Arduino 避障智能车控制实验报告（含详细代码）

实验目的

本实验旨在利用 Arduino 控制板实现避障智能车的控制。具体实现过程为：通过超声波测距模块采集前方距离，利用电机控制模块进行转向和前进/后退控制，实现避障智能车的基本功能。

实验器材

Arduino Uno 控制板
超声波测距模块
电机控制模块
直流电机
轮子
9V 电池
杜邦线

实验原理

超声波测距模块

超声波测距模块通过发射超声波，利用超声波在空气中的传播速度和反射时间来测量距离。本实验中使用了 HC-SR04 超声波测距模块，其工作原理如下：

发射器发射出 40kHz 的超声波；
超声波经过空气传播到达障碍物表面，被反射回来；
接收器接收到反射回来的超声波信号；
根据发射和接收的时间差，计算出距离。

电机控制模块

电机控制模块通过控制电机的正反转实现转向和前进/后退控制。本实验中使用了 L298N 电机控制模块，其接线如下：

IN1、IN2、IN3、IN4：分别对应电机的四个引脚，IN1 和 IN2 控制左边电机，IN3 和 IN4 控制右边电机；
VCC：外部电源正极；
GND：外部电源负极。

代码实现

本实验通过 Arduino 编程实现避障智能车的控制。具体代码实现如下：

#include <Ultrasonic.h>

#define IN1 5
#define IN2 6
#define IN3 10
#define IN4 11

Ultrasonic ultrasonic(7, 8); // 定义超声波测距模块的引脚

void setup() {
  pinMode(IN1, OUTPUT);
  pinMode(IN2, OUTPUT);
  pinMode(IN3, OUTPUT);
  pinMode(IN4, OUTPUT);
}

void loop() {
  int distance = ultrasonic.Ranging(CM); // 获取距离值，单位为厘米
  if (distance <= 10) { // 如果距离小于等于 10cm，后退并转向
    digitalWrite(IN1, LOW);
    digitalWrite(IN2, HIGH);
    digitalWrite(IN3, HIGH);
    digitalWrite(IN4, LOW);
    delay(1000);
    digitalWrite(IN1, LOW);
    digitalWrite(IN2, LOW);
    digitalWrite(IN3, LOW);
    digitalWrite(IN4, LOW);
    delay(500);
    digitalWrite(IN1, HIGH);
    digitalWrite(IN2, LOW);
    digitalWrite(IN3, LOW);
    digitalWrite(IN4, HIGH);
    delay(1000);
  } else { // 如果距离大于 10cm，前进
    digitalWrite(IN1, HIGH);
    digitalWrite(IN2, LOW);
    digitalWrite(IN3, HIGH);
    digitalWrite(IN4, LOW);
  }
}

代码解析

首先，定义了 IN1、IN2、IN3、IN4 四个引脚，分别对应电机控制模块的四个引脚；
然后，定义了一个 Ultrasonic 类型的超声波测距模块，引脚分别为 7 和 8；
在 setup() 函数中，将 IN1、IN2、IN3、IN4 四个引脚设置为输出模式；
在 loop() 函数中，首先通过 ultrasonic.Ranging(CM) 获取距离值，单位为厘米；
然后，如果距离小于等于 10cm，执行后退并转向的操作：先将 IN1 和 IN4 设置为高电平，IN2 和 IN3 设置为低电平，实现后退；延时 1 秒；然后将 IN1 和 IN4 设置为低电平，IN2 和 IN3 设置为低电平，停止电机；延时 0.5 秒；最后将 IN1 和 IN4 设置为低电平，IN2 和 IN3 设置为高电平，实现转向；延时 1 秒。如果距离大于 10cm，执行前进操作：将 IN1 和 IN3 设置为高电平，IN2 和 IN4 设置为低电平，实现前进。

实验结果

将程序烧录到 Arduino Uno 控制板中，连接超声波测距模块和电机控制模块，将电机模块连接到电机和轮子上。当超声波测距模块检测到前方有障碍物时，电机控制模块能够自动将车辆进行后退和转向操作，避免碰撞。当障碍物消失时，车辆能够自动前进。

参考资料

[1] HC-SR04 超声波测距模块的工作原理与使用方法，https://www.elecfreaks.com/11915.html

[2] L298N 电机驱动模块使用说明，https://www.elecfreaks.com/9742.html

[3] Arduino 官网，https://www.arduino.cc/