材料清單：

車(chē)體：一張板（木板、塑料板、甚至是雪糕棒拼接的），萬(wàn)向輪或小軸承、銅柱、車(chē)輪、電機(jī)；

硬件：Arduino Uno或Arduino Nano，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、紅外傳感器*3、電源、杜邦線。

軟件：一個(gè)安裝了Arduino程序的電腦

在講解如何制作循跡小車(chē)之前，我們先了解一下它的結(jié)構(gòu)組成和運(yùn)行原理，理清軟件硬件實(shí)現(xiàn)的思路，對(duì)我們后期制作循跡小車(chē)會(huì)更有幫助。宏觀上看主要包括車(chē)體、硬件電路和軟件編程三部分。它的整個(gè)運(yùn)行原理就是前端的紅外傳感器檢測(cè)黑線的存在，并將它的位置信號(hào)反饋給主控板，主控程序?qū)π≤?chē)位置進(jìn)行分析，從而控制兩個(gè)電機(jī)的速度（差速運(yùn)行），達(dá)到直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、倒車(chē)等操作效果。

那么具體的制作和零件選擇，我們來(lái)依次分析一下。

車(chē)體部分：

首先來(lái)拆解循跡小車(chē)的車(chē)體結(jié)構(gòu)。循跡小車(chē)的車(chē)體可以做得非常簡(jiǎn)單，也可以設(shè)計(jì)的很復(fù)雜但更美觀。一張板子配上電機(jī)和車(chē)輪就可以做好，如果想要設(shè)計(jì)出可愛(ài)的造型，那你就要費(fèi)點(diǎn)時(shí)間和精力了。

（1）這里不在設(shè)計(jì)上過(guò)于糾結(jié)，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)說(shuō)清楚車(chē)體的制作：

這是一個(gè)簡(jiǎn)單的車(chē)體結(jié)構(gòu)，一張塑料洞洞板，通過(guò)螺釘、螺母、電機(jī)固定架將電機(jī)固定在洞洞板上，再將與電機(jī)軸尺寸合適的車(chē)輪直接插到電機(jī)軸上，最后在洞洞板前端用鐵絲固定一個(gè)小軸承充當(dāng)前輪，車(chē)體部分就完成了。

型號(hào)：

電機(jī)：N20減速電機(jī)（購(gòu)物網(wǎng)站很容易搜到，大概在10元左右）

車(chē)輪：與電機(jī)軸配套的D型孔的橡膠輪（搜索N20電機(jī)橡膠輪）

電機(jī)固定架：搜索N20電機(jī)固定架。

底板：搜索固位板可以找到很多，這個(gè)比較隨意。

軸承：外徑10mm左右都可以，或者也可以選擇其他圓形結(jié)構(gòu)替代。

綜上，重點(diǎn)是選定電機(jī)，車(chē)輪和固定架匹配電機(jī)就可以，至于底板可以自由選擇，考慮好如何固定電機(jī)和前輪就可以。

（2）另外介紹一種常見(jiàn)的可以買(mǎi)到的車(chē)體，如圖：

這種類(lèi)型的車(chē)體是平時(shí)最常見(jiàn)的車(chē)體結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)上搜索智能車(chē)套件，會(huì)有很多選擇。當(dāng)然，想動(dòng)手自己嘗試設(shè)計(jì)組裝的也可以買(mǎi)好配件自由發(fā)揮。對(duì)于這個(gè)底板，看上去很復(fù)雜，其實(shí)上面預(yù)留的孔也是隨意切割，只要匹配電機(jī)和萬(wàn)向輪的固定孔位就可以。家里有木工工具的也可以自己鋸一塊木板，打幾個(gè)孔也能搞定?；蛘邥?huì)CAD設(shè)計(jì)的，把圖紙拿到街邊的廣告制作店鋪，分分鐘也可以加工出來(lái)漂亮的亞克力底板。

電機(jī)：TT電機(jī)，相對(duì)N20電機(jī)要便宜一半左右

輪子：選擇與電機(jī)軸配套的孔型，這個(gè)電機(jī)軸是扁的，網(wǎng)上搜索TT電機(jī)橡膠輪可以找到。

萬(wàn)向輪：網(wǎng)上很容易找到，重點(diǎn)關(guān)注螺絲固定孔與底板上對(duì)應(yīng)孔的匹配。

總結(jié)：車(chē)體部分實(shí)際上并不難，重點(diǎn)是要做好各個(gè)組件的安裝匹配。同時(shí)，不要忘記后面主控板、傳感器的安裝位置，需要提前確定好，并預(yù)留孔位。

