芭蕉葉上聽雨聲: [MeArm.Rover] 循跡車

循跡車利用車子前方的紅外線感應器，偵測車體是否偏離黑線並修正前進路線，進而達到自動行進的功能。

MeArm.Rover 在車體底板前方設置有紅外線循跡模塊的鎖固孔，並且還增加了一根輔助桿，它可以讓玩家在上面鎖1~5片的紅外線循跡模塊。

一、準備材料

機構件

底板 * 1
層板 * 1
墊圈 * 2
扳手 * 1

建議您可以把壓克力表面的保護紙撕除。

機電零件

Arduino 開發板 * 1 (您可以使用 UNO 或 nano)
Arduino 擴展板 * 1
M3x12 螺絲 * 2
M3 螺帽 * 2

或是

L9110S 馬達驅動模塊 * 1
M3x10 螺絲 * 2
M3 螺帽 * 2

TT減速馬達輪胎組 * 2
馬達固定件 * 2
(本圖片只列出1套，需2套)

方向輪 * 1
M3x12+6 隔離柱 * 4
M3x8 螺絲 * 4
M3 螺帽 * 4

TCRT5000 紅外線循跡模塊 * 2
M3x30+6 隔離柱 * 2
M3x10 螺絲 * 2
M3 螺帽 * 2

杜邦線母母頭 * 10

2節 3號 AA 電池盒 * 1 (註A)
DC5521插頭 * 1
杜邦線母母頭 * 1 (註 B)

