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单片机实现寻迹小车功能详解（附源码解析）

1. 硬件组成

实现一个基本的寻迹小车系统，需要以下硬件组件：

单片机（MCU）：如 STM32、51 系列或 Arduino，用来处理传感器数据并控制小车运动。

红外传感器（IR）：用于感知地面上的黑线和白地。常见的传感器有 TCS3200、QRE1113 或 TCS230 等。

电机驱动模块：如 L298N、L293D 等，用于驱动小车的电机。

直流电机：控制小车前进、后退、转向等运动。

电池和电源管理模块：为电路和电机提供电力。

小车底盘：用于搭载上述电子组件。

2. 硬件连接

红外传感器：假设有两个传感器，用于检测黑线。传感器输出数字信号（高或低），表示是否在线上。

电机控制：使用 L298N 驱动模块控制小车的两个直流电机的转动。

电机的两个引脚连接到 L298N 的输出端口。

L298N 的控制引脚连接到单片机的 GPIO 引脚，通过控制这些引脚的电平来控制电机的旋转方向和速度。

3. 基本控制逻辑

寻迹小车的工作原理通常是通过传感器检测到的黑白轨迹来判断方向。如果传感器在黑线上，表示小车需要向该方向移动，否则小车需要调整行驶方向。具体控制逻辑如下：

前进：如果两个传感器都检测到黑线，表示小车在轨道上，需要前进。
左转：如果左侧传感器检测到黑线，而右侧传感器检测到白线，表示小车偏离了轨道，需要左转。
右转：如果右侧传感器检测到黑线，而左侧传感器检测到白线，表示小车偏离了轨道，需要右转。
停止：如果两个传感器都检测到白线，表示小车脱离轨道，需要停下来进行修正。

4. 软件设计

假设使用 STM32 单片机，下面是一个简单的代码实现方案。

#include "stm32f4xx_hal.h"

// 电机控制引脚定义
#define MOTOR1_IN1  GPIO_PIN_0
#define MOTOR1_IN2  GPIO_PIN_1
#define MOTOR2_IN1  GPIO_PIN_2
#define MOTOR2_IN2  GPIO_PIN_3
#define MOTOR_GPIO_PORT GPIOB  // 假设电机控制引脚连接到 GPIOB

// 红外传感器引脚定义
#define LEFT_SENSOR_PIN  GPIO_PIN_4  // 左侧传感器
#define RIGHT_SENSOR_PIN GPIO_PIN_5  // 右侧传感器
#define SENSOR_GPIO_PORT GPIOA

void GPIO_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    // 初始化电机控制引脚
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = MOTOR1_IN1 | MOTOR1_IN2 | MOTOR2_IN1 | MOTOR2_IN2;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(MOTOR_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

    // 初始化传感器引脚
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = LEFT_SENSOR_PIN | RIGHT_SENSOR_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(SENSOR_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

// 电机控制函数
void move_forward(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR1_IN1, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR1_IN2, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR2_IN1, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR2_IN2, GPIO_PIN_RESET);
}

void move_backward(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR1_IN1, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR1_IN2, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR2_IN1, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR2_IN2, GPIO_PIN_SET);
}

void turn_left(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR1_IN1, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR1_IN2, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR2_IN1, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR2_IN2, GPIO_PIN_RESET);
}

void turn_right(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR1_IN1, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR1_IN2, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR2_IN1, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR2_IN2, GPIO_PIN_SET);
}

void stop_car(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR1_IN1, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR1_IN2, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR2_IN1, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(MOTOR_GPIO_PORT, MOTOR2_IN2, GPIO_PIN_RESET);
}

// 传感器读取与决策逻辑
void track_car(void) {
    int left_sensor = HAL_GPIO_ReadPin(SENSOR_GPIO_PORT, LEFT_SENSOR_PIN);  // 读取左侧传感器状态
    int right_sensor = HAL_GPIO_ReadPin(SENSOR_GPIO_PORT, RIGHT_SENSOR_PIN);  // 读取右侧传感器状态

    if (left_sensor == GPIO_PIN_SET && right_sensor == GPIO_PIN_SET) {
        move_forward();  // 两个传感器都在黑线上，前进
    } 
    else if (left_sensor == GPIO_PIN_RESET && right_sensor == GPIO_PIN_SET) {
        turn_left();  // 只有右侧在黑线，左转
    } 
    else if (left_sensor == GPIO_PIN_SET && right_sensor == GPIO_PIN_RESET) {
        turn_right();  // 只有左侧在黑线，右转
    } 
    else {
        stop_car();  // 两个传感器都不在黑线上，停止
    }
}

int main(void) {
    HAL_Init();  // 初始化 HAL 库

    GPIO_Init();  // 初始化 GPIO 引脚

    while (1) {
        track_car();  // 根据传感器输入，控制小车运动
    }
}