В этом уроке:
- Собираем и устанавливаем знак на трассу
- Учим машинку реагировать на знак
Ну что же, перед нами заключительный знак нашей трассы. Знак сообщает, что движение возможно только налево. Давайте соберём и настроим его, если ещё этого не сделали, и установим на трассу.
Учим машинку поворачивать по знаку
Каким образом максимально просто и точно выполнить поворот? Можно, к примеру, установить значения скоростей моторов вручную. Но мы не знаем, в какой момент нужно начать поворот.
На самом деле, всё гораздо проще, и более того, — у нас уже есть всё необходимое для решения этой задачи.
Поворот производится не на прямом участке пути, а на перекрёстке, с которым мы уже умеем работать, поэтому посмотрим на скетч перекрёстка. Сейчас информацию о наличии перекрёстка и о возможном направлении поворота предоставляет нам светофор, а конкретное направление поворота определяется генератором случайных чисел.
Всё, что нам нужно сделать: при распознавании знака изменить флаг ожидания перекрёстка (194 строка), а также задать конкретное направление поворота, в данном случае, — налево (195 строка). Теперь машинка ожидает появление перекрёстка и знает, в какую сторону необходимо поворачивать.
if( !strcmp( ir.sign_str, "4.1.3" ) ){ // Обнаружен знак ПДД 4.1.3 «Движение налево»:
disp.drawImage(Image_4_1_3); // Выводим изображение знака
flg_CrossWait = true; // Ждём начала перекрёстка
val_Turn = -1; // Выбираем движение влево
speed = low_Speed; // Ограничиваем скорость до завершения перекрёстка
}
Изображение знака представлено массивом (помним, что при взгляде на машинку сзади стрелка как раз будет направлена налево):
// 4.1.2 «Движение налево»
byte Image_4_1_3[8] = { 0b00111100, // ####
0b01000010, // # #
0b10001001, // # # #
0b11111101, // ###### #
0b11111101, // ###### #
0b10001001, // # # #
0b01000010, // # #
0b00111100 }; // ####
Поскольку теперь управление сигналами поворотников происходит не только в кейсе светофора, мы перенесли их в часть с общим кодом (130-133 строки).
Обратите внимание, что благодаря универсальности наших функций и флагов, нам не нужно отдельно для этого знака прописывать управление поворотниками, реализовывать смещение бампера относительно центра линии для поворота, и т.д., ведь мы используем блоки кода перекрёстка, где всё это уже реализовано.
Готовый скетч урока
#include <Wire.h> // Подключаем библиотеку для работы с аппаратной шиной I2C
#include <iarduino_I2C_Motor.h> // Подключаем библиотеку для работы с мотором I2C-flash
#include <iarduino_I2C_Bumper.h> // Подключаем библиотеку для работы с бампером I2C-flash
#include <iarduino_I2C_IR.h> // Подключаем библиотеку для работы с Trema модулями: ИК-приёмник/передатчик I2C-flash
#include <iarduino_I2C_Matrix_8x8.h> // Подключаем библиотеку для работы с LED матрицей 8x8 I2C-flash
#include <iarduino_HC_SR04_tmr.h> // Подключаем библиотеку для работы с датчиком расстояния HC-SR04
iarduino_I2C_Motor mot_R (0x0A); // Объявляем объект mot_R для правого мотора, указав адрес модуля на шине I2C
iarduino_I2C_Motor mot_L (0x0B); // Объявляем объект mot_L для правого мотора, указав адрес модуля на шине I2C
iarduino_I2C_Bumper bum (0x0C); // Объявляем объект bum для работы с бампером I2C-flash, указав адрес модуля на шине I2C
iarduino_I2C_Matrix_8x8 disp (0x0D); // Объявляем объект disp для работы с светодиодной матрицей I2C-flash, указав адрес модуля на шине I2C
iarduino_I2C_IR ir(0x09); // Объявляем объект ir для работы с функциями и методами библиотеки iarduino_I2C_IR, указывая адрес модуля на шине I2C
iarduino_HC_SR04_tmr len (12,11); // Объявляем объект len для работы с датчиком расстояния, указав номера выводов arduino, подключённых к выводам TRIG (12) и ECHO (11) датчика
const float min_Speed = 20; // Минимальная скорость движения в км/ч. Используется при движении вблизи школ, а также на опасных участках дороги
