Arduino循迹小车保姆级教程

1. 适用场景

Arduino循迹小车是一个极佳的入门级智能硬件项目，特别适合以下场景：

教育学习场景：非常适合电子工程、自动化、计算机科学等相关专业的学生作为课程实践项目，能够帮助理解传感器原理、电机控制和算法逻辑。

创客爱好者：对于喜欢DIY和机器人制作的爱好者来说，循迹小车是一个很好的起点，可以在此基础上扩展更多功能。

竞赛项目：很多机器人竞赛和科技创新大赛中，循迹小车都是常见的比赛项目，掌握这项技能具有实际应用价值。

STEM教育：在中小学的科技教育中，循迹小车项目能够培养学生的动手能力、逻辑思维和编程兴趣。

2. 适配系统与环境配置要求

硬件要求

• 主控板：Arduino Uno或Arduino Nano（推荐Uno，接口更丰富）
• 循迹传感器：红外循迹模块（通常包含3-5个传感器）
• 电机驱动模块：L298N双H桥电机驱动板
• 直流电机：TT马达（带减速箱）2个
• 电源系统：18650锂电池2节及电池盒
• 车体结构：亚克力板或3D打印小车底盘
• 轮子：橡胶轮2个，万向轮1个
• 连接线：杜邦线若干

软件要求

• 开发环境：Arduino IDE 1.8.x或更高版本
• 操作系统：Windows 7/10/11, macOS, Linux
• 驱动程序：CH340或FT232串口驱动程序（根据Arduino板型号）
• 库文件：通常不需要额外库，使用标准Arduino函数即可

3. 资源使用教程

硬件连接步骤

1. 电源连接

   • 将锂电池正负极连接到L298N电机驱动板的电源输入端
   • Arduino板通过VIN引脚或外部电源供电

2. 电机连接

   • 左电机连接到L298N的OUT1和OUT2
   • 右电机连接到L298N的OUT3和OUT4

3. 传感器连接

   • 循迹传感器的OUT引脚连接到Arduino的数字引脚
   • VCC接5V，GND接地
   • 通常中间传感器接D7，左右传感器接D6和D8

4. 控制信号连接

   • L298N的ENA、ENB接PWM引脚（D5、D6）
   • IN1-IN4接数字引脚（D2-D5）

编程核心代码

// 定义引脚
#define leftSensor 6
#define middleSensor 7  
#define rightSensor 8
#define enA 5
#define in1 2
#define in2 3
#define in3 4
#define in4 5

void setup() {
  pinMode(leftSensor, INPUT);
  pinMode(middleSensor, INPUT);
  pinMode(rightSensor, INPUT);
  
  pinMode(enA, OUTPUT);
  pinMode(in1, OUTPUT);
  pinMode(in2, OUTPUT);
  pinMode(in3, OUTPUT);
  pinMode(in4, OUTPUT);
}

void loop() {
  int leftValue = digitalRead(leftSensor);
  int middleValue = digitalRead(middleSensor);
  int rightValue = digitalRead(rightSensor);
  
  if(middleValue == LOW) {
    // 在黑线上，直行
    moveForward();
  } else if(leftValue == LOW) {
    // 偏右，向左转
    turnLeft();
  } else if(rightValue == LOW) {
    // 偏左，向右转
    turnRight();
  } else {
    // 找不到线，停止或搜索
    stopCar();
  }
}

void moveForward() {
  digitalWrite(in1, HIGH);
  digitalWrite(in2, LOW);
  digitalWrite(in3, HIGH);
  digitalWrite(in4, LOW);
  analogWrite(enA, 150);
}

void turnLeft() {
  digitalWrite(in1, LOW);
  digitalWrite(in2, HIGH);
  digitalWrite(in3, HIGH);
  digitalWrite(in4, LOW);
  analogWrite(enA, 100);
}

void turnRight() {
  digitalWrite(in1, HIGH);
  digitalWrite(in2, LOW);
  digitalWrite(in3, LOW);
  digitalWrite(in4, HIGH);
  analogWrite(enA, 100);
}

void stopCar() {
  digitalWrite(in1, LOW);
  digitalWrite(in2, LOW);
  digitalWrite(in3, LOW);
  digitalWrite(in4, LOW);
}

调试技巧

1. 传感器校准：先用串口打印传感器数值，确定黑白线的阈值
2. 速度调节：通过PWM值调节电机速度，找到最佳平衡点
3. 循迹测试：先在直线上测试，再尝试弯道和交叉线

4. 常见问题及解决办法

问题1：小车不走直线

原因：电机转速不一致或轮子打滑 解决：

• 调节两个电机的PWM值使其转速一致
• 检查轮子是否安装牢固
• 使用编码电机实现精确控制

问题2：传感器误检测

原因：环境光干扰或传感器高度不合适 解决：

• 调整传感器距离地面的高度（通常2-3cm）
• 在传感器周围加装遮光罩
• 重新校准传感器阈值

问题3：电源问题

原因：电池电量不足或接线不良 解决：

• 使用万用表检查电池电压
• 确保所有电源连接牢固
• 考虑使用更大容量的电池

问题4：电机不转或反转

原因：电机线接反或驱动板故障 解决：

• 交换电机接线极性
• 检查L298N使能引脚是否设置正确
• 测试驱动板各引脚电压

问题5：循迹不稳定

原因：算法逻辑不够完善或传感器数量不足 解决：

• 增加PID控制算法提高稳定性
• 使用更多传感器提高检测精度
• 调整转弯时的速度差

进阶优化建议

1. 算法升级：从简单的if-else逻辑升级到PID控制算法
2. 硬件扩展：添加超声波避障、蓝牙遥控等功能
3. 结构优化：使用更好的材料制作车体，提高稳定性
4. 电源管理：添加电压检测和低电量报警功能

通过这个保姆级教程，即使是初学者也能顺利完成Arduino循迹小车的制作，并在实践中掌握嵌入式系统开发的基本技能。