循迹模块详解

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良许
     北京
    阅读 7 分钟

    在自动驾驶和机器人技术领域，循迹模块是至关重要的组成部分。它能够使车辆或机器人沿着预定的路径精确行驶，从而实现各种复杂任务。

    本次要介绍的是 TCRT5000 红外循迹模块，将深入探讨它的工作原理、技术实现和应用场景，无论您是学生、爱好者还是从业者，阅读本文将帮助您全面了解循迹模块，并为您提供更多关于该设备的深入见解。

    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/tcrt5000-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

    TCRT5000 不断发射红外信号，当红外信号：

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

    TCRT5000 常见用途：

    1. 电度表脉冲数据采样
    2. 传真机碎纸机纸张检测
    3. 障碍检测
    4. 黑白线检测（包含循迹小车）

    2.2 工作参数及引脚介绍

    TCRT5000 红外循迹模块工作参数：

    • 工作电压：DC 3.3 ~ 5V
    • 检测反射距离：1mm ~ 25mm 适用（不同厂家会略有差异）

    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；逆时针越小，灵敏度变低。

    上电后电源指示灯（红灯）亮。

    当红外反射回来，DO 输出低电平，开关指示灯（绿灯）亮。

    接线如下：

    TCRT5000STM32备注
    VCC3.3/5V电源正极
    GNDGND电源负极
    D0任意 GPIO 口数字输出
    A0有 ADC 功能的引脚模拟输出（一般不用）

    3. TCRT5000工作原理

    TCRT5000 传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，红外接收管一直处于关断状态，此时模块的输出端为高电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，红外接收管饱和，此时模块的输出端为低电平，指示二极管被点亮。

    模拟输出 AO：当发射管的红外信号经反射被接收管接收后，接收管的电阻会发生变化，在电路上一般以电压的变化形式体现出来，经过 ADC 转换或 LM324 等电路整形后得到处理后的输出结果。电阻的变化取决于接收管所接收的红外信号强度，常表现在反射面的颜色（反射率）、形状和反射面接收管的距离等方面。

    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
    • 循迹模块：TCRT5000
    • 小灯：三色 LED 灯模块
    • 烧录器：ST-LINK V2

    接线如下：

    TCRT5000STM32
    VCC5V
    GNDG
    DOA4
    AO悬空

    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】。

    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 循迹模块初始化

    初始化一下循迹模块的 DO 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 tc_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;
    TC_CLK();                                               /* IO口时钟使能 */

    gpio_initstruct.Pin = TC_PIN;                           /* DO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(TC_GPIO, &gpio_initstruct);               /* 初始化DO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 循迹模块控制灯

    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，「tcflag」置1；上降沿表示循迹模块感受到无障碍，「tcflag」置0。

    uint16_t tcflag;

uint16_t get_tcflag(void)
{
    return tcflag;
}

void set_tcflag(uint16_t value)
{
    tcflag = 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 == TC_PIN){
        if(HAL_GPIO_ReadPin(TC_GPIO, TC_PIN) ==  GPIO_PIN_SET)                  //如果无障碍
        {
            set_tcflag(0);
        }
        if(HAL_GPIO_ReadPin(TC_GPIO, TC_PIN) ==  GPIO_PIN_RESET)                //如果有障碍
        {
            set_tcflag(1);
        }

    }
}

    5.5 主函数

    主函数如下：

    依据「tcflag」，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 */
    tc_init();                          /* 循迹红外模块初始化 */

    while(1)
    {
        if (get_tcflag())                                                           //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

    循迹模块在智能车、机器人和自动导航系统等领域发挥着重要的作用，通过使用红外传感器，循迹模块能够准确地检测和跟踪路径标记，实现自动导航和路径控制功能。

    随着科技的进步，循迹模块将继续发展和创新，为自动化、嵌入式等领域带来更多的可能性。希望本文对您对循迹模块有所启发，并激发您进一步探索和应用这一技术。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。

    刷题 | LeetCode算法刷题神器，看完 BAT 随你挑！

    有收获？希望老铁们来个三连击，给更多的人看到这篇文章

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