Датчики линии и первое следование

Датчику нужна понятная картинка: светлый фон и тёмная линия. Для заданий среднего уровня на дорожке понадобится и перекрёсток.

1. Возьми светлое матовое поле с чёрной линией или наклей чёрную матовую изоленту на белый лист: прямая, плавный изгиб и один перекрёсток.
2. Подготовь две карточки: белую и чёрную.
3. Найди на роботе левый и правый датчики. Поставь робота на линию и проверь: линия проходит между датчиками и не касается ни одного из них?

Подготовь дорожку для своего уровня и проверь, подходит ли она твоему роботу.

1. Сделай дорожку: прямая, плавный изгиб, крутая дуга и перекрёсток. Подготовь белую и чёрную карточки.
2. Измерь линейкой ширину линии и расстояние между датчиками (между серединами окошек).
3. Поставь робота на линию. Сколько миллиметров остаётся от края линии до каждого датчика? Запиши в журнал: что будет, если линия шире расстояния между датчиками?

Датчик светит на пол и меряет, сколько света вернулось. Плата превращает это в число, а чтобы увидеть его, программа отправляет число на компьютер.

1. Создай скетч L31_Read_Sensors по шаблону и напиши обе части сам. Левый датчик подключён к A4, правый — к A5.

// Шаблон среднего уровня. Напиши код в разделе «Твоя часть» по целям в комментариях. const int LEFT_SENSOR_PIN = A4;const int RIGHT_SENSOR_PIN = A5; // ===== Твоя часть: напиши сам ===== void setup() {  // Включи связь с компьютером на той же скорости, что в мониторе порта: 9600.} void loop() {  // Пять раз в секунду печатай одну строку: L=число левого датчика  R=число правого.}

2. Загрузи программу и открой монитор порта со скоростью 9600.
3. Поднеси под левый датчик белую карточку, затем чёрную. Держи карточку на той же высоте, на которой датчик стоит над полом.

Датчик светит на пол и меряет, сколько света вернулось. Левый датчик подключён к A4, правый — к A5.

Требование. Скетч L31_Read_Sensors пять раз в секунду печатает строку t=… L=… R=…, где t — время в миллисекундах с включения.

Приёмка.

1. По числам t в мониторе проверь, что строки идут примерно каждые 200 мс. На сколько миллисекунд отличается промежуток от 200 и почему?
2. Поднеси под левый датчик белую, затем чёрную карточку на рабочей высоте. Запиши, на сколько меняется число.

1. Заполни таблицу для четырёх положений робота:

2. Почему в последней строке оба числа «белые», хотя робот стоит на линии? Запиши.

Сними профиль датчиков: как меняются числа, пока линия проходит под роботом поперёк.

1. Положи робота поперёк линии так, чтобы линия была далеко справа от правого датчика.
2. Сдвигай робота влево шагами по 5 мм, пока линия не уйдёт за левый датчик. На каждом шаге записывай L и R.

3. Нарисуй в журнале два графика: L и R от сдвига. Найди по графику, где линия ровно между датчиками и на сколько миллиметров можно уйти в сторону, пока датчик её не заметит.

Датчики не одинаковые: даже над одним полем их числа разные. Поэтому каждому датчику нужны свои измерения — калибровка.

1. Для каждого датчика запиши по три показания на белом и три на чёрном, в разных местах дорожки.
2. Выбери типичное число для каждой клетки и запиши, почему именно его.

Откалибруй датчики и докажи, что калибровке можно доверять.

1. Для каждого датчика запиши по 10 показаний на белом и 10 на чёрном. Найди наименьшее и наибольшее в каждой серии — это разброс.
2. Сравни разброс с разницей белого и чёрного. Во сколько раз разница больше разброса?
3. Повтори белое у окна и в тёмном углу класса. Меняются ли числа сильнее разброса?
4. Запиши вывод: где можно доверять калибровке и когда её нужно повторить.

Программе нужно правило: когда считать, что под датчиком линия? Сравни новое показание с двумя измерениями: если оно ближе к чёрному, чем к белому, — под датчиком линия.

