
  74.     pyb.delay(1000)
  75.     ceju()
  76.     you=distance
  77.     print('you',you)
  78.     #向左轉(zhuǎn)75度
  79.     servo3.angle(75,500)
  80.     pyb.delay(1000)
  81.     ceju()
  82.     zuo=distance
  83.     print('zuo',distance)
  84.     #轉(zhuǎn)到0度
  85.     servo3.angle(0,500)
  86.     pyb.delay(1000)
  87.     ceju()
  88.     qian=distance
  89.     print('qian',distance)
  90.     #返回正前方、左前方、右前方的距離
  91.     return qian,zuo,you
  92. #測(cè)距方法
  93. def  ceju():
  94.     global flag
  95.     global num
  96.     global run
  97.     global distance
  98.     if(run==1):
  99.         Trig.value(1)
  100.         pyb.udelay(100)
  101.         Trig.value(0)
  102.         while(Echo.value()==0):
  103.             Trig.value(1)
  104.             pyb.udelay(100)
  105.             Trig.value(0)
  106.             flag=0
  107.         if(Echo.value()==1):
  108.             flag=1
  109.             while(Echo.value()==1):           
  110.                 flag=1
  111.         if(num!=0):
  112.             #測(cè)距
  113.             distance=num/10000*34299/2
  114.             #print('Distance:')
  115.             #print(distance,'cm')
  116.             pyb.delay(500)
  117.         flag=0
  118.         run=0
  119.     return distance
  120. def main():
  121.     global distance
  122.     global zuo
  123.     global you
  124.     global qian
  125.     servo3=pyb.Servo(3)
  126.     servo3.angle(0,500)
  127.     pyb.delay(1000)
  128.     ceju()
  129.     while 1==1:
  130.         ceju()、
  131.         #前方距離大于40cm前進(jìn)
  132.         if distance > 40:
  133.             go()
  134.             ceju()
  135.             print('juli',distance)
  136.         #前方距離小于40cm
  137.         if distance <= 40:
  138.             stop()
  139.             back()
  140.             pyb.delay(500)
  141.             stop()
  142.             servo()
  143.             #如果右前方距離大于左前方
  144.             if you>zuo:
  145.                 right()
  146.                 pyb.delay(400)
  147.                 ceju()
  148.             #如果左前方距離大于右前方
  149.             if zuo>you:
  150.                 left()
  151.                 pyb.delay(400)
  152.                 ceju()
  153.             #如果所有方向距離全部小于15cm
  154.             if zuo<15 and you< 15 and qian<15 :
  155.                 stop()
  156.                 back()
  157.                 pyb.delay(800)
  158.                 stop()
  159.                 ceju()
  160.             #有一個(gè)方向距離小于5CM
  161.             if zuo<5 or you <5 or qian<5:
  162.                 stop()
  163.                 back()
  164.                 pyb.delay(800)
  165.                 stop()
  166.                 ceju()
  167. main()
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