樹(shù)莓派加裝“行車?yán)走_(dá)”

牟曉東

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/b>

在樹(shù)莓派上搭載超聲波傳感器、顯示屏等外設(shè)，通過(guò)古德微“積木”編程實(shí)現(xiàn)對(duì)行車前方的障礙物進(jìn)行距離實(shí)時(shí)測(cè)量與警示的“行車?yán)走_(dá)”功能。超聲波傳感器將測(cè)量的距離值傳給樹(shù)莓派，樹(shù)莓派將數(shù)值顯示到屏上，如果該距離到達(dá)設(shè)定的“危險(xiǎn)”值（比如6cm），則顯示“危險(xiǎn)！危險(xiǎn)！”的警示信息，同時(shí)LED燈也進(jìn)行閃爍報(bào)警。

2.實(shí)驗(yàn)器材及連接

器材清單：樹(shù)莓派3B+（帶電源線）一塊，古德微擴(kuò)展板一塊，HC-SR04超聲波傳感器一個(gè)，OLED顯示屏一個(gè)，LED燈一支，聯(lián)網(wǎng)電腦一臺(tái)。

HC-SR04超聲波傳感器包括發(fā)射和接收兩個(gè)探頭，工作原理類似于蝙蝠的飛行覓食過(guò)程：發(fā)射出超聲波遇到前方障礙物后發(fā)生反射，反射波被接收端檢測(cè)到并根據(jù)發(fā)送與接收的時(shí)間差來(lái)計(jì)算出與障礙物間的距離。

首先將古德微擴(kuò)展板帶卡槽的一側(cè)對(duì)準(zhǔn)樹(shù)莓派40Pin引腳，注意從四周均勻用力下壓，以免對(duì)引腳和電路板造成損傷;HC-SR04超聲波傳感器有四個(gè)引腳，根據(jù)標(biāo)注（VCC、Trig、Echo和GND）判斷方向，輕輕插入至擴(kuò)展板20和21處的四個(gè)引腳;然后，將OLED顯示屏小心插入擴(kuò)展板內(nèi)側(cè)的I2C接口（標(biāo)注有“Up”列），同樣也要注意OLED顯示屏的四個(gè)引腳（VCC、GND、SCL和SDA）必須與擴(kuò)展板的四個(gè)引腳（VCC、GND、CLK和DATA）一一對(duì)應(yīng);接著，將LED燈插入5號(hào)引腳，長(zhǎng)腿為正極、短腿為負(fù)極;最后，給樹(shù)莓派接通電源，啟動(dòng)操作系統(tǒng)（如圖1）。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）登錄古德微機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行“連接設(shè)備”

在瀏覽器中訪問(wèn)古德微機(jī)器人平臺(tái)（http：//www.gdwrobot.cn/），輸入賬號(hào)和密碼進(jìn)入“積木”編程區(qū);接著點(diǎn)擊“連接設(shè)備”按鈕，如果樹(shù)莓派已經(jīng)正常啟動(dòng)的話，此時(shí)會(huì)彈出“服務(wù)器連接已經(jīng)建立”等五個(gè)綠色對(duì)鉤提示，并且會(huì)顯示出內(nèi)網(wǎng)連接IP地址（如圖2），說(shuō)明樹(shù)莓派與古德微網(wǎng)站已經(jīng)“對(duì)接”成功。

（2）超聲波傳感器部分代碼

將超聲波傳感器檢測(cè)到的距離值顯示在LOG編程調(diào)試區(qū)。

首先從“循環(huán)”區(qū)拖動(dòng)建立一個(gè)“重復(fù)當(dāng)‘真執(zhí)行”的積木語(yǔ)句塊;接著建立一個(gè)名為“dis”的變量，賦值為“智能硬件→常用→超聲波測(cè)距”;然后使用“輸出調(diào)試信息”語(yǔ)句進(jìn)行輸出，同時(shí)借助“數(shù)學(xué)→四舍五入”對(duì)dis變量進(jìn)行保留一位小數(shù)的處理（單位是cm）;最后，添加一條“等待0.3秒”的時(shí)間等待，點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕（如圖3）。此時(shí)，隨著超聲波傳感器前障礙物的靠近和遠(yuǎn)離移動(dòng)，LOG顯示區(qū)每隔0.3秒就顯示出一個(gè)數(shù)值：6.0、10.0、22.0、9.0……

