红外跟随避障模块详解

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良许
     陕西
    阅读 7 分钟

    在智能车、机器人和自动化等领域避障技术是确保安全和高效运行的关键。红外避障模块作为一种常见的避障解决方案，因其非接触、响应速度快和抗干扰能力强等优点而备受青睐。本文将详细介绍红外避障模块的特点、工作原理、以及应用案例，帮助您更好地了解这一技术。

    我们在之前的教程中还介绍了红外避障模块的“兄弟”——循迹模块，两者相似，大家可以一起看看【循迹模块连接】

    1. 源码下载及前置阅读

    本文首发 良许嵌入式网 ：https://www.lxlinux.net/e/ ，欢迎关注！

    本文所涉及的源码及安装包如下（由于平台限制，请点击以下链接阅读原文下载）：

    https://www.lxlinux.net/e/stm32/ia-tutorial.html

    如果你是嵌入式开发小白，那么建议你先读读下面几篇文章。

    往期教程，有兴趣的小伙伴可以看看。

    作者简介
    大家好，我是良许，博客里所有的文章皆为我的原创。
    下面是我的一些个人介绍，欢迎交个朋友：
    · 211工科硕士，国家奖学金获得者；
    · 深耕嵌入式11年，前世界500强外企高级嵌入式工程师；
    · 书籍《速学Linux作者》，机械工业出版社专家委员会成员；
    · 全网60W粉丝，博客分享大量原创成体系文章，全网阅读量累计超4000万；
    · 靠自媒体连续年入百万，靠自己买房买车。

    我本科及硕士都是学机械，通过自学成功进入世界500强外企。我已经将自己的学习经验写成了一本电子书，超千人通过此书学习并转行成功。现在将这本电子书免费分享给大家，希望对你们有帮助：

    电子书链接：https://www.lxlinux.net/1024.html

    2. 模块介绍

    2.1 型号介绍

    红外避障模块不断发射红外信号，当红外信号：

    1. 有反射回来，OUT 输出低电平，输出指示灯（绿灯）亮。
    2. 没反射回来，OUT 输出高电平，输出指示灯（绿灯）灭。

    红外避障模块常见用途：

    1. 机器人避障
    2. 小车避障、跟随
    3. 流水线计数
    4. 黑白线循迹

    2.2 工作参数及引脚介绍

    红外避障模块工作参数：

    • 工作电压：DC 3.3 ~ 5V
    • 工作温度：-10°C ~ +50°C
    • 检测角度：35°
    • 检测距离：2 ~ 30 CM可调（不同厂家略有差异），距离越近性能越稳定。

    模块中蓝色的电位器用于调节灵敏度，顺时针旋转，灵敏度变高，检测距离变长；逆时针越小，灵敏度变低，检测距离变短。

    上电后电源指示灯（绿灯）亮。

    当红外反射回来，OUT 输出低电平，输出指示灯（绿灯）亮。

    接线如下：

    红外避障模块STM32备注
    VCC3.3/5V电源正极
    GNDGND电源负极
    OUT任意 GPIO 口数字输出

    3. 红外避障模块工作原理

    红外避障模块上的一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器（LM393）电路处理之后，信号输出接口输出低电平信号，同时绿色指示灯会亮起。

    因为黑色能够吸收红外线（红外线不反射），而白色不行（红外线反射），所以除了避障外可用作黑白线循迹、光电开关等等。

    4. 通信示意图

    实现目标：我们有一个三色 LED 灯，当模块面前出现障碍物时，红灯亮，绿灯灭；没有障碍物时，红灯灭，绿灯亮。

    这个小案例的应用场景可以应用在工业自动化，当物体或人在禁止区域或危险区域时，红灯亮起以提醒离开此区域。

    5. 编程实战

    5.1 硬件接线

    本教程使用的硬件如下：

    • 单片机：STM32F103C8T6
    • 红外避障模块
    • 小灯：三色 LED 灯模块
    • 烧录器：ST-LINK V2

    接线如下：

    红外避障模块STM32
    VCC5V
    GNDG
    OUTA4

    烧录的时候接线如下表，如果不会烧录的话可以看我之前的文章【STM32下载程序的五种方法：https://www.lxlinux.net/e/stm32/five-ways-to-flash-program-to...】。

    ST-Link V2STM32
    SWCLKSWCLK
    SWDIOSWDIO
    GNDGND
    3.3V3V3

    接好如下图：

    开发板使用的是我们自绘的板子。大家也可以用自己的板子，只要是 STM32F103C8T6 主控芯片就行。

    5.2 LED初始化

    LED 灯，我们的老朋友了，不多介绍了。

    void led_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    LED1_GPIO_CLK_ENABLE();                                 /* LED1时钟使能 */
    LED3_GPIO_CLK_ENABLE();                                 /* LED3时钟使能 */

    gpio_init_struct.Pin = LED1_GPIO_PIN;                   /* LED1引脚 */
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;            /* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                    /* 上拉 */
    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;          /* 高速 */
    HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);       /* 初始化LED1引脚 */

    
    gpio_init_struct.Pin = LED3_GPIO_PIN;                   /* LED3引脚 */
    HAL_GPIO_Init(LED3_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);       /* 初始化LED3引脚 */