const float low_Speed = 40; // Низкая скорость движения в км/ч. Используется при движении по опасным участкам дороги или при соответствующем знаке
const float mid_Speed = 60; // Средняя скорость движения в км/ч. Используется при движении по дорогам
const float max_Speed = 90; // Максимальная скорость движения в км/ч. Используется при движении по скоростным дорогам
const uint16_t min_Distance = 15; // Минимальное расстояние до препятствия в см, при котором требуется остановиться
const uint32_t tim_Wait = 1000; // Определяем время ожидания в мс до начала движения после остановки
float speed = mid_Speed; // Указываем, что изначально скорость равна средней
int8_t val_Turn = 0; // Выбранное направление движения на перекрёстке: 0 прямо, -1 влево, +1 направо
bool flg_TLIGHT = false; // Флаг получения данных от светофора
bool flg_CrossWait = false ; // Флаг ожидания перекрёстка (машина «увидела» светофор или знак, сообщающий о наличии перекрёстка)
bool flg_CrossFind = false; // Флаг обнаружения перекрёстка (бампер заехал на перекрёсток)
bool flg_Turn = false; // Флаг необходимости разворота
bool flg_25 = false; // Флаг повторной фиксации знака 2.5 «Движение без остановки запрещено»
uint32_t timeSign; // Время для отсчёта времени перед повторной фиксацией знака
byte Image_TLIGHT[8]; // Генерируется функцией fnc_CreateImage()
// 1.12.1 «Опасные повороты» // Изображение знака «Опасные повороты»
byte Image_1_12_1[8] = { 0b00000000, //
0b00000010, // #
0b00100010, // # #
0b01010010, // # # #
0b01001010, // # # #
0b01000100, // # #
0b01000000, // #
0b00000000 }; //
// 3.31 «Конец зоны ограничений» //
byte Image_3_31[8] = { 0b00111100, // ####
0b01000010, // # #
0b10000101, // # # #
0b10001001, // # # #
0b10010001, // # # #
0b10100001, // # # #
0b01000010, // # #
0b00111100 }; // ####
// 3.1 «Въезд запрещен»
byte Image_3_1[8] = { 0b00111100, // ####
0b01000010, // # #
0b10000001, // # #
0b10111101, // # #### #
0b10111101, // # #### #
0b10000001, // # #
0b01000010, // # #
0b00111100 }; // ####
// 4.1.2 «Движение налево»
byte Image_4_1_3[8] = { 0b00111100, // ####
0b01000010, // # #
0b10001001, // # # #
0b11111101, // ###### #
0b11111101, // ###### #
0b10001001, // # # #
0b01000010, // # #
0b00111100 }; // ####
void setup() {
mot_R.begin(); // Инициируем работу с левым мотором I2C-flash
mot_L.begin(); // Инициируем работу с правым мотором I2C-flash
bum.begin(); // Инициируем работу с бампером I2C-flash
disp.begin(); // Инициируем работу со светодиодной матрицей I2C-flash
disp.codingDetect("п"); // Выполняем автоопределение кодировки скетча
mot_R.setDirection(true); // Указываем правому мотору, что его вращение должно быть прямым (по часовой стрелке при положительных скоростях)
mot_L.setDirection(false); // Указываем левому мотору, что его вращение должно быть обратным (против часовой стрелки при положительных скоростях)
ir.begin(); // Инициируем работу с ИК-приёмником/передатчиком I2C-flash
ir.setProtocol(IR_IARDUINO); // Указываем протокол для приёма/передачи данных по ИК-каналу
randomSeed(analogRead(A2)); // Выбираем начальную позицию для генерации случайных чисел
len.begin(); // Инициируем работу с датчиком расстояния HC-SR04
}
void loop() {
// ОСТАНОВКА ПЕРЕД ПРЕПЯТСТВИЕМ:
fnc_StopObstacle(min_Distance); // Остановка при наличии препятствия ближе min_Distance см
// АНИМАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ НА СВЕТОФОРЕ:
if( flg_TLIGHT ){ // Если от светофора получены данные
fnc_CreateImage(ir.track_L, ir.track_F, ir.track_R, val_Turn); // Генерируем изображение перекрёстка светофора
disp.drawImage(Image_TLIGHT); // Выводим изображение перекрёстка светофора (функция в конце скетча)
}
// РАЗВОРОТ:
if( flg_Turn ){ // 1 ФАЗА. Если под бампером обнаружен перекрёсток (указываем толщину линии трассы и время на преодоление перекрёстка в мс) ...
