第26/31課：智能小車 第4部分：使用超聲波傳感器避障 | SunFounder Robojax

喺呢一課，我哋會幫你嘅智能車升級，等佢可以用超聲波感應器睇到同埋對周圍環境作出反應。通過量度前面物件嘅距離，架車可以做出聰明嘅決定：當條路暢通嘅時候就向前行，當有物件喺警戒區內就停低，而當有障礙物太近嘅時候就會向後退。呢個項目係建基於你已經學過嘅核心摩打控制同感應器基礎，最後會整到一架真正嘅自動駕駛車輛。

呢個唔單止係一件玩具；佢係邁向整更加複雜機械人項目嘅基本一步。你喺度會實現嘅邏輯——感應、思考、行動——同機械人吸塵機以至工業自動化所用嘅邏輯係一樣嘅。以下有幾個諗法可以啟發你自己嘅創作：

• 自動探測車：整一架可以探索房間或者走廊而唔會撞到牆或者傢俬嘅機械人。
• 近距離警報系統：將超聲波感應器裝喺伺服摩打上面，用嚟掃描一個區域，當有入侵者進入指定範圍嘅時候就觸發警報或者燈光。
• 智能泊車輔助：整一個系統，用距離讀數嚟引導車輛入狹窄嘅車位，提供視覺或者聲音提示。

呢個指南係根據 SunFounder 3-in-1 Arduino 套件同埋佢嘅「Play with Ultrasonic Module」項目嚟寫嘅。我哋會逐步講解接線、解釋決策代碼，同埋示範架車嘅實際運作。

避障邏輯點樣運作

呢個項目嘅核心係一個簡單但強勁嘅決策樹。超聲波感應器會不斷量度正前方物件嘅距離。然後呢個距離值就用嚟控制架車嘅摩打，如下圖所示。

• 如果距離 > 25 厘米：條路暢通，所以架車會向前行。
• 如果 10 厘米 < 距離 <= 25 厘米：偵測到有物件喺「警戒區」入面，所以架車會停低以避免碰撞。
• 如果 2 厘米 < 距離 <= 10 厘米：有物件離得太近。架車會向後退以製造更多空間。
• 如果距離 <= 2 厘米：呢個讀數好可能係錯誤（太近而量度唔準確），所以架車會停低作為安全措施。

硬件組件

要整呢個項目，你需要以下組件，全部都有包括喺 SunFounder 3-in-1 套件入面。

• 1x Arduino Uno（或者兼容板）
• 1x 配備兩個齒輪摩打嘅智能車底盤
• 1x L298N 摩打驅動模組
• 1x HC-SR04 超聲波距離感應器
• 1x 麵包板
• 跳線
• 架車嘅電源（例如電池盒）

接線指南

接線會連接摩打驅動器、超聲波感應器同埋 Arduino。摩打驅動器控制架車嘅車輪，而超聲波感應器就充當佢嘅「眼睛」。

以下係 SunFounder 文檔入面嘅連接圖：

等我哋拆解吓啲連接。首先，將麵包板嘅正負電軌由 Arduino 嘅 5V 同 GND 針腳供電。然後超聲波感應器嘅連接如下：

• VCC（電源）：連接到麵包板上嘅正電軌。
• GND（接地）：連接到麵包板上嘅負電軌。
• Trig（觸發）：連接到 Arduino 上嘅數碼針腳 3。呢個針腳負責發送超聲波脈衝。
• Echo（接收）：連接到 Arduino 上嘅數碼針腳 4。呢個針腳負責接收反射返嚟嘅脈衝。

摩打驅動器嘅連接同之前幾課一樣。四個控制針腳（IN1、IN2、IN3、IN4）連接到 Arduino 嘅數碼針腳 5、6、9 同 10。呢啲針腳控制兩個摩打嘅速度同方向。確保摩打驅動器嘅電源同接地正確連接到電池盒同 Arduino 嘅接地。（喺影片 02:24 位置）

代碼解釋

呢個項目嘅代碼係根據超聲波感應器嘅距離讀數嚟控制架車嘅行為。邏輯好直接，亦都好容易自訂。等我哋睇吓啲關鍵嘅、用戶可以設定嘅部分。

1. 針腳定義

喺程式最頂部，摩打同超聲波感應器嘅針腳已經定義好。如果你將組件接駁到唔同嘅 Arduino 針腳，你可以更改呢啲設定。

const int A_1B = 5;
  const int A_1A = 6;
  const int B_1B = 9;
  const int B_1A = 10;
  
  const int trigPin = 3;
  const int echoPin = 4;

