八路循迹模块的 DO：先让小车沿着线跑起来 - Zw-awa

显示全部楼层 · 发表于 2026-10-8 23:41:06

Q: 循迹模块的 DO 是什么？

A: DO 是模块比较器根据反射光强输出的数字电平，只表示当前是否超过设定阈值。

Q: 为什么先用 DO 做循迹？

A: 它把复杂的光学变化压成容易读取的状态，能先验证传感器排布、方向判断和基本差速动作。

Q: DO 循迹常见使用场景？

A: 黑线跟随、边缘检测、全黑停车、全白丢线保护和低速路径验证。

把八路模块放到白底上，8 个 DO 各自保持稳定电平；黑线从探头下方经过，某一路的指示灯亮起，DO 也随之翻转。STM32 接收到的不是连续的灰度，而是模块上的比较器根据电位器阈值作出的二选一结果：黑，或者白；1，或者 0。原始反射光强的细节被留在了比较器之前，但这个简化后的结果已经足够让小车沿着线跑起来。

接线时把车头朝前，从左到右将探头编号为 S0 到 S7。代码约定黑线为 1、白底为 0；全黑停车，整排白底视为丢线，保持上一次转向方向低速找线。至于黑线到底对应高电平还是低电平，以实际读到的状态为准，统一在配置项中处理。

DO 不是“数字版 ADC”

很多常见 MH-Sensor-Series、TCRT5000 类模块都有 VCC、GND、DO 和 AO。其中 AO 是传感头此刻反射光强对应的模拟电压；DO 则经过板上的比较器。你拧动电位器，其实是在移动比较器的分界线：高过线的一边输出一种电平，低过线的另一边输出另一种电平。

红外发射 + 接收 -> 反射强弱 -> 模拟电压 AO -> 比较器 + 电位器 -> DO: 0 或 1

所以 DO 的优势和代价都很直接：

它能让 STM32 只读 GPIO，不需要先写 ADC、平均、阈值。

模块上已经先定好了“黑”和“白”的边界；环境一变，电位器就得重新调。

当它误判时，STM32 只看见一个 0 或 1，很难知道原始反射值离边界到底有多远。

刚开始做完整低速循迹时，我会先用 DO，因为黑线位置、转向和差速之间的关系能马上落到轮子上；需要更细的边缘位置、调试环境光或建立更稳定的判断时，再回头用 AO。

八个模块怎么接，不靠一张万能线序图

8 路模块都需要 VCC 和 GND，每个 DO 各接一根 STM32 输入线。模块常见支持 3.3V 到 5V 供电，但仍然应当以买到的模块资料为准。我使用 5V 供电，DO 输出通常可以直接给 3.3V MCU 读取。

我暂定的 GPIO 是：

PA15 需要关闭 JTAG 后才能当普通 GPIO 使用，工程会在初始化时处理这一点。你的循迹板如果排针顺序不同，只改引脚表，传感器从左到右的权重顺序不要跟着物理线束乱掉。

车头朝前看时，S0 是最左侧，S7 是最右侧。八个模块必须排在同一条横线上，离地高度尽量一致。一个模块抬得更高，另一个贴得更近，代码再整齐，读到的也不是同一条黑线。

先把电位器调到黑白交界，而不是随便拧

先不上车跑。给模块供电，把其中一个探头依次放到白底和黑线下方，观察模块板上的比较器指示灯或者 OLED 显示。慢慢调电位器，找到一个位置：白底稳定输出 0，黑线稳定输出 1。

不是所有模块都按这套电平方向工作。工程把这个约定写成一个宏：

#define LINE_SENSOR_BLACK_IS_HIGH 1

若你实际测到黑线是 0、白底是 1，不要急着把八根 DO 线交换，也不需要把所有判断条件里的 if 逐行取反，只要改为：

#define LINE_SENSOR_BLACK_IS_HIGH 0

模块指示灯亮不亮也不必和“黑线为 1”强行绑定。灯接在比较器的哪一侧、板子是否低电平点亮，都取决于模块电路。相信你在 OLED 里实测到的逻辑值。

八个 0/1 先装进一个字节

定时器每 10ms 读取一次传感器。bit0 放 S0，一直到 bit7 放 S7，这样 8 路状态只占一个 uint8_t：

S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0

0 0 0 1 1 0 0 0 二进制：00011000

工程在 LineSensor_ReadMask() 里把它们收起来：

if ((GPIO_ReadInputDataBit(port, pin) != Bit_RESET) == LINE_SENSOR_BLACK_IS_HIGH)

mask |= (uint8_t)(1u = 10)

control_divider = 0;

LineSensor_Update();

Motor_Update();

LineSensor_Update() 只是读取 8 路 GPIO、算一个很小的固定差速；Motor_Update() 只是写方向脚和 TIM2 的比较值。这些动作短、时间稳定，放进 10ms 中断能保证控制周期不被主循环里多一条调试代码打乱。

