В этом уроке:
- Устанавливаем светофор
- Принимаем и распознаем сигналы светофора
- Проезжаем перекрёсток под нужные сигналы светофора
В прошлом уроке мы остановились на том, что машинка отреагировала на перекрёсток только один раз. Сейчас нам очень помогут знания из урока о поворотах на перекрёстке. В скетче того урока было сделано одно допущение: мы постоянно были «в ожидании» перекрёстка, поскольку не знали, в какой момент он появится. Флаг flg_CrossWait постоянно равен true, для возможности поворачивать на перекрёстках:
bool flg_CrossWait = true ; // Флаг ожидания перекрёстка (машина «увидела» светофор или знак, сообщающий о наличии перекрёстка)
Однако, сейчас мы установим на трассу светофор, который будет стоять перед перекрёстком. Теперь мы будем чётко знать, в какой момент его ожидать, поэтому можем наконец установить флаг по умолчанию false, как и было запланировано. Менять его на true будем при получении сигнала от светофора.
Сборка и настройка светофора
Соберите светофор и настройте его на наш тип перекрёстка, если ещё этого не делали, — Т-образный с поворотом налево (соответственно дополнительная секция устанавливается только слева).
После этого установите светофор на трассу:
Из-за особенности нашей трассы (машинка подъезжает к светофору из-за поворота) Вам может потребоваться увеличить мощность передатчика с помощью подстроечного резистора на светофоре. В статье про светофор можно почитать об этом подробнее.
Учим машинку ездить по сигналам светофора
Давайте посмотрим на фрагмент скетча для светофора и разберёмся, как он работает.
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 влево и оно запрещено светофором, то останавливаемся (снижаем скорость до 0 %)
if( val_Turn== 1 && ir.right ==0 ){ speed = 0; } // Если выбрано движение вправо и оно запрещено светофором, то останавливаемся (снижаем скорость до 0 %)
break;
В уже знакомую нам конструкцию switch-case мы добавили код для светофора. В строках 96-100 происходит выбор направления поворота случайным образом, в зависимости от конфигурации перекрёстка. Подробнее о генераторе случайных чисел мы говорили в уроке, где учились объезжать препятствия. Для корректной работы этой функции не забываем добавить в void setup() строку:
randomSeed(analogRead(A2)); // Выбираем начальную позицию для генерации случайных чисел
Далее устанавливаем скорость проезда перекрёстка (105, 106 строки) — если ожидается перекрёсток, то снижаем скорость до 40 км/ч, иначе движемся со скоростью 60 км/ч.
Строки 107-109 запрещают движение автомобиля в заданном направлении (которое мы ранее определили случайно) при запрещающем сигнале светофора.
Также добавляем сбрасывание флага светофора (68 строка) при въезде на перекрёсток (67 строка).
// 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
}
}
Поскольку теперь машинка будет включать поворотники для проезда перекрёстка, добавляем функцию их выключения после того, как перекрёсток был пройдён:
bum.setTurnSignal(BUM_TURN_OFF); // Отключаем поворотники
Анимация схемы проезда перекрёстка на дисплее
Мы добавили функцию анимации проезда перекрёстка. Оставляем её без объяснения работы, только с комментариями к коду. При желании Вы можете самостоятельно разобраться с тем, как это работает.
// Функция создания анимации движения на перекрёстке светофора:
void fnc_CreateImage(bool l, bool f, bool r, int8_t t){ // Параметры: l - наличие дороги влево, f - прямо, r - вправо, 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 влево
if( r ){ Image_TLIGHT[3]|=0xF8; Image_TLIGHT[4]|=0xF8; } // Дорога вправо
// 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 влево
if(t >0){ if(i<7){Image_TLIGHT[3]&=~(1<<(i+1)); } } // Точка на дороге от перекрёстка вправо
}
}
Запуск данной функции происходит во время получения данных от светофора.