1. Создай скетч L31_Line_Detect по шаблону и впиши свои четыре числа вместо нулей.
2. Напиши loop() сам: решение «линия или нет» для каждого датчика и печать.

// Шаблон среднего уровня. Напиши код в разделе «Твоя часть» по целям в комментариях. const int LEFT_SENSOR_PIN = A4;const int RIGHT_SENSOR_PIN = A5; // Впиши свои измерения из бортового журнала.const int LEFT_WHITE = 0;const int LEFT_BLACK = 0;const int RIGHT_WHITE = 0;const int RIGHT_BLACK = 0; // ===== Твоя часть: напиши сам ===== void loop() {  int leftValue = analogRead(LEFT_SENSOR_PIN);  int rightValue = analogRead(RIGHT_SENSOR_PIN);   // Для каждого датчика реши, линия ли под ним (правило «ближе к чёрному»): leftOnLine и rightOnLine.  // Печатай строку L=… R=…, а если под датчиком линия — допиши «слева линия» или «справа линия».  // Пять строк в секунду.} // ===== Готовое из прошлого шага — не меняй ===== void setup() {  Serial.begin(9600);}

3. Загрузи программу, открой монитор порта и подводи чёрную карточку под датчики по очереди.
4. Ответь в журнале: что начнёт печатать программа, если в ней перепутать белое и чёрное местами? Почему?

bool leftOnLine = abs(leftValue - LEFT_BLACK) < abs(leftValue - RIGHT_WHITE);

Требование 1. Функция onLine(value, white, black) отвечает true, когда под датчиком линия:

• показание ближе к чёрному измерению, чем к белому;
• работает и когда у датчика чёрное — большое число, и когда маленькое;
• внутри нет готовых чисел-порогов: только value, white и black.

Приёмка. Напиши onLine в тестовом скетче, загрузи его и открой монитор порта (9600). Тест проверяет восемь случаев для двух видов датчиков, в том числе показания за пределами твоих измерений.

// Проверка функции onLine. Напиши функцию здесь, загрузи и открой монитор порта.// Когда все строки PASS, перенеси onLine в свою программу. // Требование 1: true, если показание ближе к чёрному, чем к белому.bool onLine(int value, int white, int black) {  return false;} int failed = 0; void expect(int value, int white, int black, bool expected) {  bool actual = onLine(value, white, black);  Serial.print(actual == expected ? "PASS " : "FAIL ");  Serial.print("onLine(");  Serial.print(value);  Serial.print(", ");  Serial.print(white);  Serial.print(", ");  Serial.print(black);  Serial.print(") = ");  Serial.print(actual ? "true" : "false");  Serial.print(", ожидаем ");  Serial.println(expected ? "true" : "false");  if (actual != expected) {    failed++;  }} void setup() {  Serial.begin(9600);   // Датчик, у которого чёрное — большое число, а белое — маленькое.  expect(780, 120, 780, true);  expect(120, 120, 780, false);  expect(600, 120, 780, true);  expect(300, 120, 780, false);  // За пределами измерений.  expect(900, 120, 780, true);  expect(50, 120, 780, false);  // Датчик, у которого наоборот: белое — большое число, чёрное — маленькое.  expect(300, 900, 120, true);  expect(700, 900, 120, false);   if (failed == 0) {    Serial.println("Все проверки пройдены");  } else {    Serial.print("Ошибок: ");    Serial.println(failed);  }} void loop() {}

Когда все строки PASS, добавь onLine в свою программу из шага «Посмотри, что видит датчик» и сохрани её как L31_Line_Detect. Пусть она печатает «слева линия» и «справа линия». Впиши свои измерения и проверь карточкой.

Робот едет вперёд, и линия должна оставаться между датчиками. Если линия оказалась под одним датчиком, робот уехал в сторону. Колесо пока умеет только ехать или стоять. Как вернуть робота к линии?

1. Поставь выключенного робота на линию. Сдвинь его так, чтобы линия оказалась под левым датчиком. Куда робот уехал? Куда ему повернуть? Какое колесо для этого остановить?
2. То же — для правого датчика.
3. Заполни таблицу в журнале:

4. Объясни в журнале одной фразой, почему остановка одного колеса поворачивает робота.

