第04课 巡线传感器

4.1 项目介绍：

循迹传感器（也叫巡线传感器）的核心部件其实是红外传感器。本课使用的模块集成了TCRT5000 红外发射管和接收管。

4.2 元件知识：

循迹传感器的工作原理：利用不同颜色的物体对红外光的反射率不同，然后将反射信号的强度转换为电流信号。

白色表面： 反射能力强，红外光被反射回接收管，传感器输出低电平（LOW / 0）。

黑色表面：吸收红外光，反射很少，接收管接收不到信号，传感器输出高电平（HIGH / 1）。

(注：具体电平逻辑可能因模块设计而异，本教程基于 KEYES 模块特性：检测到黑线/无反射时为高电平，检测到白纸/强反射时为低电平。但在实际代码逻辑中，我们通常通过串口监视器来确认当前状态。根据下文实验现象描述：“白纸遮挡…状态都是0”，“没有接收到信号…数值是1”，我们可以推断：白色=0 (LOW)，黑色/悬空=1 (HIGH)。)

三路循迹模块在一块电路板上集成了三个这样的红外探头，分别对应左、中、右三个位置，让接线和控制变得更加方便。通过旋转传感器上的蓝色小旋钮（电位器），可以调节传感器的检测灵敏度和距离。有效检测高度通常在 0-3 厘米之间。

参数：

• 工作电压：3.3V - 5V (直流电)

• 接口类型：5PIN (5针接口)

• 输出信号：数字信号 (Digital)

• 检测距离：0 - 3 厘米

💡 特别提示： 在使用前，请务必调节传感器上的电位器。最佳灵敏度的调节方法是：将传感器对准黑白交界处或特定距离的目标，旋转旋钮直到指示灯在亮与灭之间临界切换，此时灵敏度最高

4.3 项目组件：

组装好的智能车(未插上蓝牙模块) *1	草帽LED白发红模块 *1	3Pin 双母头杜邦线 *1
USB线 *1	5号(1.5V)电池 *6（电池自备）

4.4 接线图:

⚠️ 特别注意：4WD智能车已经组装好了，这里不需要把三路循迹模块拆下来又重新组装和接线，这里再次提供接线图，是为了方便您编写代码！

三路循迹模块	电机驱动扩展板
S1右侧®	D8
S2中间(M)	D7
S3左侧(L)	D11
V	5V
G	G

⚠️ 特别注意：

• 接线时请确保电源断开(拔掉Arduino主控板上的USB线或将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “OFF” 端)，避免短路。

• 电源连接：电池盒电源接到电机驱动扩展板的 BAT 接口（注意正负极不要接反），端口正反面，请勿反插，否则会损坏端口。

• 电池正负极切勿接反，否则可能烧毁电机驱动扩展板。

• 电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “ON” 端。

4.5 示例代码 1：读取传感器状态

这段示例代码用于测试传感器是否正常工作，读取传感器的数据，并通过电脑屏幕显示数据。

⚠️ 重要提示：

• 上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！ 因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。

/*
  keyes 4WD 多功能智能车
  课程 04.1
  三路循迹传感器
  http://www.keyes-robot.com
*/

#define L_PIN 11  // 左侧循迹传感器引脚
#define M_PIN 7   // 中间循迹传感器引脚
#define R_PIN 8   // 右侧循迹传感器引脚

int valL, valM, valR;  // 三个传感器的变量值

/* 功能：初始化串口和传感器引脚 */
void setup() {
  Serial.begin(9600);  // 初始化串口通信，波特率 9600
  pinMode(L_PIN, INPUT);  // 设置左传感器引脚为输入
  pinMode(M_PIN, INPUT);  // 设置中传感器引脚为输入
  pinMode(R_PIN, INPUT);  // 设置右传感器引脚为输入
}

/* 功能：读取传感器值并通过串口输出 */
void loop() {
  valL = digitalRead(L_PIN);  // 读取左传感器值
  valM = digitalRead(M_PIN);  // 读取中传感器值
  valR = digitalRead(R_PIN);  // 读取右传感器值

  Serial.print("left: "); Serial.print(valL);  // 输出左传感器值
  Serial.print(" middle: "); Serial.print(valM);  // 输出中传感器值
  Serial.print(" right: "); Serial.println(valR);  // 输出右传感器值并换行

  delay(500);  // 延时 500 毫秒，保证读取稳定
}

4.6 项目结果1：

⚠️ 重要提示：

• 上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！ 因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。

实验步骤：

1. 外接电源，将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “ON” 端，上电后。选择好正确的开发板板型（Arduino Uno）和 适当的串口端口（COMxx），然后单击 按钮上传示例代码1至Arduino控制板。