flg_Turn = false; // Сбрасываем флаг разворота
mot_R.setSpeed( convertSpeed(low_Speed), MOT_PWM ); // Устанавливаем скорость правого мотора в %
mot_L.setSpeed(-convertSpeed(low_Speed), MOT_PWM ); // Устанавливаем скорость левого мотора в %
// Ждём завершения манёвра:
while( bum.getLineSum() > 0 ) {;} // 2 ФАЗА. Ждём выхода линии за пределы бампера. Цикл выполняется, пока под бампером есть линия
while( bum.getLineSum() == 0 ){;} // 3 ФАЗА. Ждём появления линии под бампером. Цикл выполняется, пока под бампером нет линии
// Останавливаемся:
mot_R.setStop(); // Останавливаем правое колесо
mot_L.setStop(); // Останавливаем левое колесо
val_Turn = 0; // 4 ФАЗА. Выбираем движение прямо
speed = mid_Speed; // Снимаем наложенные ранее ограничения скорости
disp.clrScr(); // Чистим экран светодиодной матрицы
bum.setTurnSignal(BUM_TURN_OFF); // Отключаем поворотники
}
// ПРОВЕРКА НАЛИЧИЯ ПЕРЕКРЁСТКОВ:
if( bum.getCross(3,1000) ){ // Если под бампером обнаружен перекрёсток (указываем толщину линии трассы и время на преодоление перекрёстка в мс) ...
flg_TLIGHT = false; // Сбрасываем флаг наличия данных от светофора
disp.clrScr(); // Чистим экран светодиодной матрицы
if( flg_CrossWait ){ // Если ожидается появление перекрёстка ...
flg_CrossWait = false; // Сбрасываем флаг ожидания перекрёстка
flg_CrossFind = true; // Устанавливаем флаг обнаружения перекрёстка
}
}
else{ // Если под бампером обычная линия ...
if (flg_CrossFind) { // Если ранее был обнаружен перекрёсток
flg_CrossFind = false; // Сбрасываем флаг обнаружения перекрёстка
val_Turn = 0; // Выбираем движение прямо
speed = mid_Speed; // Снимаем наложенные ранее ограничения скорости
bum.setTurnSignal(BUM_TURN_OFF); // Отключаем поворотники
}
}
// Включаем поворотники:
if( val_Turn==-1 ){ bum.setTurnSignal(BUM_TURN_LEFT ); }
if( val_Turn== 0 ){ bum.setTurnSignal(BUM_TURN_OFF ); }
if( val_Turn== 1 ){ bum.setTurnSignal(BUM_TURN_RIGHT); }
// ПРОВЕРКА НАЛИЧИЯ ПРИНЯТЫХ ИК-ДАННЫХ:
if( ir.check(true) ){ // Если принят пакет данных от знака
switch (ir.device) {
case MODUL_TLIGHT: // ПРИНЯТЫ ДАННЫЕ ОТ МОДУЛЯ СВЕТОФОР:
if( flg_TLIGHT == false ){ // Если данные от светофора еще не получались
flg_TLIGHT = true; // Фиксируем факт получения данных от светофора
// Выбираем направление поворота:
if( !ir.track_L && ir.track_F && !ir.track_R ){ val_Turn=0; } // Перекрёсток светофора имеет дорогу только прямо (F), выбираем движение прямо 0
if( !ir.track_L && ir.track_F && ir.track_R ){ val_Turn=random( 0,2); } // Перекрёсток светофора имеет дорогу прямо (F) и направо (R), выбираем движение прямо 0 или направо 1
if( ir.track_L && ir.track_F && !ir.track_R ){ val_Turn=random(-1,1); } // Перекрёсток светофора имеет дорогу прямо (F) и налево (L), выбираем движение налево -1 или прямо 0
if( ir.track_L && ir.track_F && ir.track_R ){ val_Turn=random(-1,2); } // Перекрёсток светофора имеет дорогу в любом направлении (LFR), выбираем движение налево -1, прямо 0 или направо 1
