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循迹模块详解
在自动驾驶和机器人技术领域，循迹模块是至关重要的组成部分。它能够使车辆或机器人沿着预定的路径精确行驶，从而实现各种复杂任务。
本次要介绍的是 TCRT5000 红外循迹模块，将深入探讨它的工作原理、技术实现和应用场景，无论您是学生、爱好者还是从业者，阅读本文将帮助您全面了解循迹模块，并为您提供更多关于该设备的深入见解。
1. 源码下载及前置阅读
- STM32F103C8T6模板工程
链接：https://pan.baidu.com/s/1n7XHCaMYtASWdJH2uA5yDA?pwd=lw59 提取码：lw59
- 本文的源码
链接：https://pan.baidu.com/s/1HNSipIsnElL4dtD-WXMB0A?pwd=1bpa 提取码：1bpa
如果你是嵌入式开发小白，那么建议你先读读下面几篇文章。
- 从零开始轻松掌握STM32开发的必备指南：零基础快速上手STM32开发（手把手保姆级教程）
- 如果你想搭一个属于自己的工程模板：手把手带你创建HAL版本MDK工程模板
- 计算机概念理清，生动形象，通俗易懂：图解固件、驱动、软件的区别
往期教程，有兴趣的小伙伴可以看看。
- 深入浅出，帮助您理解和应用MQTT协议：万字猛文：MQTT原理及案例
- 简单好用，为你的智能语音项目提供核心支持：SU-03T语音控制模块详解
- 继电器模块的原理、功能和应用：继电器模块详解
2. 模块介绍
2.1 型号介绍
TCRT5000 不断发射红外信号，当红外信号：
- 有反射回来，DO 输出低电平，开关指示灯（绿灯）亮。
- 没反射回来，DO 输出高电平，开关指示灯（绿灯）灭。
TCRT5000 常见用途：
- 电度表脉冲数据采样
- 传真机碎纸机纸张检测
- 障碍检测
- 黑白线检测（包含循迹小车）
2.2 工作参数及引脚介绍
TCRT5000 红外循迹模块工作参数：
- 工作电压：DC 3.3 ~ 5V
- 检测反射距离：1mm ~ 25mm 适用（不同厂家会略有差异）
模块中蓝色的电位器用于调节灵敏度，顺时针旋转，灵敏度变高；逆时针越小，灵敏度变低。
上电后电源指示灯（红灯）亮。
当红外反射回来，DO 输出低电平，开关指示灯（绿灯）亮。
接线如下：
| TCRT5000 | STM32 | 备注 |
|---|---|---|
| VCC | 3.3/5V | 电源正极 |
| GND | GND | 电源负极 |
| D0 | 任意 GPIO 口 | 数字输出 |
| A0 | 有 ADC 功能的引脚 | 模拟输出（一般不用） |
3. TCRT5000工作原理
TCRT5000 传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，红外接收管一直处于关断状态，此时模块的输出端为高电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，红外接收管饱和，此时模块的输出端为低电平，指示二极管被点亮。
模拟输出 AO：当发射管的红外信号经反射被接收管接收后，接收管的电阻会发生变化，在电路上一般以电压的变化形式体现出来，经过 ADC 转换或 LM324 等电路整形后得到处理后的输出结果。电阻的变化取决于接收管所接收的红外信号强度，常表现在反射面的颜色（反射率）、形状和反射面接收管的距离等方面。
4. 通信示意图
实现目标：我们有一个三色 LED 灯，当模块面前出现障碍物时，红灯亮，绿灯灭；没有障碍物时，红灯灭，绿灯亮。
这个小案例的应用场景可以应用在工业自动化，当物体或人在禁止区域或危险区域时，红灯亮起以提醒离开此区域。
5. 编程实战
5.1 硬件接线
本教程使用的硬件如下：
- 单片机：STM32F103C8T6
- 循迹模块：TCRT5000
- 小灯：三色 LED 灯模块
- 烧录器：ST-LINK V2
接线如下：
| TCRT5000 | STM32 |
|---|---|
| VCC | 5V |
| GND | G |
| DO | A4 |
| AO | 悬空 |
烧录的时候接线如下表，如果不会烧录的话可以看我之前的文章【STM32下载程序的五种方法】。
| ST-Link V2 | STM32 |
|---|---|
| SWCLK | SWCLK |
| SWDIO | SWDIO |
| GND | GND |
| 3.3V | 3V3 |
接好如下图：
开发板使用的是我们自绘的板子。大家也可以用自己的板子，只要是 STM32F103C8T6 主控芯片就行。
5.2 LED初始化
LED 灯，我们的老朋友了，不多介绍了。
c
void led_init(void)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
LED1_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED1时钟使能 */
LED3_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED3时钟使能 */
gpio_init_struct.Pin = LED1_GPIO_PIN; /* LED1引脚 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; /* 推挽输出 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* 高速 */
HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化LED1引脚 */
gpio_init_struct.Pin = LED3_GPIO_PIN; /* LED3引脚 */
HAL_GPIO_Init(LED3_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化LED3引脚 */
LED1(0); /* 关闭 LED1 */
LED3(0); /* 关闭 LED3 */
}LED 的 .h文件：
c
#ifndef _LED_H
#define _LED_H
#include "sys.h"
/******************************************************************************************/