2. 打开 Arduino IDE 的串口监视器（右上角放大镜图标），确保波特率设置为 9600。

3. 观察串口监视器窗口的数据变化。

现象观察：

• 当你用白纸靠近或遮挡传感器下方时，对应的传感器数值会变为 0 (LOW)。这是因为白色强烈反射红外光。

• 当传感器下方没有物体或者对着黑色物体时，数值显示为 1 (HIGH)。

• 你可以尝试用手或不同颜色的纸在左、中、右三个传感器下方移动，观察对应的数值变化。

4.7 示例代码 2：传感器控制 LED 灯

上面我们了解了循迹传感器的工作原理，接下来我们在第9脚接上一个LED 灯，然后通过读取循迹传感器的状态，来控制LED的亮和灭。如下图接线：

硬件连接：

⚠️ 特别注意：4WD智能车已经组装好了，这里不需要把三路循迹模块拆下来又重新组装和接线，这里再次提供接线图，是为了方便您编写代码！但是，LED模块是需要你自己接线的。

三路循迹模块	电机驱动扩展板
S1右侧®	D8
S2中间(M)	D7
S3左侧(L)	D11
V	5V
G	G

LED 模块	电机驱动扩展板
GND	G
VCC	5V
S	S(D9)

⚠️ 特别注意：

• 接线时请确保电源断开(拔掉Arduino主控板上的USB线或将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “OFF” 端)，避免短路。

• 电源连接：电池盒电源接到电机驱动扩展板的 BAT 接口（注意正负极不要接反），端口正反面，请勿反插，否则会损坏端口。

• 电池正负极切勿接反，否则可能烧毁电机驱动扩展板。

• 电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “ON” 端。

⚠️ 重要提示：

• 上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！ 因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。

/*
  keyes 4WD 多功能智能车
  课程 04.2
  三路循迹传感器
  http://www.keyes-robot.com
*/

#define L_PIN 11      // 左侧循迹传感器引脚
#define M_PIN 7       // 中间循迹传感器引脚
#define R_PIN 8       // 右侧循迹传感器引脚
#define LED_PIN 9     // LED 灯引脚

int valL, valM, valR;  // 三个传感器的变量值

/* 功能：初始化串口和引脚模式 */
void setup() {
  Serial.begin(9600);           // 初始化串口通信，波特率 9600
  pinMode(L_PIN, INPUT);        // 设置左传感器引脚为输入
  pinMode(M_PIN, INPUT);        // 设置中间传感器引脚为输入
  pinMode(R_PIN, INPUT);        // 设置右传感器引脚为输入
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);     // 设置 LED 引脚为输出
}

/* 功能：读取传感器值，输出串口信息，并控制 LED 灯 */
void loop() {
  valL = digitalRead(L_PIN);    // 读取左传感器值
  valM = digitalRead(M_PIN);    // 读取中间传感器值
  valR = digitalRead(R_PIN);    // 读取右传感器值

  Serial.print("left: ");       // 输出左传感器值
  Serial.print(valL);
  Serial.print(" middle: ");    // 输出中间传感器值
  Serial.print(valM);
  Serial.print(" right: ");     // 输出右传感器值
  Serial.println(valR);

  if (valL == LOW || valM == LOW || valR == LOW) {  // 任一传感器检测到信号
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);  // LED 灯灭
  } else {
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);   // LED 灯亮
  }
}

4.8 项目结果2：

⚠️ 重要提示：

• 上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！ 因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。

外接电源，将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “ON” 端，上电后。选择好正确的开发板板型（Arduino Uno）和 适当的串口端口（COMxx），然后单击 按钮上传示例代码2至Arduino控制板。

代码上传成功后，当模块上任一传感器检测到白色（即：低电平）时，LED 灯点亮；反之，检测到黑色或悬空时，LED 熄灭。

4.9 代码说明：

为了帮助你更好地理解代码，这里解释几个关键指令：

Serial.begin(9600)

• 作用：初始化串口通信。

• 解释：就像打电话前要拨号一样，这行代码告诉 Arduino 以 9600 的速率（波特率）与电脑进行“对话”。只有两边速率一致，才能正确传输数据。

pinMode(引脚, 模式)

• 作用：定义引脚的工作模式。

• 解释：

  • INPUT（输入）：用于读取外部信号，比如传感器传来的高低电平。

  • OUTPUT（输出）：用于向外发送信号，比如点亮 LED 或驱动电机。

digitalRead(引脚)

• 作用：读取数字引脚的电平状态。

• 解释：它会返回两个值之一：HIGH (高电平，通常代表 1) 或 LOW (低电平，通常代表 0)。

digitalWrite(引脚, 状态)

• 作用：向数字引脚写入电平状态。

• 解释：可以将引脚设置为 HIGH (通电/高电平) 或 LOW (断电/低电平)，从而控制连接设备的开关。

if()...else...

• 作用：条件判断。

• 解释：if (条件) { 执行A } else { 执行B }。如果括号里的条件成立，就执行 A；否则，执行 B。在本课中，我们用 || (或运算符) 来判断三个传感器中是否有任意一个检测到了信号。