if( ir.track_L && !ir.track_F && ir.track_R ){ val_Turn=random( 0,2)? -1:1;} // Перекрёсток светофора имеет дорогу налево и направо (LR), выбираем движение налево -1 или направо 1
flg_CrossWait = val_Turn ? true : false; // Ждём начала перекрёстка, если требуется поворачивать (если val_Turn != 0)
}
// Снижаем скорость или останавливаемся на светофоре:
if( flg_CrossWait ){ speed = low_Speed; } // Если ожидается перекрёсток, то снижаем скорость перед ним
else { speed = mid_Speed; } // Иначе выбираем обычную скорость
if( val_Turn== 0 && ir.forvard==0 ){ speed = 0; } // Если выбрано движение прямо и оно запрещено светофором, то останавливаемся (снижаем скорость до 0%)
if( val_Turn==-1 && ir.left ==0 ){ speed = 0; } // Если выбрано движение налево и оно запрещено светофором, то останавливаемся (снижаем скорость до 0%)
if( val_Turn== 1 && ir.right ==0 ){ speed = 0; } // Если выбрано движение направо и оно запрещено светофором, то останавливаемся (снижаем скорость до 0%)
break;
case MODUL_SIGN: // Данные отправлены дорожным знаком
if(!strcmp(ir.sign_str, "1.12.1")){ // Если номер знака 1.12.1 - «Опасные повороты»
speed = min_Speed; // Ограничиваем скорость до ближайшего перекрёстка или нового знака
disp.drawImage(Image_1_12_1); // Выводим изображение знака
}
if( !strncmp( ir.sign_str, "3.24", 4) ){ // Обнаружен знак ПДД 3.24 «Ограничение максимальной скорости»:
disp.print(ir.sign[2]); // Выводим цифру скорости
if( ir.sign[2]< 3 ){ speed = min_Speed; }else // ir.sign[2] < 3 значит, на знаке написано меньше «30»
if( ir.sign[2]< 5 ){ speed = low_Speed; }else // ir.sign[2] < 5 значит, на знаке написано меньше «50»
if( ir.sign[2]< 7 ){ speed = mid_Speed; }else // ir.sign[2] < 7 значит, на знаке написано меньше «70»
if( ir.sign[2]!=0 ){ speed = max_Speed; } // ir.sign[2] != 0 значит, на знаке написано «90»
}
if( !strcmp( ir.sign_str, "1.23" ) ){ // Eсли номер знака 1.23 - «Дети»
disp.scrollPos(0); // Переходим к началу бегущей строки
disp.print("Дети"); // Загружаем текст для бегущей строки
disp.autoScroll(245); // Выводим загруженный текст однократно со скоростью 245
speed = min_Speed; // Ограничиваем скорость до ближайшего перекрёстка или нового знака
}
if( !strcmp( ir.sign_str, "3.31" ) ){ // Если обнаружен знак ПДД 3.31 «Конец зоны ограничений»
disp.drawImage(Image_3_31); // Выводим изображение знака
speed = mid_Speed; // Снимаем наложенные ранее ограничения скорости
}
if( !strcmp( ir.sign_str, "2.5" )){ // Если номер знака 2.5 - «Движение без остановки запрещено»
if (!flg_25) { // Если не установлен флаг знака
timeSign = millis(); // Сбрасываем значение переменной времени обнаружения знака
flg_25 = true; // Устанавливаем флаг знака
}
}
if( !strcmp( ir.sign_str, "3.1" )){ // Обнаружен знак ПДД 3.1 «Въезд запрещен»:
disp.drawImage(Image_3_1);
flg_Turn = true; // Устанавливаем флаг разворота