/* 引脚 定义 */
#define LED1_GPIO_PORT GPIOA
#define LED1_GPIO_PIN GPIO_PIN_5
#define LED1_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PA口时钟使能 */
#define LED3_GPIO_PORT GPIOA
#define LED3_GPIO_PIN GPIO_PIN_7
#define LED3_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PA口时钟使能 */
/******************************************************************************************/
/* LED端口定义 */
#define LED1(x) do{ x ? \
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0)
#define LED3(x) do{ x ? \
HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0)
/* LED取反定义 */
#define LED1_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN); }while(0) /* 翻转LED1 */
#define LED3_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN); }while(0) /* 翻转LED3 */
/******************************************************************************************/
/* 外部接口函数*/
void led_init(void); /* LED初始化 */
#endif5.3 循迹模块初始化
初始化一下循迹模块的 DO 引脚。
我们采用中断的方式亮灯，需要初始化和使能一下 EXTI。
c
void tc_init(void)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;
TC_CLK(); /* IO口时钟使能 */
gpio_initstruct.Pin = TC_PIN; /* DO引脚 */
gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING; /* 中断沿触发 */
gpio_initstruct.Pull = GPIO_NOPULL; /* 无电阻 */
HAL_GPIO_Init(TC_GPIO, &gpio_initstruct); /* 初始化DO引脚 */
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI4_IRQn,2,0); /* 抢占优先级2，响应优先级0 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI4_IRQn); /* 使能EXTI4 */
}5.4 循迹模块控制灯
复写「HAL_GPIO_EXTI_Callback」函数，检测中断沿，下降沿表示循迹模块感受到有障碍，「tcflag」置1；上降沿表示循迹模块感受到无障碍，「tcflag」置0。
c
uint16_t tcflag;
uint16_t get_tcflag(void)
{
return tcflag;
}
void set_tcflag(uint16_t value)
{
tcflag = value;
}
void EXTI4_IRQHandler(void)
{
HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_4); /* 调用中断处理公用函数 清除中断线 的中断标志位 */
__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_4); /* HAL库默认先清中断再处理回调，退出时再清一次中断，避免按键抖动误触发 */
}
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
if(GPIO_Pin == TC_PIN){
if(HAL_GPIO_ReadPin(TC_GPIO, TC_PIN) == GPIO_PIN_SET) //如果无障碍
{
set_tcflag(0);
}
if(HAL_GPIO_ReadPin(TC_GPIO, TC_PIN) == GPIO_PIN_RESET) //如果有障碍
{
set_tcflag(1);
}
}
}5.5 主函数
主函数如下：
依据「tcflag」，为1时表示有障碍，红灯亮，绿灯灭；为0时表示无障碍，绿灯亮，红灯灭。
c
int main(void)
{
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
led_init(); /* LED初始化 */
tc_init(); /* 循迹红外模块初始化 */
while(1)
{
if (get_tcflag()) //有障碍时,红灯亮,绿灯灭
{
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);
}else{ //无障碍时,绿灯亮,红灯灭
HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);
}
}
}5.6 运行效果
当模块面前没有障碍物时，红灯灭，绿灯亮。
出现障碍物时，红灯亮，绿灯灭；
6. 小结
循迹模块在智能车、机器人和自动导航系统等领域发挥着重要的作用，通过使用红外传感器，循迹模块能够准确地检测和跟踪路径标记，实现自动导航和路径控制功能。
随着科技的进步，循迹模块将继续发展和创新，为自动化、嵌入式等领域带来更多的可能性。希望本文对您对循迹模块有所启发，并激发您进一步探索和应用这一技术。感谢各位看官，peace and love！