樹莓派綜合項目3：AI視覺機械臂小車（四）紅外避障

一、介紹

??樹莓派綜合項目3：AI視覺機械臂小車（一）蜂鳴器
??樹莓派綜合項目3：AI視覺機械臂小車（二）輕觸按鍵
??樹莓派綜合項目3：AI視覺機械臂小車（三）基本運動
??本實驗將實現(xiàn)履帶車的紅外避障功能，這個也比較簡單，在以前的文章中有更基礎(chǔ)細致的講解可以參考：
??樹莓派基礎(chǔ)實驗28：紅外避障傳感器實驗
??樹莓派綜合項目2：智能小車（五）紅外避障

??本實驗中不同的是采用了E18-D80NK漫反射式紅外光電開關(guān)避障傳感器模塊。同時除了使用RPi.GPIO庫編程以外，再使用gpiozero庫來實現(xiàn)。

紅外傳感器避障

二、組件

三、實驗原理

E18-D80NK紅外光電模塊

E18-D80NK是一種及發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出，接收頭對反射光進行解調(diào)輸出，有效的避免了可見光的干擾。透鏡的使用，也使得這款傳感器最遠可以檢測80厘米距離的物體（由于紅外光的特性，不同顏色的物體，能探測到的最大距離也不同，白色物體最遠，黑色物體最近）。

檢測障礙物的距離可以根據(jù)要求，通過尾部的電位器旋鈕進行調(diào)節(jié)。


E18-D80NK的參數(shù)

這個NPN型光電開關(guān)的輸出組是0或1，即數(shù)字電路中的高電平與低電平。檢測到目標(biāo)是低電平輸出，正常狀態(tài)是高電平輸出。光電開關(guān)就三條線：電源、地、輸出，輸出不需要進行AD轉(zhuǎn)換。

四、實驗步驟

??第1步： 在上面的擴展板TB6612FNG芯片電路圖上可以知道連接GPIO的接線情況，A通道為左輪控制，B通道為右輪控制：

PWMA AIN1 AIN2 PWMB BIN1 BIN2
GPIO18 GPIO22 GPIO27 GPIO23 GPIO25 GPIO24
左側(cè)紅外模塊輸出 右側(cè)紅外模塊輸出
GPIO12 GPIO16

??第2步： 編寫程序。這里先使用RPi.GPIO庫來編寫程序，當(dāng)按下按鍵后車輛開始行進，左右都沒探測到障礙物時直行，左側(cè)探測到障礙物時右轉(zhuǎn)，右側(cè)探測到障礙物時左轉(zhuǎn)，否則就是左右都探測到障礙物停止0.3秒，再后退0.4秒，再左轉(zhuǎn)0.5秒。

#!/usr/bin/python  
# coding=utf-8  
#本段代碼實現(xiàn)樹莓派智能小車的紅外避障效果
#代碼使用的樹莓派GPIO是用的BCM編碼方式。

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

#智能小車運動函數(shù) 
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():
    # 按下按鍵后，車輛才行進
    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)       # 按物理位置給GPIOs編號
    GPIO.setup(Gpin, GPIO.OUT)     # 設(shè)置綠色Led引腳模式輸出
    GPIO.setup(Rpin, GPIO.OUT)     # 設(shè)置紅色Led引腳模式輸出
    GPIO.setup(BtnPin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)    # 設(shè)置輸入BtnPin模式，拉高至高電平(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: # 高電平表示無障礙
                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:  # 當(dāng)按下Ctrl+C時，將執(zhí)行子程序destroy()。
        GPIO.cleanup()

??第3步：使用GPIO Zero庫來重新編寫程序，引入了Button，Motor，LED，LineSensor幾個基本類，使得程序變得簡潔易懂，降低了編程難度，特別是等待按鍵按下的keysacn()函數(shù)簡化為了兩句。

#!/usr/bin/python  
# coding=utf-8  
#本段代碼實現(xiàn)樹莓派智能小車的紅外避障效果
#代碼使用的樹莓派GPIO是用的BCM編碼方式。
from gpiozero import Button,Motor,LED,LineSensor  # LineSensor為紅外線路傳感器
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) # 默認情況下True，GPIO引腳將被拉高,這里接線反了，要為False

Gpin    = 6
Rpin    = 5
Gled = LED(Gpin)
Rled = LED(Rpin)

#智能小車運動函數(shù) 
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() # 等待按鈕按下后才繼續(xù)執(zhí)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:  # 當(dāng)按下Ctrl+C時，將執(zhí)行子程序destroy()。
        print("Ending Program")
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