01-红外循迹

## 红外循迹
### 一、认识红外辐射
>红外线传感器是利用红外线来进行数据处理的一种传感器。它利用了某些检测元件对光、热敏感性来加以利用。例如，具有红外传感器的望远镜可以检测隐藏在角落的人体表面温度。红外线：介于可见光和微波之间、波长范围为0.76-1000微米的红外波段的电磁波。它能够与大多数分子发生共振现象，具有热效应；衍射能力强，穿透云雾的能力强。红外辐射：所有物体都以一定程度上发射红外线，其强度与物体的温度有关
红外线可以被物体反射、吸收或透过，这取决于物体的材质和表面状态。当红外线照射到物体表面时，一部分红外线会被物体吸收，一部分会被物体反射。红外传感器就是利用这种反射原理来检测物体的位置和方向。
### 二、认识红外传感器
![](/media/202506/2025-06-04_091532_8556320.018177833535074406.png#align=center)
>红外循迹传感器通常由发射器和接收器两部分组成，发射器会发射一束红外线，这束红外线会照射到地面或其他物体表面。接收器会接收反射回来的红外线，然后将信号传输到控制器中进行处理。当物体表面是白色或亮色时，反射回来的红外线较强，接收器会收到一个较大的信号﹔当物体表面是黑色或暗色时，反射回来的红外线较弱，接收器会收到一个较小的信号。通过比较接收器接收到的信号大小，就可以判断物体的位置和方向。
小车配套的红外循迹传感器由4个红外传感器组成，并通过其连接到主控的GPIO引脚进行通信。需要使用GPIO库来读取传感器的状态，小车主控连接4个红外传感器的GPIO比引脚号分别是444、496、443、510。

#### 红外传感器GPIO引脚编号对应表

<div style="text-align: center">
<table style="display: inline-table; margin: 0 auto">
  <tr>
    <td></td><td></td><td></td><td></td><td></td>
  </tr>
  <tr>
    <td>传感器编号</td>
    <td>1</td>
    <td>2</td>
    <td>3</td>
    <td>4</td>
  </tr>
  <tr>
    <td>GPIO引脚号</td>
    <td>444</td>
    <td>496</td>
    <td>443</td>
    <td>510</td>
  </tr>
</table>
</div>

>使用不同的端口号初始化4个红外传感器对象，就可以读取四个红外传感器的状态。可以根据这些传感器的状态来控制小车的行驶方向，例如，如果中间两个传感器检测到了黑线（返回值为1），而两边的传感器没有检测到（返回值为0），则小车向前直行；如果左边的传感器检测到了黑线（返回值为1），而右边的传感器没有检测到（返回值为0），则小车向左转，以此类推。

#### 红外传感器的初始化和状态读取程序如下：
	from sensor import Infrared
	if __name__ == "__main__":
		infrared1 = Infrared(444)
		infrared2 = Infrared(496)
		infrared3 = Infrared(443)
		infrared4 = Infrared(510)
		while True:
			io1_status = infrared1.Read_Status()
			io2_status = infrared2.Read_Status()
			io3_status = infrared3.Read_Status()
			io4_status = infrared4.Read_Status()
			print(io1_status, io2_status, io3_status, io4_status)
### 三、程序流程

![](/media/202506/2025-06-04_094930_2126400.39529565672424893.png#align=center)
### 四、程序实现
	from time import sleep
	from bot.utils import Voice
	from tool import *
	import time
	import os
	import sys
	import numpy as np
	from bot.ugv import Motor
	from sensor import Infrared

if __name__ == "__main__":
		# 定义红外循迹传感器引脚（从左到右排列）
		io1 = 444  # 最左侧传感器
		io2 = 496  # 左中间传感器
		io3 = 443  # 右中间传感器
		io4 = 510  # 最右侧传感器

# 定义基础行驶速度（PWM值）
		speed = 2500

# 获取当前脚本所在目录路径
		pwd = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
		print(f"当前应用路径: {pwd}")

# 初始化语音提示系统
		voice_ = Voice()

try:
			# 初始化四个红外传感器对象
			infrared1 = Infrared(io1)
			infrared2 = Infrared(io2)
			infrared3 = Infrared(io3)
			infrared4 = Infrared(io4)
		except Exception as e:
			# 传感器初始化失败时播放错误提示音并退出
			voice_.send(250)
			print(f"初始化传感器异常: {e}")
			sys.exit(1)