bum.setTurnSignal(BUM_TURN_LEFT ); // Включаем левый поворотник
}
if( !strcmp( ir.sign_str, "4.1.3" ) ){ // Обнаружен знак ПДД 4.1.3 «Движение налево»:
disp.drawImage(Image_4_1_3); // Выводим изображение знака
flg_CrossWait = true; // Ждём начала перекрёстка
val_Turn = -1; // Выбираем движение налево
speed = min_Speed; // Ограничиваем скорость до завершения перекрёстка
}
break;
case MODUL_CAR: // Данные отправлены другим автомобилем
// Пока тут пусто, с другими машинками не взаимодействуем
break;
}
}
// Срабатываниие по времени знака «Движение без остановки запрещено»
if(flg_25 && timeSign + 3000 < millis()){ // Если флаг установлен и с момента последней фиксации прошло больше 3 сек
flg_25 = false; // Сбрасываем флаг
disp.setTimeIdleFirst(100); // Указываем бегущей строке задерживаться на первом символе в течение 100 мс (допускаются значения от 0 до 2550 мс)
disp.setTimeIdleLast(100); // Указываем бегущей строке задерживаться на последнем символе в течение 100 мс (допускаются значения от 0 до 2550 мс)
disp.scrollPos(0); // Переходим к началу бегущей строки
disp.print("STOP"); // Загружаем текст для бегущей строки
disp.autoScroll(245); // Выводим загруженный текст однократно со скоростью 245
mot_R.setSpeed( 0, MOT_PWM ); // Выключаем правый мотор
mot_L.setSpeed( 0, MOT_PWM ); // Выключаем левый мотор
delay(2000); // Задержка 2 сек (остановка)
}
// ОПРЕДЕЛЯЕМ ОШИБКУ ЦЕНТРИРОВАНИЯ ЛИНИИ ПОД БАМПЕРОМ:
// Если ожидается перекрёсток: машина должна ехать по центру линии, немного сместившись в сторону поворота.
float bum_Error; // Объявляем переменную: ошибка для П-регулятора
if( flg_CrossWait ){ bum_Error = bum.getErrPID()+val_Turn; }else // Получаем ошибку центрирования линии, смещённую на 1 датчик в сторону ожидаемого поворота «val_Turn»
// Если бампер заехал на перекрёсток: // Машина должна ехать по краю линии, выполняя поворот
if( flg_CrossFind ){ bum_Error = bum.getSidePID(val_Turn)*3; }else // Получаем ошибку нахождения на краю линии, со стороны поворота «val_Turn». Умножаем ошибку — это увеличит резкость поворота (актуально для тонких линий трассы)
// Если не ждём перекрёсток и не находимся на нём: // Машина должна ехать по центру линии
{ bum_Error = bum.getErrPID(); } // Получаем ошибку центрирования линии
float kP = 3 + 0.125*(convertSpeed(speed)-20); // Коэффициент П-регулятора
float P = bum_Error * kP; // Получаем значение от П-регулятора
mot_R.setSpeed(convertSpeed(speed) - P, MOT_PWM); // Устанавливаем скорость правого мотора
mot_L.setSpeed(convertSpeed(speed) + P, MOT_PWM); // Устанавливаем скорость левого мотора
}
float convertSpeed(float speedLevel){ // Функция преобразования скорости из км/ч в % ШИМ
if (speedLevel == 0) return 0; // Если скорость равна 0, возвращаем 0
else if (speedLevel < 20) return 20; // Если скорость меньше минимальной, устанавливаем минимальное заполнение ШИМ
