一、介绍
树莓派综合项目3：AI视觉机械臂小车（一）蜂鸣器
树莓派综合项目3：AI视觉机械臂小车（二）轻触按键
树莓派综合项目3：AI视觉机械臂小车（三）基本运动
本实验将实现履带车的红外避障功能，这个也比较简单，在以前的文章中有更基础细致的讲解可以参考：
树莓派基础实验28：红外避障传感器实验
树莓派综合项目2：智能小车（五）红外避障
本实验中不同的是采用了E18-D80NK漫反射式红外光电开关避障传感器模块。同时除了使用RPi.GPIO库编程以外，再使用gpiozero库来实现。
红外传感器避障
二、组件
三、实验原理
E18-D80NK红外光电模块
E18-D80NK是一种及发射与接收于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出，有效的避免了可见光的干扰。透镜的使用，也使得这款传感器最远可以检测80厘米距离的物体（由于红外光的特性，不同颜色的物体，能探测到的最大距离也不同，白色物体最远，黑色物体最近）。
检测障碍物的距离可以根据要求，通过尾部的电位器旋钮进行调节。
E18-D80NK的参数
这个NPN型光电开关的输出组是0或1，即数字电路中的高电平与低电平。检测到目标是低电平输出，正常状态是高电平输出。光电开关就三条线：电源、地、输出，输出不需要进行AD转换。
四、实验步骤
第1步： 在上面的扩展板TB6612FNG芯片电路图上可以知道连接GPIO的接线情况，A通道为左轮控制，B通道为右轮控制：
| PWMA | AIN1 | AIN2 | PWMB | BIN1 | BIN2 |
|---|---|---|---|---|---|
| GPIO18 | GPIO22 | GPIO27 | GPIO23 | GPIO25 | GPIO24 |
| 左侧红外模块输出 | 右侧红外模块输出 |
|---|---|
| GPIO12 | GPIO16 |
第2步： 编写程序。这里先使用RPi.GPIO库来编写程序，当按下按键后车辆开始行进，左右都没探测到障碍物时直行，左侧探测到障碍物时右转，右侧探测到障碍物时左转，否则就是左右都探测到障碍物停止0.3秒，再后退0.4秒，再左转0.5秒。
#!/usr/bin/python
# coding=utf-8
#本段代码实现树莓派智能小车的红外避障效果
#代码使用的树莓派GPIO是用的BCM编码方式。
import RPi.GPIO as GPIO
import time
import sys
SensorRight = 16
SensorLeft = 12
PWMA = 18
AIN1 = 22
AIN2 = 27
PWMB = 23
BIN1 = 25
BIN2 = 24
BtnPin = 19
Gpin = 6
Rpin = 5
#智能小车运动函数
def t_up(speed,t_time):
L_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(AIN2,False)#AIN2
GPIO.output(AIN1,True) #AIN1
R_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(BIN2,False)#BIN2
GPIO.output(BIN1,True) #BIN1
time.sleep(t_time)
def t_stop(t_time):
L_Motor.ChangeDutyCycle(0)
GPIO.output(AIN2,False)#AIN2
GPIO.output(AIN1,False) #AIN1
R_Motor.ChangeDutyCycle(0)
GPIO.output(BIN2,False)#BIN2
GPIO.output(BIN1,False) #BIN1
time.sleep(t_time)
def t_down(speed,t_time):
L_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(AIN2,True)#AIN2
GPIO.output(AIN1,False) #AIN1
R_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(BIN2,True)#BIN2
GPIO.output(BIN1,False) #BIN1
time.sleep(t_time)
def t_left(speed,t_time):
L_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(AIN2,True)#AIN2
GPIO.output(AIN1,False) #AIN1
R_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(BIN2,False)#BIN2
GPIO.output(BIN1,True) #BIN1
time.sleep(t_time)
def t_right(speed,t_time):
L_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(AIN2,False)#AIN2
GPIO.output(AIN1,True) #AIN1
R_Motor.ChangeDutyCycle(speed)
GPIO.output(BIN2,True)#BIN2
GPIO.output(BIN1,False) #BIN1
time.sleep(t_time)
def keysacn():
# 按下按键后，车辆才行进
val = GPIO.input(BtnPin)
while GPIO.input(BtnPin) == False:
val = GPIO.input(BtnPin)
while GPIO.input(BtnPin) == True:
time.sleep(0.01)
val = GPIO.input(BtnPin)
if val == True:
GPIO.output(Rpin,1)
while GPIO.input(BtnPin) == False:
GPIO.output(Rpin,0)
else:
GPIO.output(Rpin,0)
def setup():
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM) # 按物理位置给GPIOs编号
GPIO.setup(Gpin, GPIO.OUT) # 设置绿色Led引脚模式输出
GPIO.setup(Rpin, GPIO.OUT) # 设置红色Led引脚模式输出
GPIO.setup(BtnPin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) # 设置输入BtnPin模式，拉高至高电平(3.3V)
GPIO.setup(SensorRight,GPIO.IN)
GPIO.setup(SensorLeft,GPIO.IN)
GPIO.setup(AIN2,GPIO.OUT)
GPIO.setup(AIN1,GPIO.OUT)
GPIO.setup(PWMA,GPIO.OUT)
GPIO.setup(BIN1,GPIO.OUT)
GPIO.setup(BIN2,GPIO.OUT)
GPIO.setup(PWMB,GPIO.OUT)
if __name__ == '__main__':
setup()
keysacn()
L_Motor= GPIO.PWM(PWMA,100)
L_Motor.start(0)
R_Motor = GPIO.PWM(PWMB,100)
R_Motor.start(0)
try:
while True:
SR_2 = GPIO.input(SensorRight)
SL_2 = GPIO.input(SensorLeft)
if SL_2 == True and SR_2 == True: # 高电平表示无障碍
print("t_up")
t_up(50,0)
elif SL_2 == True and SR_2 ==False:
print("Left")
t_left(50,0)
elif SL_2==False and SR_2 ==True:
print("Right")
t_right(50,0)
else:
t_stop(0.3)
t_down(50,0.4)
t_left(50,0.5)
except KeyboardInterrupt: # 当按下Ctrl+C时，将执行子程序destroy()。
GPIO.cleanup()
第3步：使用GPIO Zero库来重新编写程序，引入了Button，Motor，LED，LineSensor几个基本类，使得程序变得简洁易懂，降低了编程难度，特别是等待按键按下的keysacn()函数简化为了两句。
#!/usr/bin/python
# coding=utf-8
#本段代码实现树莓派智能小车的红外避障效果
#代码使用的树莓派GPIO是用的BCM编码方式。
from gpiozero import Button,Motor,LED,LineSensor # LineSensor为红外线路传感器
import time
SensorRight = 16
SensorLeft = 12
sR = LineSensor(SensorRight)
sL = LineSensor(SensorLeft)
PWMA = 18
AIN1 = 22
AIN2 = 27
PWMB = 23
BIN1 = 25
BIN2 = 24
L_Motor = Motor(forward=AIN1, backward=AIN2,enable=PWMA,pwm=True)
R_Motor = Motor(forward=BIN1, backward=BIN2,enable=PWMB,pwm=True)
BtnPin = 19
button = Button(BtnPin,pull_up = False) # 默认情况下True，GPIO引脚将被拉高,这里接线反了，要为False
Gpin = 6
Rpin = 5
Gled = LED(Gpin)
Rled = LED(Rpin)
#智能小车运动函数
def t_up(speed,t_time):
L_Motor.forward(speed)
R_Motor.forward(speed)
time.sleep(t_time)
def t_stop(t_time):
L_Motor.stop()
R_Motor.stop()
time.sleep(t_time)
def t_down(speed,t_time):
L_Motor.backward(speed)
R_Motor.backward(speed)
time.sleep(t_time)
def t_left(speed,t_time):
L_Motor.backward(speed)
R_Motor.forward(speed)
time.sleep(t_time)
def t_right(speed,t_time):
L_Motor.forward(speed)
R_Motor.backward(speed)
time.sleep(t_time)
def keysacn():
button.wait_for_press() # 等待按钮按下后才继续执行程序
Rled.on()
if __name__ == '__main__':
keysacn()
try:
while True:
if sL.value == 1 and sR.value == 1:
print("t_up")
t_up(0.5,0)
elif sL.value == 1 and sR.value == 0:
print("Left")
t_left(0.5,0)
elif sL.value == 0 and sR.value == 1:
print("Right")
t_right(0.5,0)
else:
print("Back")
t_stop(0.3)
t_down(0.5,0.4)
t_left(0.5,0.5)
except KeyboardInterrupt: # 当按下Ctrl+C时，将执行子程序destroy()。
print("Ending Program")