    LED1(0);                                                /* 关闭 LED1 */
    LED3(0);                                                /* 关闭 LED3 */
}

    LED 的 .h文件：

    #ifndef _LED_H
#define _LED_H
#include "sys.h"


/******************************************************************************************/
/* 引脚 定义 */

#define LED1_GPIO_PORT                  GPIOA
#define LED1_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_5
#define LED1_GPIO_CLK_ENABLE()          do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0)             /* PA口时钟使能 */

#define LED3_GPIO_PORT                  GPIOA
#define LED3_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_7
#define LED3_GPIO_CLK_ENABLE()          do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0)             /* PA口时钟使能 */

/******************************************************************************************/
/* LED端口定义 */
#define LED1(x)   do{ x ? \
                      HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
                      HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
                  }while(0)

#define LED3(x)   do{ x ? \
                      HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
                      HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
                  }while(0)

/* LED取反定义 */
#define LED1_TOGGLE()   do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN); }while(0)        /* 翻转LED1 */
#define LED3_TOGGLE()   do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN); }while(0)        /* 翻转LED3 */

/******************************************************************************************/
/* 外部接口函数*/
void led_init(void);                                                                            /* LED初始化 */

#endif

    5.3 红外模块初始化

    初始化一下循迹模块的 OUT 引脚。

    我们采用中断的方式亮灯，需要初始化和使能一下 EXTI。

    void ia_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;
    IA_CLK();                                               /* IO口时钟使能 */

    gpio_initstruct.Pin = IA_PIN;                           /* OUT引脚 */
    gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING;     /* 中断沿触发 */
    gpio_initstruct.Pull = GPIO_NOPULL;                     /* 无电阻 */
    HAL_GPIO_Init(IA_GPIO, &gpio_initstruct);               /* 初始化OUT引脚 */

    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI4_IRQn,2,0);                   /* 抢占优先级2，响应优先级0 */
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI4_IRQn);                         /* 使能EXTI4 */
}

    5.4 红外模块控制灯

    复写「HAL_GPIO_EXTI_Callback」函数，检测中断沿，下降沿表示循迹模块感受到有障碍，「iaflag」置1；上降沿表示循迹模块感受到无障碍，「iaflag」置0。

    uint16_t iaflag;

uint16_t get_iaflag(void)
{
    return iaflag;
}

void set_iaflag(uint16_t value)
{
    iaflag = value;
}

void EXTI4_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_4);         /* 调用中断处理公用函数 清除中断线 的中断标志位 */
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_4);         /* HAL库默认先清中断再处理回调，退出时再清一次中断，避免按键抖动误触发 */
}

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if(GPIO_Pin == IA_PIN){
        if(HAL_GPIO_ReadPin(IA_GPIO, IA_PIN) ==  GPIO_PIN_SET)                  //如果无障碍
        {
            set_iaflag(0);
        }
        if(HAL_GPIO_ReadPin(IA_GPIO, IA_PIN) ==  GPIO_PIN_RESET)                //如果有障碍
        {
            set_iaflag(1);
        }

    }
}

    5.5 主函数

    主函数如下：

    依据「iaflag」，为1时表示有障碍，红灯亮，绿灯灭；为0时表示无障碍，绿灯亮，红灯灭。

    int main(void)
{
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
    led_init();                         /* LED初始化 */
    ia_init();                          /* 红外模块初始化 */

    while(1)
    {
        if (get_iaflag())                                                           //有障碍时,红灯亮,绿灯灭
        {
            HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);
            HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        }else{                                                                      //无障碍时,绿灯亮,红灯灭
            HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);
            HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        }
    }
}

    5.6 运行效果

    当模块面前没有障碍物时，红灯灭，绿灯亮。

    出现障碍物时，红灯亮，绿灯灭。

    6. 小结

    随着科技的不断进步，红外避障模块将继续创新和发展，为自动化等领域带来更多可能性。未来，我们期待红外避障模块在智能交通、医疗机器人、智能家居等领域发挥更大的作用，提升生活的便捷性和安全性。希望本文能够帮助您对红外避障模块有更全面的了解，并激发您对该技术的兴趣。感谢各位看官，peace and love！

    另外，想进大厂的同学，一定要好好学算法，这是面试必备的。这里准备了一份 BAT 大佬总结的 LeetCode 刷题宝典，很多人靠它们进了大厂。

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