高性能循迹跟踪小车，可以做成这样！！！

这是一个用于比赛的循迹跟踪小车项目，他是怎么在兼顾尺寸和速度性的同时满足小车高性能的要求的呢？

循迹小车在创客圈里面并不是什么新鲜事，但普通的循迹小车要么比较大，要么则比较重，并不适合用来比赛。在我们当地的创客圈子里面有一个循迹小车的比赛项目，要求上场的小车的尺寸不能超过12x20cm，那我们该怎样来满足这样的需求呢？

本项目的主要开发过程分为三个部分：电子构建，结构设计和3D打印，程序配置和调试。下面我们就来完成它吧。

第一步：电机

在开发此项目的过程中，要切记的一点是我们是在开发一个比赛用的小车。此处我选用了Pololu提供的电机，他家的电机分为四种：低功率、中等功率、高功率和长寿命高功率，这四种电机的工作电压都为6V，而且物理尺寸也基本相同。低功率的电机功耗较低，但是要知道我们这是为了比赛，所以应该选择那两种高功率的电机。其中长寿命高功率的电机的使用寿命更长，但是并不能承受高于6V的电压。综合考虑之后，我选择了高功率的电机，它们能够不中断地连续使用好几个小时，这已经足够了。

接下来我们应该选择多少的传动比呢？通常电机的传动比越高，电机的速度就越低，但是电机提供的扭矩却更高，就能提供更高的加速度。对比较重的机器人来说这确实非常重要。我的建议是在30:1到10:1的传动比之间做出选择，最后我选择的四个传动比为10:1的电机，毕竟是为了比赛，我会尽量降低小车的质量，从而提供更高的速度。当然，你也可以选择使用2个30:1的传动比的电机，这样为了获得更高的速度，你需要为电机提供高于6V的电压。

第二步：车轮

因为电机的速度是以每分钟的转速衡量的，所以在转速固定的情况下，轮子直径越大，理论上就跑得越快，但与此同时轮子也会越重。综合考虑之后我选择了直径32毫米的窄边车轮，其单个重量为3.2克。

第三步：电池

电池方面我推荐使用储能密度大、可充电的LiPo电池。我使用的是850mAh 7.4V双芯LiPo电池。

第四步：球脚轮

为了能让小车的电机获得足够的反应时间，需要将小车的循迹探测器尽量前置，那么这就需要用到2个前置的球脚轮.当然这两个球脚轮并不是必需的，如果你的小车的设计能够在行进过程中维持平衡，或者只是采用后轮驱动的方式运动（将探测器安装在车体前部），那么就不需要这两个球脚轮。

注意两只球脚轮的相对位置，不要让其对小车的行进方向产生影响。

第五步：小车结构

为了在保证小车基本结构上尽量降低小车的质量，我选择自己设计小车的结构件。然后用3d打印机打印出来即可。注意，打印之前需要导出适合3D打印机的STL文件。

第六步：探测器组件

这一步我需要搭建能够用来探测地面标线的探测器设备。这里我用到了9个CNY70光电传感器（5个或7个应该也可以），9个220Ω电阻和9个56kΩ下拉电阻。另外我还设计了一个简易的PCB板用来承载我的威廉希尔官方网站结构。

这套探测器的原理很简单，每个CNY70传感器都会产生0-5V的电压，其中0V左右表示探测到黑色，5V左右则是白色。CNY70提供了0-1024的精度范围。

威廉希尔官方网站板上一共引出了11个接口，其中两个分别是接地和5V电源，其它9个是传感器的模拟输出。威廉希尔官方网站本身并不复杂，复制以下威廉希尔官方网站 9次即可。

第七步：主威廉希尔官方网站设计

探测器的威廉希尔官方网站不复杂，主威廉希尔官方网站却相对较为复杂一点。这里我们没有使用常见的Arduino，而是使用了PIC18F4550单片机，因为其体积更小，而且在某些比赛中是禁止使用Arduino的。

威廉希尔官方网站设计如下：

相关文件：

VPOWEREXP.pdf
TOPLAYER.pdf
BOTTONLAYER.pdf
VPOWER.pdsprj

主威廉希尔官方网站的组件清单如下：

PIC18F4550单片机
20MHz晶振
3到6个LED（PCB上只使用了3个）
3个220欧姆电阻（用于LED）
2个10nF陶瓷电容
2个18nF陶瓷电容
L293D或SN7544（电机驱动模块）
开关
三个按钮
7805三端稳压器（为单片机提供5V电压）
线材等

接下来就是制作对应的PCB板。

然后将各个组件焊接到PCB上。

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第十一步：路径跟踪

确定了中心线之后就需要控制电机对线进行跟踪了。由于我们采用的电机并不具有直接转向的功能，我们需要用到另一种转向方式：速度差转向——通过为小车的轮子设定不同的速度从而让小车整体产生转向效果。控制速度则用到了常用的脉冲宽度调制，这一部分整合到了小车的代码中。此处我们需要用到一个函数MotorsSpeed(a,b)，其将定义电机的速度，并将其设置到区间（-1000,1000）之间，包括前后速度。

void MotorsSpeed(int A,int B){
///If mode equals alfa then we invert the motors voltage
MotorASpeed(MODE == ALFA ? A : B);
MotorBSpeed(MODE == BETA ? A : B);
}
void MotorASpeed(int S){
S = min(S,1000);
S = max(S,-1000);

ADIR = S > 0 ? 0 : 1;
S = S > 0 ? S : 1000 + S;

CCP1CONbits.DC1B1 = S % 4;
CCPR1L = S / 4;
}
void MotorBSpeed(int S){
S = min(S,1000);
S = max(S,-1000);

BDIR = S > 0 ? 0 : 1;
S = S > 0 ? S : 1000 + S;

CCP2CONbits.DC2B = S % 4;
CCPR2L = S / 4;
}

实现了对电机的速度控制，就可以实现转向算法了。

void LineFollow(){
double kp,kd,kr,speed;
///POSICION has the value of the center of the line previously calculated
kp = KP[speedMode];
kd = KD[speedMode];
kr = KR[speedMode];
DER = POSICION - LP; ///We calculate how much the line has moved from the last iteration
PIDf = (POSICION* kp + DER * kd);

      if (PIDf > 0){
         MotorsSpeed(Mr(speed-PIDf,kr) , speed); ///Mr makes the value to multiply by KR if it is negative. You can delete it
}else{
         MotorsSpeed(speed , Mr(speed+PIDf,kr) ); ///Mr makes the value to multiply by KR if it is negative. You can delete it
      }
LP = POSICION;  ///We store the last line position
}