// 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
}
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
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 LED матрицей 8x8, указывая её адрес 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
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
float speed = mid_Speed; // Указываем, что изначально скорость равна средней (60 км/ч)
int8_t val_Turn = 0; // Выбранное направление движения на перекрёстке: 0 прямо, -1 влево, +1 вправо
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 знака 2.5 «Движение без остановки запрещено»
uint32_t timeSign; // Время для задержки срабатывания знака 2.5
bool flg_TLIGHT = false; // Флаг получения данных от светофора
byte Image_TLIGHT[8]; // Генерируется функцией fnc_CreateImage()
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
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
disp.begin(); // Инициируем работу с LED матрицей 8x8
disp.codingDetect("п"); // Автоматическое определение кодировки (если выводим русский язык)
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)
randomSeed(analogRead(A2)); // Выбираем начальную позицию для генерации случайных чисел
}
void loop() {
// 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
}
// РАЗВОРОТ:
//if (bum.getCross(3, 1000)) flg_Turn = true;// Если обнаружен перекрёсток, устанавливаем флаг разворота
if( flg_Turn ){ // 1 ФАЗА. Если под бампером обнаружен перекрёсток (указываем толщину линии трассы и время на преодоление перекрёстка в мс) ...
// Под бампером обнаружен перекрёсток:
flg_Turn = false; // Сбрасываем флаг разворота
mot_R.setSpeed( convertSpeed(min_Speed), MOT_PWM ); // Устанавливаем скорость правого мотора в %
mot_L.setSpeed(-convertSpeed(min_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 появление 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
}
// 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
}
}
if( val_Turn == -1 ){ bum.setTurnSignal(BUM_TURN_LEFT ); } // Если поворот будет осуществляться налево, включаем левый поворотник
if( val_Turn == 0 ) { bum.setTurnSignal(BUM_TURN_OFF ); } // Выключаем поворотники, если машинка движется прямо
if( val_Turn == 1 ) { bum.setTurnSignal(BUM_TURN_RIGHT); } // Если поворот будет осуществляться направо, включаем правый поворотник
// 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 влево и оно запрещено светофором, то останавливаемся (снижаем скорость до 0 %)
if( val_Turn== 1 && ir.right ==0 ){ speed = 0; } // Если выбрано движение вправо и оно запрещено светофором, то останавливаемся (снижаем скорость до 0 %)
break;
case MODUL_SIGN: // Данные отправлены дорожным знаком
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, "2.5" )){ // Если номер знака 2.5 - «Движение без остановки запрещено»
if (!flg_25) { // Если не установлен флаг знака (знак зафиксирован первый раз)
timeSign = millis(); // Сбрасываем значение переменной времени обнаружения знака
flg_25 = true; // Устанавливаем флаг знака
}
}
break;
case MODUL_CAR: // Данные отправлены другим автомобилем
// Здесь пока пусто, с другими машинками не взаимодействуем
break;
}
}
// Срабатывание по времени знака «Движение без остановки запрещено»
if(flg_25 && timeSign + 2000 < millis()){ // Если флаг установлен и с момента последней фиксации прошло больше 2 сек
flg_25 = false; // Сбрасываем флаг
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(1000);
while(bum.getErrPID() > -4) { // Поворот вправо
mot_R.setSpeed(-convertSpeed(min_Speed), MOT_PWM);
mot_L.setSpeed(convertSpeed(min_Speed), MOT_PWM);
}
while(bum.getErrPID() < 4) { // Поворот влево
mot_R.setSpeed(convertSpeed(min_Speed), MOT_PWM);
mot_L.setSpeed(-convertSpeed(min_Speed), MOT_PWM);
}
while(bum.getErrPID() > 0) { // Поворот вправо, возвращаемся к центру
mot_R.setSpeed(-convertSpeed(min_Speed), MOT_PWM);
mot_L.setSpeed(convertSpeed(min_Speed), MOT_PWM);
}
}
// 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 влево, f - прямо, r - вправо, 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 влево
if( r ){ Image_TLIGHT[3]|=0xF8; Image_TLIGHT[4]|=0xF8; } // Дорога вправо
// 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 влево
if(t >0){ if(i<7){Image_TLIGHT[3]&=~(1<<(i+1)); } } // Точка на дороге от перекрёстка вправо
}
} 
Обсуждение