硬件電路部分：

硬件電路部分主要包括主控板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、紅外循跡傳感器、電源等。

（1）主控板以Arduino Uno為例進(jìn)行講解，對(duì)于沒(méi)有編程經(jīng)驗(yàn)的會(huì)簡(jiǎn)單一些，它還可以實(shí)現(xiàn)圖形化編程界面（Mixly），更是適合兒童編程學(xué)習(xí)。板子價(jià)格相對(duì)便宜，20元左右，一個(gè)板子+一條數(shù)據(jù)線就可以用起來(lái)了。

主控板的外形如下圖所示，它的學(xué)習(xí)不是一下可以說(shuō)清楚的，我后面會(huì)給大家提供部分資料，也會(huì)把跟小車(chē)相關(guān)的用法講清楚。

從圖上看到，這塊板子有14個(gè)數(shù)字輸入/輸出端口，6個(gè)PWM端口。數(shù)字端口主要用于傳遞高低電平，高電平為1，低電平為0；紅外傳感器就是連接到這些端口上，通過(guò)高低電平來(lái)傳遞消息；PWM端口是在板子上標(biāo)有“~”符號(hào)的端口，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的邏輯輸入端口就是跟PWM端口連接，它是用來(lái)給電機(jī)設(shè)定速度的，一般值在0-255之間。

USB接口通過(guò)數(shù)據(jù)線與電腦連接，便于下載程序到主板上。

電源接口可以與外部5V或3.3V電源連接，要注意看板子上的標(biāo)識(shí)，不可以隨意接，也可以用來(lái)給傳感器供電。如果電源接口不夠用，可自行連接導(dǎo)線擴(kuò)展，但也要注意不能過(guò)多，電流太大容易燒芯片。

注意：主控板供電只能是3.3V或5V，我們直接用后面的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中的5V供電便可以。

板子的資料和對(duì)應(yīng)軟件下載都羅列出來(lái)：

1. 插上UNO開(kāi)發(fā)板，驅(qū)動(dòng)會(huì)自動(dòng)安裝

2.在die里面選擇板卡 UNO

3. 選擇COM端口，這個(gè)可以在我的電腦里查詢(xún)，剛剛你的UNO開(kāi)發(fā)板里面端口。

這里把軟件安裝完成后的板卡選擇和COM端口選擇截圖演示，以便不懂的朋友參閱。這兩個(gè)端口的設(shè)置是為了將程序傳輸?shù)街骺匕迳希仨氝x擇對(duì)應(yīng)的板卡（主控板型號(hào)）和電腦連接端口。如下圖：

2）紅外循跡傳感器模塊：就像人的眼睛，是用于判斷黑線的。紅外循跡傳感器上有兩個(gè)二極管，一個(gè)是發(fā)射紅外信號(hào)，另一個(gè)可以接收紅外信號(hào)。當(dāng)傳感器下方是黑線時(shí)，黑色可以大量吸收紅外信號(hào)，從而導(dǎo)致返回的紅外信號(hào)非常微弱；當(dāng)傳感器下方不是黑色時(shí)，，大量的紅外信號(hào)被反射回來(lái)，被接收端接收。從而可以判斷黑線的存在了，這就是紅外循跡傳感器的作用原理。

網(wǎng)上的紅外循跡傳感器也是多種多樣，不過(guò)使用都是一樣的，最主要的就是判斷在掃描到黑線時(shí)，返回的是高電平還是低電平，這個(gè)在產(chǎn)品介紹那都會(huì)有介紹。紅外循跡傳感器模塊大概如下圖所示：

圖上看出傳感器上有4個(gè)接線端和3個(gè)接線端的區(qū)別，它們都會(huì)有電源正極Vcc、負(fù)極GND、數(shù)字輸出口D0，而多出那一個(gè)端口是A0，也就是模擬輸出端，這個(gè)對(duì)我們使用并不影響，我們只使用數(shù)字輸出端（D0）就可以。

在使用時(shí)，只需將電源端接好，把數(shù)字輸出端接到主控板的數(shù)字輸入/輸出端口，便完成連接。具體連接圖在后面展示。

在購(gòu)買(mǎi)時(shí)注意購(gòu)買(mǎi)紅外循跡傳感器模塊，而不能直接購(gòu)買(mǎi)紅外傳感器。因?yàn)閱为?dú)的紅外傳感器是用不了的，需要其他芯片配合使用。模塊上都是集成好的，可以直接使用。