# 初始化电机控制对象（参数分别对应左前、左后、右前、右后电机）
		Control_Motor = Motor(0, 0, 0, 0)

# 设置初始速度（左右轮相同）
		Control_Motor.GS_run(speed, speed)

# 转弯标志计数器（用于处理全白或全黑情况）
		flag_turn = 0

# 行驶状态标志（0=偏左，1=偏右）
		status_run = 0

# 播放系统启动成功提示音
		voice_.send(115)

try:
			# 主控制循环
			while True:
				try:
					# 读取四个红外传感器的状态（0=检测到黑线，1=检测到白线）
					io1_status = infrared1.Read_Status()
					io2_status = infrared2.Read_Status()
					io3_status = infrared3.Read_Status()
					io4_status = infrared4.Read_Status()

# 打印当前传感器状态，用于调试
					print(f"传感器状态: {io1_status}, {io2_status}, {io3_status}, {io4_status}")

# ================ 循迹控制逻辑 ================

# 情况1：最左传感器检测到黑线，说明车体偏右，需要左转
					if io1_status == 0 and io4_status == 1:
						# 左电机减速，右电机加速，实现左转修正
						speed_L = speed - 1000
						speed_R = speed + 1000
						Control_Motor.Advance()  # 设置为前进模式
						Control_Motor.GS_run(speed_L, speed_R)  # 应用速度调整
						flag_turn = 0  # 重置转弯标志
						status_run = 0  # 标记为偏左状态

# 情况2：最右传感器检测到黑线，说明车体偏左，需要右转
					elif io4_status == 0 and io1_status == 1:
						# 左电机加速，右电机减速，实现右转修正
						speed_L = speed + 1000
						speed_R = speed - 1000
						Control_Motor.Advance()  # 设置为前进模式
						Control_Motor.GS_run(speed_L, speed_R)  # 应用速度调整
						flag_turn = 0  # 重置转弯标志
						status_run = 1  # 标记为偏右状态

# 情况3：中间两个传感器同时检测到黑线，说明车体居中直行
					elif (io2_status == 0 and io3_status == 0) and (io1_status == 1 or io4_status == 1):
						# 左右电机保持相同速度，直线前进
						speed_L = speed
						speed_R = speed
						Control_Motor.Advance()  # 设置为前进模式
						Control_Motor.GS_run(speed_L, speed_R)  # 应用速度调整
						flag_turn = 0  # 重置转弯标志

# 情况4：左中传感器检测到黑线，右中检测到白线，轻微左转
					elif (io2_status == 0 and io3_status == 1) and (io1_status == 1 or io4_status == 1):
						# 左电机轻微减速，右电机轻微加速，实现轻微左转
						speed_L = speed - 500
						speed_R = speed + 500
						Control_Motor.GS_run(speed_L, speed_R)  # 应用速度调整
						Control_Motor.Advance()  # 设置为前进模式
						flag_turn = 0  # 重置转弯标志
						status_run = 0  # 标记为偏左状态

# 情况5：右中传感器检测到黑线，左中检测到白线，轻微右转
					elif (io2_status == 1 and io3_status == 0) and (io1_status == 1 or io4_status == 1):
						# 左电机轻微加速，右电机轻微减速，实现轻微右转
						speed_L = speed + 500
						speed_R = speed - 500
						Control_Motor.GS_run(speed_L, speed_R)  # 应用速度调整
						Control_Motor.Advance()  # 设置为前进模式
						flag_turn = 0  # 重置转弯标志
						status_run = 1  # 标记为偏右状态

# 情况6：所有传感器都检测到白线（可能是遇到十字路口或终点）
					elif io1_status == 1 and io2_status == 1 and io3_status == 1 and io4_status == 1:
						# 连续多次检测到全白时执行转弯操作
						if flag_turn > 20:
							speed_L = 1500
							speed_R = 1500
							Control_Motor.GS_run(speed_L, speed_R)
							# 根据之前的行驶状态决定左转还是右转
							if status_run == 0:
								Control_Motor.Rotate_Left()  # 左转
							else:
								Control_Motor.Rotate_Right()  # 右转
						flag_turn = flag_turn + 1  # 增加转弯标志计数

else:
						# 其他情况（如检测到全黑），停止机器人
						Control_Motor.Stop()

# 检查是否有用户输入的退出指令（按下'q'键）
					if has_digit_input() == 'q':
						break

except KeyboardInterrupt:
					# 捕获Ctrl+C中断信号，优雅退出
					break

finally:
			# 程序结束时的资源清理
			Control_Motor.close()  # 关闭电机控制
			infrared1.close()  # 关闭红外传感器1
			infrared2.close()  # 关闭红外传感器2
			infrared3.close()  # 关闭红外传感器3
			infrared4.close()  # 关闭红外传感器4
			voice_.send(4)  # 播放结束提示音
			voice_.close()  # 关闭语音系统
			print("系统安全关闭")