呢度，A_1A、A_1B、B_1A 同 B_1B 透過 L298N 驅動器控制左邊同右邊嘅摩打。trigPin 同 echoPin 係用嚟連接超聲波感應器。

2. 行為變數同邏輯

主要嘅行為係喺 loop() 函數入面控制。呢度就係你可以調整架車「性格」嘅地方。

void loop() {
    float distance = readSensorData();
    if (distance > 25) {
      moveForward(200);
    }
    else if (distance < 10 && distance > 2) {
      moveBackward(200);
    } else {
      stopMove();
    }
  }

以下係點樣自訂佢：

• 距離門檻：數字 25 同 10 定義咗「安全」同「危險」區域，單位係厘米。加大 25 可以令架車早啲停，或者減細佢等架車可以行近啲障礙物。個 2 係一個安全緩衝，用嚟忽略太近物件嘅錯誤讀數。
• 摩打速度：傳畀 moveForward() 同 moveBackward() 嘅 200 設定咗架車嘅速度。呢個值可以由 0 到 255。較低嘅值，好似 150，會令架車行得慢啲同謹慎啲。

其餘嘅代碼包括 readSensorData() 函數，佢處理超聲波感測器嘅計時嚟計算距離，同埋 moveForward()、moveBackward() 同 stopMove() 函數，佢哋控制摩打驅動器嚟執行想要嘅動作。

處理一個常見錯誤

你可能會遇到好似 'moveForward' was not declared in this scope 嘅錯誤。呢個係因為 Arduino IDE 由上到下讀取代碼。當佢去到 loop() 函數嘅時候，佢仲未知道下面定義嘅函數。為咗修正呢個問題，你必須喺 setup() 函數之前加「函數原型」。呢啲只係函數名稱同返回類型嘅聲明，以分號結尾。

void moveForward(int speed);
  void moveBackward(int speed);
  void stopMove();
  float readSensorData();

加咗呢啲行就話畀編譯器知：「呢啲函數存在，遲啲會定義」，咁就解決咗個錯誤。（影片 09:21 度）

改善感測器穩定性

喺測試期間，你可能會注意到即使前面冇障礙物，架車都會停或者窒下窒下。呢個通常係因為個迴圈行得太快，超聲波感測器冇足夠時間接收回聲信號，導致讀數係 0 厘米。為咗修正呢個問題，喺 loop() 函數嘅尾段加一個小延遲，畀感測器時間去工作。

void loop() {
    float distance = readSensorData();
    if (distance > 25) {
      moveForward(200);
    }
    else if (distance < 10 && distance > 2) {
      moveBackward(200);
    } else {
      stopMove();
    }
    delay(100); // 加一個 100ms 延遲嚟穩定讀數
  }

100 毫秒嘅延遲通常已經足夠攞到穩定同一致嘅距離讀數。（影片 10:56 度）

現場項目示範

一旦上傳咗代碼，打開 Serial Monitor。你會見到文字顯示架車嘅狀態，好似「Forward」、「Reverse」或者「Stop」。

喺示範入面，架車放喺面對一個障礙物嘅位置。當障礙物距離超過 25 厘米，架車會向前行。當你將隻手移近，距離跌到低過 25 厘米，架車就會停。如果你將隻手移得好近，喺 10 厘米之內，架車會向後退。呢個行為喺影片入面好清楚見到，確認咗避障邏輯正常運作。（影片 11:53 度）

總結

恭喜！你成功整咗一架可以喺環境入面導航同避開障礙物嘅智能車。呢個項目將感測器輸入、決策邏輯同摩打控制結合成一個完整嘅功能系統。你唔單止學識咗點用超聲波感測器，仲學識咗點實現一個簡單嘅控制演算法，呢個係更加複雜嘅自主機械人嘅基礎。

章節

• [00:00] 避障簡介
• [01:16] 項目概覽同先決條件
• [02:24] 接線超聲波感測器同摩打驅動器
• [04:56] 打開項目代碼
• [05:12] 代碼解釋：邏輯同函數
• [08:34] 上傳代碼同初步測試
• [09:21] 疑難排解：函數原型
• [10:56] 疑難排解：加延遲嚟穩定
• [11:53] 避障現場示範