else if (speedLevel > 90) return 60; // Если скорость больше максимальной, устанавливаем максимальное заполнение ШИМ
else return map(speedLevel, 20, 90, 20, 60); // Преобразование диапазона остальных скоростей
}
// Функция создания анимации движения на перекрёстке светофора:
void fnc_CreateImage(bool l, bool f, bool r, int8_t t){ // Параметры: l - наличие дороги налево, f - прямо, r - направо, t - выбранное направление (L=-1 F=0 R=+1)
// Рисуем дорогу к перекрёстку:
Image_TLIGHT[0]=0x18; Image_TLIGHT[1]=0x18; Image_TLIGHT[2]=0x18; Image_TLIGHT[3]=0x18; Image_TLIGHT[4]=0x18; Image_TLIGHT[5]=0; Image_TLIGHT[6]=0; Image_TLIGHT[7]=0;
// Добавляем дороги от перекрёстка:
if( f ){ Image_TLIGHT[5]|=0x18; Image_TLIGHT[6]|=0x18; Image_TLIGHT[7]|=0x18; }
if( l ){ Image_TLIGHT[3]|=0x1F; Image_TLIGHT[4]|=0x1F; } // Дорога налево
if( r ){ Image_TLIGHT[3]|=0xF8; Image_TLIGHT[4]|=0xF8; } // Дорога направо
// Добавляем точку движения:
static uint8_t i=0, j=0; // Определяем переменные: i - позиция точки, f - флаг задержки
if( millis()%50 < 25 ){
if( j==0 ){ j=1; i++; if(i>8){i=0;} } // Увеличиваем позицию i
}else{ j=0; } // Сбрасываем задержку
if(i<=3){ Image_TLIGHT[i]&=0xEF; } // Точка на дороге к перекрёстку
else{ if(t==0){ if(i<8){Image_TLIGHT[i]&=0xEF; } } // Точка на дороге от перекрёстка прямо
if(t <0){ if(i<9){Image_TLIGHT[4]&=~(1<<(8-i)); } } // Точка на дороге от перекрёстка налево
if(t >0){ if(i<7){Image_TLIGHT[3]&=~(1<<(i+1)); } } // Точка на дороге от перекрёстка направо
}
}
// ФУНКЦИЯ ОСТАНОВКИ ПЕРЕД ПРЕПЯТСТВИЕМ:
void fnc_StopObstacle(uint16_t distance){ // Функция получает дистанцию в см, при которой требуется остановиться
// Проверяем наличие препятствия:
if( len.distance() > distance ){ return; } // Выходим из функции, если расстояние до препятствия больше «distance» см.
// Определяем время обнаружения препятствия:
uint32_t currentTime = millis(); // Получаем текущее время
// Выполняем остановку:
mot_R.setStop(); // Останавливаем правый мотор
mot_L.setStop(); // Останавливаем левый мотор
disp.print("STOP"); // Загружаем текст «STOP» для бегущей строки
disp.scrollPos(0); // Переходим к началу бегущей строки
disp.autoScroll(245, 300); // Выводим загруженный текст со скоростью 245 и паузой между прокрутками строки в 300 мс
// Ждём освобождения дороги от препятствия:
while( currentTime > millis()-tim_Wait ){ // Пока не пройдёт «tim_Wait» мс после времени «currentTime»
if( len.distance() < distance+3 ){ // Если до препятствия меньше «distance»+3 см. ...
currentTime = millis(); // Обновляем текущее время
}
}
// Информируем о готовности продолжить движение:
disp.clrScr(); // Чистим экран светодиодной матрицы
delay(500);
disp.print("GO"); // Загружаем текст «GO» для бегущей строки
disp.scrollPos(0); // Переходим к началу бегущей строки
disp.autoScroll(245); // Выводим загруженный текст однократно со скоростью 245
delay(1000);
disp.clrScr(); // Чистим экран светодиодной матрицы
} 
Обсуждение