Motor_Update() 写的是 Motor_SetTargetPercent() 存下来的两个目标值。这个接口就是前面 PWM 那篇里单轮版本的两轮版：

void Motor_SetTargetPercent(int16_t left, int16_t right)

left_target = Motor_LimitPercent(left);

right_target = Motor_LimitPercent(right);

Motor_LimitPercent() 做的是同一件事：把越界的数夹回 -100 到 100。单轮调用现在只是一个薄壳：

void Motor_SetPercent(int16_t percent)

Motor_SetTargetPercent(percent, percent);

OLED 刷屏仍然放在 main()，每 100ms 才做一次：

if (Timer_Expired(&report_time, 100))

OLED_ShowNum(0, 0, LineSensor_GetMask(), 3, OLED_6X8);

把一整屏 OLED 数据塞进 10ms 中断，刚刚获得的稳定节拍又会被自己砸掉。控制任务和调试任务都需要时间，但不该抢同一段时间。

从“哪边压线”到固定差速

八路传感器不是八句独立的 if。代码给每个位置一份权重：

static const int8_t weights[8] = {-7, -5, -3, -1, 1, 3, 5, 7};

黑线被 S0、S1 看到，平均位置偏左；被 S6、S7 看到，平均位置偏右；中间的 S3/S4 命中，位置接近 0。这里算出来的 position 只是“线偏在哪一边”的离散描述，不是任何神秘控制量。

left = 30, right = 30

线偏左，左轮慢、右轮快，小车就往左收回来：

轻微左偏：left = 24, right = 36

明显左偏：left = 18, right = 42

严重左偏：left = 10, right = 50

线偏右时反过来。工程把这些差速写成 6、12、20 三档，不会假装它们对每个底盘都正确：

if (position == 0)

correction = 0;

else if ((position = 5))

correction = 20;

else if ((position = 2))

correction = 12;

else if (position != 0)

correction = 6;

LINE_BASE_SPEED 默认是 30。某些电机带着车身低于 50% 就压不过静摩擦，30/10/50 在它们身上不会换来漂亮的渐变转向，只会换来停、抖、突然窜出去。那不是 8 路循迹逻辑错了，是电机、减速箱、供电、地面和占空比门槛没有一起考虑。先架空观察方向，再从实际能稳定起转的最低速度往上调。

两个特殊画面，必须单独写

八个模块同时看到黑线，工程默认停车：

if (sensor_mask == 0xFF)

Motor_SetTargetPercent(0, 0);

它可能意味着终点横线、加宽的标记、传感器贴得太低，也可能只是一张整块黑纸。默认将它作为最保守的安全行为；赛道把全黑定义为“掉头”或“停止线”时，再将这个状态映射到相应动作。

八个模块都没看到黑线时，不让车直接停住。它保留最后一次偏转方向，低速往那边找：

if (sensor_mask == 0x00)

if (last_turn < 0)

Motor_SetTargetPercent(10, 35);

Motor_SetTargetPercent(35, 10);

最后一次线偏左，就继续往左寻找；最后一次偏右，就继续往右寻找。这个策略不保证每一种赛道都能找回线，它只是比“丢线以后随机直走”更有依据。若你只用 2 路传感器，很容易在一个急弯处直接把线丢掉；8 路排在车头前方，能给这段寻找动作多留一些位置线索。

先在 OLED 里确认，再放到地上

主循环每 100ms 更新调试信息。OLED 三行依次显示：

第一行：8 路掩码的十进制值

第二行：left 目标速度

第三行：right 目标速度

先把一小段黑线从 S0 缓慢扫到 S7，看掩码和左右目标速度怎样变化。再把整排放到白底，确认它进入上一次转向的找线逻辑；最后用整块黑卡纸盖住，确认两轮目标都变成 0。

确认这些之后才接电机。先架空，让左/右轮执行的方向与画面中“线偏左就向左修正”一致；若实际转向反了，通常是电机安装方向、驱动板方向脚或左右电机定义和代码约定相反。先统一这些基础方向，不要把 8 路权重全部颠倒来掩盖一根电机线接反的问题。

放到地面后，环境光一变、黑线褪色、白底反光、模块高度不齐、两个同型号模块电位器位置不一样，都可能让 DO 在边缘附近来回跳。重新逐个调电位器，把黑白切换点留在稳定范围中间；真需要知道每个模块离阈值还有多远，就进入 AO 模拟输出篇。

现在的转向是固定三档差速：看到线在左边就给左慢右快，看到线在右边就反过来。急弯、不同速度、不同电机启动门槛和不同赛道，都会让同一张表出现过转或转不过去。

但它有一个好处：每一个动作都能从 mask、position、左右目标速度直接追出来。你把黑线挪到 S0，OLED 显示更大的左偏转向；把黑线挪回中间，两个目标又回到同一速度。传感器、差速和轮子之间的因果链没有被参数遮住。

DO 模式给小车的是一排已经越过阈值的决定。把这些决定接到可靠的固定节拍和低速差速上，小车就能沿线走；需要观察比较器作出决定前的电压时，再使用 AO。

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