註A: 3號 AA 電池盒可適用於 14500 鋰電池。此處也可使用 2 節 18650 電池盒與 18650 鋰電池來代替。

註B: 把一條杜邦線切成兩半，分別接到正負極。DC5521插頭可供電給 Arduino Nano，杜邦線母母頭可供電給 L9110S 馬達驅動模塊。

二、開始組裝

Step1 把方向輪固定到底板上。
拿出下列材料與壓克力底板。

您可以使用十字起子配合扳手鎖固螺絲，固定後如下圖

Step2 把減速馬達及輪胎固定到底板上。
請拿出2套下列材料。

先將馬達的電源線焊妥，建議電源線交叉穿過透明固定帶再焊接，如此可以避免電源線被拉扯時損壞馬達的銅片。

將長螺絲穿過固定鐵件與馬達，用螺帽固定後排列在底板兩旁。此時需注意左右輪胎之胎紋方向需一致，亦即箭頭往前，如下圖

先將輪胎固定到馬達軸，然後用短螺絲將它們固定到底板上，如下圖

這是目前階段俯視圖

底視圖

Step3 固定馬達驅動板。
請拿出下列材料。

用螺絲固定到底板，如下圖

Step4 固定TCRT5000紅外線循跡模塊。
請拿出下列材料。

用螺絲固定到底板，如下圖

如果您不是使用2只紅外線循跡模塊，則是可以拿出輔助桿，

然後將多片模塊固定在上面，如下圖

Step5 組立層板。
請拿出下列材料及層板、墊片。

把螺絲穿過層板與墊片，需注意層板有 "a" 字樣需朝上，那是用來固定 Arduino UNO 的孔，如下圖

將 Arduino 鎖上，如下圖

接著鎖上隔離柱，如下圖

將整組層板插入底板，用螺絲鎖上。電池盒可放置於層板下方，如下圖

這是組立完成後的循跡車全貌，如下圖

額外說明

長墊片是用來增加摩擦力讓馬達不會輕易晃動，如果沒有必要可以不用安裝。

三、軌跡線

您可以用印表機在白紙上列印黑線，但大多數的玩家為求方便大都使用寬約 20 mm 的黑色電工帶來"繪製"循跡車用的黑線，其優點是電工帶便宜、方便且可塑性大。

軌跡線不一定要限用黑色，白色的線條也可以，只不過如果使用白色的軌跡線，那麼底色最好使用黑色。

四、電路接線

首先我們來定義車子方向，假設您坐在小車裡面，車頭朝前，則右手邊的馬達為右馬達，左手邊的馬達為左馬達。電路接線如下：

馬達 L9110S模塊
右馬達白線 Motor_L 左槽
右馬達綠線 Motor_L 右槽
左馬達白線 Motor_R 左槽
左馬達綠線 Motor_R 右槽

Arduino L9110S模塊
D5 B-1A
D6 B-1B
D9 A-1A
D10 A-1B

Arduino 右TCRT5000模塊
5V VCC
GND GND
D2 D0

Arduino 左TCRT5000模塊
5V VCC
GND GND
D3 D0

鋰電池 L9110S模塊
正極杜邦線 VCC
負極杜邦線 GND

鋰電池 Arduino
DC5521插頭 DC5521插座

五、程式碼

int intSpeed;

void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(2, INPUT);
pinMode(3, INPUT);
pinMode(5, OUTPUT);
pinMode(6, OUTPUT);
pinMode(9, OUTPUT);
pinMode(10, OUTPUT);
intSpeed = 120;
}

void loop() {
boolean flgR = digitalRead(2);
boolean flgL = digitalRead(3);
Serial.print(flgL); Serial.print(" "); Serial.println(flgR);
if(flgR == LOW) {
analogWrite(6,intSpeed);
analogWrite(5,0);

} else {
analogWrite(6,0);
analogWrite(5,0);
}

if(flgL == LOW) {
analogWrite(10,intSpeed);
analogWrite(9,0);
} else {
analogWrite(10,0);
analogWrite(9,0);
}
delay(10);
}

TCRT5000 在偵測到反射訊號時，D0腳位會傳回 LOW，反之傳回 HIGH。由於我們在此是以白底黑線為範例，所以當模塊偵測到黑線時會傳HIGH給Arduino，反之傳回 LOW。

由以上可知，當訊號是LOW時，車輪就應該要前進；當訊號是HIGH時，車輪就應該要停止。

除了要調整好TCRT5000紅外線循跡模塊彼此的間距，還有與地面的高度之外，也要適時地調整上面的藍色旋鈕，讓感應黑線的靈敏度達到最佳狀態。

您可以發現，雖然硬體已調整好到最佳狀態，然而小車還是走得不是很好，這是因為程式的關係，程式寫得好不好影響循跡是否順利至鉅。有一種稱為比例積分微分(proportional Integral Differential) 控制的方法，簡稱「PID」，它可以幫助小車循跡更為順利，請參詳下方「技術資料」章節。

六、另類思考

以上介紹循跡車是 2 輪在前方，如果反過來，把方向輪那端當作前方，把紅外線循跡模塊挪到那兒，如此是否會更好? 其實，MeArm.Rover 並沒有去定義哪一端是車頭哪一端是車尾。

以下介紹把方向輪那端當作前方的組裝方式：

Step1 先暫時移除層板。

Step2 用 2 只 M3x20+6 隔離柱和螺帽鎖住紅外線循跡模塊。

Step3 用 2 只 M3x8 螺絲穿過車體鎖住隔離柱。

Step4 用杜邦線母母頭 6P 穿過車體孔洞，從方向輪左右兩側出來，每 3P 與紅外線模塊相接。

Step5 將超音波模塊插入車體板。

Step6 蓋上層板，用 4 只 M3x8 鎖緊。

程式方面只要將前面程式稍微修改一下即可，這部分請您自個兒動動腦。

七、重心問題

我們在上一章節中介紹把方向輪那端當作前方，在實際循跡行走中的確有比較好的表現。然而，此時卻發生了一個問題：「輪胎打滑」，如果碰到地板是光滑的磁磚，雖然循跡車的兩個大輪胎材質雖然是橡膠，也打滑了。

經過檢視，目前重心在方向輪上，相對地後面兩個大輪胎那端就顯得太輕了。為改善這個狀況，我們可以把整組層板和電池移到輪胎那端，即可改善打滑的問題。

這是已經將整組層板連同電池移動到輪胎那端

這是側邊隔離柱固定位置的特寫

這是後面隔離柱固定位置的特寫

芭蕉葉上聽雨聲

2016年9月16日星期五

[MeArm.Rover] 循跡車

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