基于樹莓派的紅外避障小車

戴文翔　孫智勇

摘要：基于樹莓派的小車實驗很多，如通過網頁控制小車；利用超聲波進行避障....文章主要介紹利用紅外進行避障的小車。為實現小車避障功能，需要設計基于樹莓派的智能避障小車。把樹莓派作為核心程序驅動器，通過L298n電機驅動實現對直流電機的控制以達到控制小車的目的；利用紅外避障傳感器模塊實時監測小車距離障礙物的距離，設計基于紅外線反射測距的避障算法以達到避障目的。

關鍵詞：避障小車；紅外避障；樹莓派；L298n；程序實例

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0089-02

1 硬件設計

（1）避障小車硬件組成包括：小車底盤、3個車輪（兩個前輪一個后輪）、兩個直流電機、紅外模塊、紅外避障傳感器（2個）、電源盒、移動電源（小型）、無線網卡、樹莓派。PS：3個車輪中，兩個前輪由直流電機直接驅動，后輪選擇萬向輪。

（2）電源部分：包括四節1.5V （5號）電池，5000毫安移動電源。四節1.5V （5號）電池為L298n提供6V電壓，5000毫安移動電源為樹莓派提供穩定的5V電壓。

（3）驅動部分：包括小車底盤、L298n電機驅動、直流電機（2個）、三個車輪（兩個前輪和一個萬向輪）。L298n驅動前輪，配合萬向輪實現前進、后退以及左右轉向。

（4）主控制部分：樹莓派。樹莓派通過L298n控制直流電機轉動，全方向達到移動的目的。樹莓連接紅外傳感器模塊，通過紅外線接發器，以達到實時測量與障礙物的距離。從而可以做到小車再碰到障礙物之前能按預設避讓方式進行避讓。最終實現智能避讓。

（5）傳感器部分：紅外避障模塊。紅外傳感器模塊連與樹莓派，正常工作時，紅外避障模塊的工作電壓為5V左右，但紅外避障模塊上的紅外接發器接受到遇障礙物而折回的紅外時，電壓會下降0.1V左右。進而產生信號，是樹莓派執行避讓語句。

2 軟件設計

（1）通道搭建，以及通道位置：L298n電機驅動可以驅動兩路直流電電機。控制直流電機需要用到L298n的四個端口：方向端IN1、IN2、IN3、IN4（PS：如果不需要使用使能，切勿將ENA、ENB以及板載5V使能端帽拔掉，讓其一直保持在高點平狀態）。通過改變IN1、IN2等四個端口的高低電頻狀態，使直流電機正轉或反轉。樹莓派通過引腳連接IN1、IN2等端口，來控制電機轉向。避障小車代碼如圖1：

（2）初始化GPIO端口：不要忘記的在設置完信息交流通道（channel）后，還要定義GPIO端口為輸入端還是輸出端，代碼如下：

（3）定義基礎方向：避障行為是由基礎方向+樹莓派選擇調用構成，所以需要在此處先定義最基本的基礎移動方式。代碼如下：

（4）紅外避障：

總的來說紅外避障就是，樹莓派利用紅外避障模塊收集來的信息（離障礙物的遠近），在靠近過障礙物時，調用基礎方向進行躲避。代碼如圖2：

3 結語

樹莓的實驗遠不止智能小車這一類，但要熟練進行實驗操作需要對樹莓派所使用Linux的指令，以及需要對基于Linux的nano和vim編譯器進行性學習。同樣語言基礎必不可少，大多數情況下Python是Linux默認的編譯語言（部分樹莓派安裝的是Windows系統，這時就需要C語言），所以也要加深對Python的學習。適當了解些像WinSCP這一類輔助程序，會減少我們在實驗中的麻煩。