（3）OLED顯示屏部分代碼

在OLED顯示屏上顯示超聲波傳感器的測(cè)距值或提示“危險(xiǎn)”。

OLED顯示屏在進(jìn)行顯示時(shí)需要調(diào)用相關(guān)的語(yǔ)句進(jìn)行初始化，比如“初始化OLED顯示屏，設(shè)備型號(hào)為‘ssd1306”;接著，建立一個(gè)名為“圖片對(duì)象”的變量，設(shè)置好對(duì)應(yīng)的圖片模式為RGB;然后，為圖片對(duì)象添加顯示內(nèi)容為：“測(cè)距：”+“dis的四舍五入值”+“cm”，同時(shí)設(shè)置其大小為16號(hào)、顯示坐標(biāo)為（10，20）;最后，添加一個(gè)“如果dis小于等于6，則執(zhí)行顯示‘危險(xiǎn)！危險(xiǎn)！信息”選擇分支語(yǔ)句。運(yùn)行程序進(jìn)行測(cè)試，隨著障礙物距離的不同，在OLED顯示屏上會(huì)有測(cè)距值或“危險(xiǎn)”提示信息的出現(xiàn)（如圖4）。

（4）LED燈部分代碼

當(dāng)檢測(cè)距離值小于等于6cm時(shí)，LED燈閃爍。

這一步非常簡(jiǎn)單，而且到上一步已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了“行車?yán)走_(dá)”的主要功能。在選擇分支結(jié)構(gòu)中，添加一個(gè)“重復(fù)3次執(zhí)行”的循環(huán)結(jié)構(gòu)，依次使用“控制5號(hào)小燈亮”、“等待0.1秒”和“控制5號(hào)小燈滅”語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)LED燈的三次閃爍（如圖5）。

（5）程序的保存與運(yùn)行

程序編寫完畢后，點(diǎn)擊“保存”按鈕并進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試，結(jié)果與預(yù)期的完全一致。

4.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與設(shè)想

（1）LED燈的閃爍頻率是固定的，可嘗試通過(guò)建立閃爍等待時(shí)間變量與障礙物距離的關(guān)系公式，實(shí)現(xiàn)與障礙物的間距越近，LED燈的閃爍頻率越快（類似于真實(shí)倒車?yán)走_(dá)的不同頻率的“嘀嘀”報(bào)警聲）。

（2）加入多支LED燈，組成微型“呼吸”式燈帶，動(dòng)態(tài)顯示測(cè)距值的大小范圍。

（3）加入蜂鳴器，進(jìn)行不同頻率鳴叫的報(bào)警;或者接入音箱，根據(jù)不同的測(cè)距值進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)式報(bào)警。

（4）配合搭載有馬達(dá)和車輪的拓展包，當(dāng)測(cè)距值接近于設(shè)置的最低危險(xiǎn)值（比如4cm），控制馬達(dá)立刻停轉(zhuǎn)或是反向小幅度旋轉(zhuǎn)，杜絕“撞墻”事故。

（5）如果有兩套樹(shù)莓派+古德微擴(kuò)展板+超聲波傳感器+攝像頭+馬達(dá)+車輪的套件，就可以實(shí)現(xiàn)按地面實(shí)線行走，前后兩個(gè)超聲波傳感器共同動(dòng)態(tài)測(cè)距前提下，同時(shí)控制前后兩組馬達(dá)車輪，不管是前行還是倒車，均能實(shí)現(xiàn)OLED顯示屏實(shí)時(shí)顯示及LED燈光報(bào)警，且前后均不會(huì)產(chǎn)生碰撞。