代码收藏家技术教程 2023-05-04

【嵌入式开发】基于树莓派实现超声波避障小车（Python）

1. 模块介绍与组装

1.1 所需硬件
（1）烧制好的树莓派4B
（2）小车车架（可在网上购买）。
（3）直流电机*4：用于驱动小车行驶。
（4）L298N电机驱动模块：用于实现对电机的控制。
（5）超声波测距模块：用于实时测距，以实现自主避障。
（6）其余辅助器件：包括充电宝（树莓派供电）、干电池组（电机供电）及杜邦线若干。
1.2 整体结构

1.3 L298N电机驱动模块
该模块又叫L298N双H桥直流电机驱动模块，将模块的四个输出口（out1、out2、out3、out4）分别与直流电机正负极相连。供电口（12V、GND）分别与电池组正负极相连。四个输入口（IN1、IN2、IN3、IN4）分别与树莓派GPIO接口11、12、13、15相连。
L298N电机驱动模块

L298N电机驱动模块

L298N模块通过四个输入口电平信号的高低来实现对电机转向的控制。其中IN1、IN2控制out1、out2（即左侧电机），IN3、IN4控制out3、out4（即右侧电机）。下面是对电机进行控制的真值表：

IN1	IN2	电机
0	0	停止
0	1	反转
1	0	正转
1	1	停止

1.4 超声波模块
将超声波模块TRIG和ECHO分别连接到GPIO29和GPIO31上，TRIG负责发射超声波，ECHO负责接收超声波，VCC接树莓派5V接口以实现对模块的供电，GND接树莓派GND接口。利用发射和接收的时间差来计算距离。

2. 实现代码

2.1 超声波避障

#超声波测距函数
def Distance_Ultrasound():
    GPIO.output(TRIG,GPIO.LOW)		#输出口初始化置LOW（不发射）
    time.sleep(0.000002)
    GPIO.output(TRIG,GPIO.HIGH)		#发射超声波
    time.sleep(0.00001)
    GPIO.output(TRIG,GPIO.LOW)		#停止发射超声波
    while GPIO.input(ECHO) == 0:
        emitTime = time.time()		#记录发射时间
    while GPIO.input(ECHO) == 1:
        acceptTime = time.time()	#记录接收时间
    totalTime = acceptTime - emitTime				#计算总时间
    distanceReturn = totalTime * 340 / 2 * 100  	#计算距离（单位：cm）
    return  distanceReturn			#返回距离

#避障函数
def Obstacle_Avoidance():
    while True:
        dis= Distance_Ultrasound()
        print("距离 ",dis,"cm")
        if dis<30:					#距离小于30cm时启动避障程序
            while dis<30:
                Back_time(0.5)		#距离小于30cm时后退0.5s
                dis=Distance_Ultrasound()
                print("距离 ",dis,"cm")
            Left_time(1.5)			#左转1.5s
            Forward()				#继续前进
        time.sleep(0.5)

2.2 完整代码

import RPi.GPIO as GPIO		#引入RPi.GPIO库函数命名为GPIO
import time					#引入计时time函数

GPIO.setwarnings(False)

GPIO.setmode(GPIO.BCM)     	#将GPIO编程方式设置为BCM模式，基于插座引脚编号

#接口定义
TRIG = 5					#将超声波模块TRIG口连接到树莓派Pin29
ECHO = 6                    #将超声波模块ECHO口连接到树莓派Pin31
INT1 = 17                   #将L298 INT1口连接到树莓派Pin11
INT2 = 18                   #将L298 INT2口连接到树莓派Pin12
INT3 = 27                   #将L298 INT3口连接到树莓派Pin13
INT4 = 22                   #将L298 INT4口连接到树莓派Pin15

#输出模式
GPIO.setup(TRIG,GPIO.OUT)
GPIO.setup(ECHO,GPIO.IN)
GPIO.setup(INT1,GPIO.OUT)
GPIO.setup(INT2,GPIO.OUT)
GPIO.setup(INT3,GPIO.OUT)
GPIO.setup(INT4,GPIO.OUT)

#一直前进函数
def Forward():
    GPIO.output(INT1,GPIO.LOW)
    GPIO.output(INT2,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(INT3,GPIO.LOW)
    GPIO.output(INT4,GPIO.HIGH)

#后退指定时间函数
def Back_time(time_sleep):
    GPIO.output(INT1,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(INT2,GPIO.LOW)
    GPIO.output(INT3,GPIO.HIGH)
    GPIO.output(INT4,GPIO.LOW)
    time.sleep(time_sleep)

#左转指定时间函数
def Left_time(time_sleep):
    GPIO.output(INT1,GPIO.LOW)
    GPIO.output(INT2,GPIO.LOW)
    GPIO.output(INT3,GPIO.LOW)
    GPIO.output(INT4,GPIO.HIGH)
    time.sleep(time_sleep)

#停止函数
def Stop():
    GPIO.output(INT1,GPIO.LOW)
    GPIO.output(INT2,GPIO.LOW)
    GPIO.output(INT3,GPIO.LOW)
    GPIO.output(INT4,GPIO.LOW)

#超声波测距函数
def Distance_Ultrasound():
    GPIO.output(TRIG,GPIO.LOW)		#输出口初始化置LOW（不发射）
    time.sleep(0.000002)
    GPIO.output(TRIG,GPIO.HIGH)		#发射超声波
    time.sleep(0.00001)
    GPIO.output(TRIG,GPIO.LOW)		#停止发射超声波
    while GPIO.input(ECHO) == 0:
        emitTime = time.time()		#记录发射时间
    while GPIO.input(ECHO) == 1:
        acceptTime = time.time()	#记录接收时间
    totalTime = acceptTime - emitTime		#计算总时间
    distanceReturn = totalTime * 340 / 2 * 100  	#计算距离（单位：cm）
    return  distanceReturn			#返回距离

#避障函数
def Obstacle_Avoidance():
	while True:
		dis= Distance_Ultrasound()
		print("距离 ",dis,"cm")
			if dis<30:				#距离小于30cm时启动避障程序
            while dis<30:
                Back_time(0.5)		#距离小于30cm时后退0.5s
                dis=Distance_Ultrasound()
                print("距离 ",dis,"cm")
            Left_time(1.5)			#左转1.5s
            Forward()				#继续前进
        time.sleep(0.5)

print("超声波避障系统运行中，按Ctrl+C退出...")
        try:
            Forward()				#初始状态为前进
            Obstacle_Avoidance()
        except KeyboardInterrupt:
            Stop()