滅火機(jī)器人的開發(fā)過程：連接機(jī)器人，驅(qū)動風(fēng)扇，尋找火源

實驗器材

· 組裝好的機(jī)器人；

· 計算機(jī)及編程環(huán)境；

·USB 下載線；

· 復(fù)眼傳感器1個；

· 帶槳葉的直流小電機(jī)1個；

· 繼 電 器 1 個 ；

· 微觸開關(guān)傳感器1個。

實驗步驟

1.連接機(jī)器人

這次實驗需要為機(jī)器人在D3 端口安裝一個微觸開關(guān)傳感器，在D2 端口上裝上一個 繼電器，并且通過它驅(qū)動一個直流小電機(jī)。同時，我們將復(fù)眼傳感器連接到A0～A4 端 口。在安裝復(fù)眼傳感器的時候請同學(xué)們小心接線的順序，它與我們其他的傳感器、執(zhí)行器 稍有不同，雖然占用了5個端口，但是只要為它連接一根+5V的電源線和一根地線就可 以了。

2.驅(qū)動風(fēng)扇

先編寫程序，每按下一次微觸開關(guān)，就讓風(fēng)扇的狀態(tài)變化一次。比如，如果風(fēng)扇正 在旋轉(zhuǎn)，那么按下一次開關(guān)，就讓它立刻停止，反之亦然。對于如何讀取微觸開關(guān)傳感器 的狀態(tài)和如何通過繼電器驅(qū)動風(fēng)扇，同學(xué)們都應(yīng)該了然于胸了。但是這里的程序和本書 一開始做過的開關(guān)小燈的程序還是有所不同的，我們可能需要對按動微觸開關(guān)的次數(shù)進(jìn) 行計數(shù)，才能知道什么時候該驅(qū)動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，什么時候該讓它停止。下面給出了一個示例 程序，請大家留意其中是如何處理微觸開關(guān)的計數(shù)的。

const int FanPort=2;

const int SwitchPort=3;

int counter=0;

void setup(){

pinMode(FanPort, OUTPUT);

pinMode(SwitchPort,INPUT);

void loop(){

if(digitalRead(SwitchPort)==HIGH){ counter++;

}

if(counter %2==0){

digitalWrite(FanPort,LOW);

}else(

digitalWrite(FanPort,HIGH);

}

delay(200);

在這個示例程序中，每次按下微觸開關(guān)就讓一個計數(shù)變量自動增1。然后，我們用了 一個取模的運(yùn)算“%”,在這里，counter%2 的結(jié)果就是這個計數(shù)變量除以2的余數(shù)是多 少。顯然，如果余數(shù)是0,那么計數(shù)變量就是偶數(shù)，否則就是奇數(shù)。之后的內(nèi)容就很直觀 了，奇數(shù)時我們讓風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，偶數(shù)時停止就可以了。

這個示例看起來似乎很出色，可是實際上這里有一個很大的問題，如果同學(xué)們按動按 鍵的時候有一個很小的抖動，那么會不會被主控器認(rèn)為是按了兩次呢?或者如果按下按 鍵的時間比較長，是不是也會被認(rèn)為按了多次?幸運(yùn)的是，我們可以用軟件的方法解決這 種抖動或按鍵時間過長的問題，請同學(xué)們自己嘗試設(shè)計一個改進(jìn)的算法，讓開關(guān)能出色地 控制風(fēng)扇的運(yùn)行。

3、尋找火源

解決了風(fēng)扇的問題，再來看看如何利用復(fù)眼傳感器找到火源。這個問題可以說是到 目前為止面對的Z富挑戰(zhàn)性的問題了，機(jī)器人需要在滅火的場地內(nèi)以合理的方式探索尋 找火源的所在，并且運(yùn)動到火源近前，它涉及機(jī)器人的滅火策略、路徑規(guī)劃、運(yùn)動控制等多 方面的問題。 但同學(xué)們不要畏難，還記得我們講過的分而治之、簡化問題的思想嗎?這里就先將這 個問題簡化。假設(shè)現(xiàn)在已經(jīng)有一個火源就在機(jī)器人的探測范圍內(nèi)。我們要讓機(jī)器人的行 為就像是一朵向日葵一樣，它需要找到火源的方向并且原地轉(zhuǎn)動，直到復(fù)眼中正對前方的 那一只眼睛正對火源方向為止，如圖13-5所示。

要解決這個簡化的問題，需要對復(fù)眼的5個讀數(shù)進(jìn)行比較，找到信號Z強(qiáng)的方向應(yīng)該 就是火源的方向了。隨后就可以讓機(jī)器人根據(jù)火源方向的不同，進(jìn)行速度不同的原地轉(zhuǎn)動。如果火源在Z靠外的位置就可以轉(zhuǎn)得快些，靠內(nèi)就轉(zhuǎn)得慢些，如果已經(jīng)是在正中了就 可以停止轉(zhuǎn)動了。假設(shè)復(fù)眼傳感器從左到右分別連接到了主控板的A0～A4 端口，下面 給出了讓機(jī)器人尋找火源的示例程序，請同學(xué)們留意其中是怎么找到Z強(qiáng)信號位置的。

#define COUNTER_CLOCKWISE 0

#define CLOCKWISE 1

…

void turn(int speed,int dir);

void loop(){

int maxValue=0;

int maxPort=A0;

int value;

for(int i=A0;int iif(value>maxValue){ maxValue=value;

maxPort=i;

}

if(maxPort==A0){

turn(120,CLOCKWISE);

}else if(maxPort==A1){

turn(80,CLOCKWISE);

}else if(maxPort==A2){

turn(0,CLOCKWISE);

}else if(maxPort==A3){

turn(80,COUNTER_CLOCKWISE); }else if(maxPort==A4){

turn(120,COUNTER_CLOCKWISE); }else{

turn(0,CLOCKWISE); }

delay(100);

}

void turn(int speed,int dir){

analogWrite(LeftSpeedPort,speed);

analogWrite(RightSpeedPort,speed);

if(dir==CLOCK){

digitalWrite(LeftDirPort,HIGH); digitalWrite(RightDirPort,LOW);

}else(

digitalWrite(LeftDirPort,LOW);

digitalWrite(RightDirPort,HIGH);