牟曉東

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/b>

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

2.實(shí)驗(yàn)器材及連接

器材清單：樹莓派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，OLED顯示屏一個，LED燈一支，聯(lián)網(wǎng)電腦一臺。

HC-SR04超聲波傳感器包括發(fā)射和接收兩個探頭，工作原理類似于蝙蝠的飛行覓食過程：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到并根據(jù)發(fā)送與接收的時間差來計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)對準(zhǔn)樹莓派40Pin引腳，注意從四周均勻用力下壓，以免對引腳和電路板造成損傷;HC-SR04超聲波傳感器有四個引腳，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顯示屏的四個引腳（VCC、GND、SCL和SDA）必須與擴(kuò)展板的四個引腳（VCC、GND、CLK和DATA）一一對應(yīng);接著，將LED燈插入5號引腳，長腿為正極、短腿為負(fù)極;最后，給樹莓派接通電源，啟動操作系統(tǒng)（如圖1）。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）登錄古德微機(jī)器人平臺進(jìn)行“連接設(shè)備”

在瀏覽器中訪問古德微機(jī)器人平臺（http：//www.gdwrobot.cn/），輸入賬號和密碼進(jìn)入“積木”編程區(qū);接著點(diǎn)擊“連接設(shè)備”按鈕，如果樹莓派已經(jīng)正常啟動的話，此時會彈出“服務(wù)器連接已經(jīng)建立”等五個綠色對鉤提示，并且會顯示出內(nèi)網(wǎng)連接IP地址（如圖2），說明樹莓派與古德微網(wǎng)站已經(jīng)“對接”成功。

（2）超聲波傳感器部分代碼

將超聲波傳感器檢測到的距離值顯示在LOG編程調(diào)試區(qū)。

首先從“循環(huán)”區(qū)拖動建立一個“重復(fù)當(dāng)‘真執(zhí)行”的積木語句塊;接著建立一個名為“dis”的變量，賦值為“智能硬件→常用→超聲波測距”;然后使用“輸出調(diào)試信息”語句進(jìn)行輸出，同時借助“數(shù)學(xué)→四舍五入”對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”的時間等待，點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕（如圖3）。此時，隨著超聲波傳感器前障礙物的靠近和遠(yuǎn)離移動，LOG顯示區(qū)每隔0.3秒就顯示出一個數(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距值或提示“危險”。

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

（4）LED燈部分代碼

當(dāng)檢測距離值小于等于6cm時，LED燈閃爍。

這一步非常簡單，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“重復(fù)3次執(zhí)行”的循環(huán)結(jié)構(gòu)，依次使用“控制5號小燈亮”、“等待0.1秒”和“控制5號小燈滅”語句來實(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，可嘗試通過建立閃爍等待時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”報警聲）。

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

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

（4）配合搭載有馬達(dá)和車輪的拓展包，當(dāng)測距值接近于設(shè)置的最低危險值（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，前后兩個超聲波傳感器共同動態(tài)測距前提下，同時控制前后兩組馬達(dá)車輪，不管是前行還是倒車，均能實(shí)現(xiàn)OLED顯示屏實(shí)時顯示及LED燈光報警，且前后均不會產(chǎn)生碰撞。