灭火机器人的开发过程：连接机器人，驱动风扇，寻找火源

实验器材

· 组装好的机器人；

· 计算机及编程环境；

·USB 下载线；

· 复眼传感器1个；

· 带桨叶的直流小电机1个；

· 继 电 器 1 个 ；

· 微触开关传感器1个。

实验步骤

1.连接机器人

这次实验需要为机器人在D3 端口安装一个微触开关传感器，在D2 端口上装上一个 继电器，并且通过它驱动一个直流小电机。同时，摩登7将复眼传感器连接到A0～A4 端 口。在安装复眼传感器的时候请同学们小心接线的顺序，它与摩登7其他的传感器、执行器 稍有不同，虽然占用了5个端口，但是只要为它连接一根+5V的电源线和一根地线就可 以了。

2.驱动风扇

先编写程序，每按下一次微触开关，就让风扇的状态变化一次。比如，如果风扇正 在旋转，那么按下一次开关，就让它立刻停止，反之亦然。对于如何读取微触开关传感器 的状态和如何通过继电器驱动风扇，同学们都应该了然于胸了。但是这里的程序和本书 一开始做过的开关小灯的程序还是有所不同的，摩登7可能需要对按动微触开关的次数进 行计数，才能知道什么时候该驱动风扇转动，什么时候该让它停止。下面给出了一个示例 程序，请大家留意其中是如何处理微触开关的计数的。

const int FanPort=2;

const int SwitchPort=3;

int counter=0;

void setup(){

pinMode(FanPort, OUTPUT);

pinMode(SwitchPort,INPUT);

void loop(){

if(digitalRead(SwitchPort)==HIGH){ counter++;

}

if(counter %2==0){

digitalWrite(FanPort,LOW);

}else(

digitalWrite(FanPort,HIGH);

}

delay(200);

在这个示例程序中，每次按下微触开关就让一个计数变量自动增1。然后，摩登7用了 一个取模的运算“%”,在这里，counter%2 的结果就是这个计数变量除以2的余数是多 少。显然，如果余数是0,那么计数变量就是偶数，否则就是奇数。之后的内容就很直观 了，奇数时摩登7让风扇转动，偶数时停止就可以了。

这个示例看起来似乎很出色，可是实际上这里有一个很大的问题，如果同学们按动按 键的时候有一个很小的抖动，那么会不会被主控器认为是按了两次呢?或者如果按下按 键的时间比较长，是不是也会被认为按了多次?幸运的是，摩登7可以用软件的方法解决这 种抖动或按键时间过长的问题，请同学们自己尝试设计一个改进的算法，让开关能出色地 控制风扇的运行。

3、寻找火源

解决了风扇的问题，再来看看如何利用复眼传感器找到火源。这个问题可以说是到 目前为止面对的Z富挑战性的问题了，机器人需要在灭火的场地内以合理的方式探索寻 找火源的所在，并且运动到火源近前，它涉及机器人的灭火策略、路径规划、运动控制等多 方面的问题。 但同学们不要畏难，还记得摩登7讲过的分而治之、简化问题的思想吗?这里就先将这 个问题简化。假设现在已经有一个火源就在机器人的探测范围内。摩登7要让机器人的行 为就像是一朵向日葵一样，它需要找到火源的方向并且原地转动，直到复眼中正对前方的 那一只眼睛正对火源方向为止，如图13-5所示。

要解决这个简化的问题，需要对复眼的5个读数进行比较，找到信号Z强的方向应该 就是火源的方向了。随后就可以让机器人根据火源方向的不同，进行速度不同的原地转动。如果火源在Z靠外的位置就可以转得快些，靠内就转得慢些，如果已经是在正中了就 可以停止转动了。假设复眼传感器从左到右分别连接到了主控板的A0～A4 端口，下面 给出了让机器人寻找火源的示例程序，请同学们留意其中是怎么找到Z强信号位置的。

#define COUNTER_CLOCKWISE 0

#define CLOCKWISE 1

…

void turn(int speed,int dir);

void loop(){

int maxValue=0;

int maxPort=A0;

int value;

for(int i=A0;int iif(value>maxValue){ maxValue=value;

maxPort=i;

}

if(maxPort==A0){

turn(120,CLOCKWISE);

}else if(maxPort==A1){

turn(80,CLOCKWISE);

}else if(maxPort==A2){

turn(0,CLOCKWISE);

}else if(maxPort==A3){

turn(80,COUNTER_CLOCKWISE); }else if(maxPort==A4){

turn(120,COUNTER_CLOCKWISE); }else{

turn(0,CLOCKWISE); }

delay(100);

}

void turn(int speed,int dir){

analogWrite(LeftSpeedPort,speed);

analogWrite(RightSpeedPort,speed);

if(dir==CLOCK){

digitalWrite(LeftDirPort,HIGH); digitalWrite(RightDirPort,LOW);

}else(

digitalWrite(LeftDirPort,LOW);

digitalWrite(RightDirPort,HIGH);