（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，是用于對(duì)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)向的控制模塊。費(fèi)用大概在10元左右，其端口連接會(huì)多點(diǎn)，但并不復(fù)雜。我來(lái)依次說(shuō)明，如下圖，左右兩端藍(lán)色的輸出A和輸出B是連接兩個(gè)電機(jī)的，把左側(cè)電機(jī)的兩條線接到輸出A，同理，右側(cè)接到輸出B。外部供電可以選擇5-35v，但一般12v或9v就足夠。電源正極接在下圖的12v供電端，負(fù)極接在供電GND端，而圖中5V供電可以用于給控制板和紅外循跡傳感器進(jìn)行供電，注意負(fù)極都是要接到供電GND。最后就是邏輯輸入這四個(gè)端口，需要跟控制板上的數(shù)字輸入/輸出端口相連接，左側(cè)兩個(gè)是控制左側(cè)電機(jī)，而右側(cè)兩個(gè)是控制右側(cè)電機(jī)。

具體的連接圖示在最后展示。

（4）電源部分則可以直接買(mǎi)12V鋰電池，或者比較簡(jiǎn)單的就購(gòu)買(mǎi)9v電池，配上連接頭就能直接使用。

由于篇幅有限，僅對(duì)用到的硬件部分進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，但足以完成循跡小車(chē)的制作。下面我就把整體的硬件連接圖展示出來(lái)。

軟件編程部分：

該部分應(yīng)該是整個(gè)循跡小車(chē)的核心，它賦予小車(chē)思想，讓小車(chē)智能化。對(duì)于該部分的實(shí)現(xiàn)，方式方法都有很多種，比如利用Arduino IDE界面直接代碼編程，還可以通過(guò)圖形化界面進(jìn)行拖拽編程，如Mixly。方法上有直接法，就是對(duì)電機(jī)的控制人為設(shè)定參數(shù)，簡(jiǎn)單粗暴；還有會(huì)結(jié)合PID算法的高級(jí)控制，這種方法對(duì)于小車(chē)的響應(yīng)速度更快，也更合理，但是難度會(huì)高一些。

該文章就是科普性質(zhì)，所以先通過(guò)最簡(jiǎn)單的方式，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的循跡功能。編程的整體思想是先判斷黑線的位置，當(dāng)中間傳感器掃描到黑線時(shí)，小車(chē)位置正確，電機(jī)繼續(xù)按原始速度行走；當(dāng)左側(cè)傳感器掃描到黑線時(shí)，此時(shí)小車(chē)已經(jīng)偏右，需要及時(shí)向左校正，左側(cè)電機(jī)減速，右側(cè)電機(jī)加速，完成左轉(zhuǎn)；當(dāng)右側(cè)傳感器掃描到黑線時(shí)，此時(shí)小車(chē)已經(jīng)偏左，需要及時(shí)向右校正，左側(cè)電機(jī)加速，右側(cè)電機(jī)減速，完成右轉(zhuǎn)；下面列出上述電路連接對(duì)應(yīng)的程序：

static int initial_motor_speed=100;

const int IN_A1=6;

const int IN_A2=9;

const int IN_B1=10;

const int IN_B2=11;

const int sensor2=2;

const int sensor3=3;

const int sensor4=4;

void setup() {

pinMode(IN_A1,OUTPUT);

pinMode(IN_A2,OUTPUT);

pinMode(IN_B1,OUTPUT);

pinMode(IN_B2,OUTPUT);

pinMode(sensor2,INPUT);

pinMode(sensor3,INPUT);

pinMode(sensor4,INPUT);

}

void loop() {

char num2,num3,num4;

num2=digitalRead(sensor2);

num3=digitalRead(sensor3);

num4=digitalRead(sensor4);

if(num4==0){

analogWrite(IN_A1,150);

analogWrite(IN_A2,0);

analogWrite(IN_B1,50);

analogWrite(IN_B2,0);

}else if(num2==0){

analogWrite(IN_A1,50);

analogWrite(IN_A2,0);

analogWrite(IN_B1,150);

analogWrite(IN_B2,0);

}else{

analogWrite(IN_A1,100);

analogWrite(IN_A2,0);

analogWrite(IN_B1,100);

analogWrite(IN_B2,0);

}

}

將程序拷貝并上傳到主控板中，就完成程序輸入了。如果你的電路連接跟圖示的一樣，那這個(gè)程序可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)的循跡功能。如果你購(gòu)買(mǎi)的循跡傳感器檢測(cè)到黑線輸出高電平，只需要把程序中num4==0，nm2==0改成num4==1，nm2==1即可。對(duì)于程序部分不作詳細(xì)的講解，如有需要可以自行查閱資料或私信交流。

到此為止，小車(chē)的車(chē)體、電路、軟件均已完成，靈魂戰(zhàn)車(chē)可以出發(fā)了！