一起玩儿物联网人工智能小车（ESP32）——33. 利用超声波传感器和舵机实现自动避障小车（一）

摘要：本文介绍如何使用超声波传感器和舵机实现小车的自动避障功能

智能小车之所以冠以“智能”的标签，就是因为它不应该是一个只能朝前行走的小车，而是要能够自主“决策”该怎么走，可以按照事先既定的规则，自主的行走。而实现自主行走的前提是要能“感知”周边的世界，根据周边世界的变化，做出下一步的行走决策。

从今天开始，就来借助超声波传感器实现一个可以自动躲避障碍物的智能小车。在前面的文章中已经介绍了超声波传感器，这个传感器的作用是可以测量前边障碍物与传感器之间的距离，本节正式利用了这个功能。但是，仅有这个功能还是不够的，还需要利用之前学习的舵机来控制超声波传感器的方向，这样就可以判断出周边各个方向障碍物的距离了。

使用超声波传感器来识别障碍物的距离，只是实现避障小车的一种方法。这种方法也有着其自身的缺点，就是当小车的超声波传感器与障碍物的反射面的夹角小于45度的时候，测量距离的功能就不那么灵敏了，这就导致小车会出现判断错误的情况。同样的，如果障碍物的反射面过小，也会导致无法获得足够的反射声波而无法得到正确的障碍物距离。这两点在布置测量环境和调试小车的过程中要特别的注意。

针对以上的缺陷，除了在程序上进行一些响应的容错处理外，后边也会增加一些其他的传感器来辅助避障功能的实现，例如常用的红外传感器、激光测距传感器等。

下面就来总结一下智能避障小车的基本原理。首先，利用安装在车头的超声波传感器测量前方障碍物的距离，如果距离大于停止距离，那么就驱动小车向前行走，在行走的同时，不断的测量前方障碍物的距离，一旦与前方障碍物的距离小于停车距离，那么立刻停止小车的运动，然后再测量左右两侧障碍物的距离，然后转向距离远的一侧继续行走，并重复之前的测量前方障碍物的动作，直至距离前方障碍物的距离小于了停止距离……周而复始，小车就可以按照这个简单的原则实现自动避障行驶了。

下面先来看一下这个自动避障小车所需要的材料：

小车的基本组装方法和注意事项在前面都介绍过了，这里就不在赘述了。需要注意的就是舵机和超声波支架要装在小车的头部正中央，并在舵机的90度位置时，超声波传感器朝向正前方，这样在舵机的0度和180度的位置时，超声波传感器分别朝向左侧和右侧。

超声波舵机云台有很多，下图为常见的几种，根据自己的喜好选择就可以了。

接下来看一下各个功能模块的连接方法。下表为这次实现的小车各个模块的连接方法。如果使用不同的GPIO引脚，那么在后边开发程序的时候，要记得将程序做相应的修改。

需要说明一下，在这个实验中，本人并没有选用之前四轮驱动的麦克纳姆轮的小车，而是选用了一个2轮驱动的3轮小车，之所以选择这个小车是应为2轮相对于麦克纳姆轮小车来说驱动起来更容易些，调试起来也简单。在调试的时候，多些耐心，麦克纳姆轮小车一样可以实现自动避障的功能。

制作完成，并且接好导线的小车如下图所示：

好了，小车已经组装好了。接下来就该进行程序设计，实现功能了。