Робот едет вперёд, и линия должна оставаться между датчиками. Составь правила сам: что делают колёса в каждом из четырёх случаев и почему.

1. Проверь каждую строку на выключенном роботе: сдвинь его рукой и покажи, куда он должен поехать.
2. «Оба белое» бывает в двух разных положениях робота. В каких? Может ли программа их различить? Запиши, что тогда случится с роботом.
3. На прямой дорожке «оба — линия» почти не бывает. Где на итоговом поле это встретится и что тогда должен делать робот?

Соберём всё вместе: датчики, правило «ближе к чёрному» и моторы из урока 2.1. Колёса будут слушаться правил из твоей таблицы.

1. Создай скетч L31_First_Line по шаблону. Впиши свои четыре измерения. Настройка моторов и защита уже готовы.
2. Напиши loop() сам: перенеси свои условия из L31_Line_Detect, задай колёсам скорости по своей таблице правил и отправь их на моторы.

// Шаблон среднего уровня. Напиши код в разделе «Твоя часть» по целям в комментариях. const int LEFT_SENSOR_PIN = A4;const int RIGHT_SENSOR_PIN = A5; // Впиши свои измерения из бортового журнала.const int LEFT_WHITE = 0;const int LEFT_BLACK = 0;const int RIGHT_WHITE = 0;const int RIGHT_BLACK = 0;const int LEFT_DIR_PIN = 7;const int LEFT_SPEED_PIN = 6;const int RIGHT_DIR_PIN = 4;const int RIGHT_SPEED_PIN = 5;const int FORWARD = HIGH;int speed = 100; // начальная скорость, подбираем на подставке // ===== Твоя часть: напиши сам ===== void loop() {  int leftValue = analogRead(LEFT_SENSOR_PIN);  int rightValue = analogRead(RIGHT_SENSOR_PIN);   // Реши, линия ли под каждым датчиком, — перенеси свои условия из L31_Line_Detect.  // Колёса выполняют твою таблицу правил: линия под датчиком — его колесо стоит.  // Колесо, которое правило остановило, снова едет, когда его датчик видит белое.} // ===== Готовое: настройка и защита — не меняй ===== void setup() {  pinMode(LEFT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(LEFT_SPEED_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_SPEED_PIN, OUTPUT);   analogWrite(LEFT_SPEED_PIN, 0);  analogWrite(RIGHT_SPEED_PIN, 0);  digitalWrite(LEFT_DIR_PIN, FORWARD);  digitalWrite(RIGHT_DIR_PIN, FORWARD);   // Без измерений робот не поедет: программа остановится здесь.  if (LEFT_WHITE == LEFT_BLACK || RIGHT_WHITE == RIGHT_BLACK) {    while (true) {    }  }   delay(2000); // время убрать руки от робота}

3. Нажми Проверить.

Возьми каркас: в нём контакты, моторы и функция drive из урока 2.1. Перенеси в него свои измерения и функцию onLine и сохрани как L31_First_Line. Эта программа понадобится тебе в уроке 3.2.

// Каркас движения по линии. Требования к программе — в тексте урока.const int LEFT_SENSOR_PIN = A4;const int RIGHT_SENSOR_PIN = A5; // Впиши свои измерения из бортового журнала.const int LEFT_WHITE = 0;const int LEFT_BLACK = 0;const int RIGHT_WHITE = 0;const int RIGHT_BLACK = 0; const int LEFT_DIR_PIN = 7;const int LEFT_SPEED_PIN = 6;const int RIGHT_DIR_PIN = 4;const int RIGHT_SPEED_PIN = 5;const int FORWARD = HIGH; void drive(int leftDir, int leftSpeed, int rightDir, int rightSpeed) {  digitalWrite(LEFT_DIR_PIN, leftDir);  digitalWrite(RIGHT_DIR_PIN, rightDir);  analogWrite(LEFT_SPEED_PIN, leftSpeed);  analogWrite(RIGHT_SPEED_PIN, rightSpeed);} // Требование 1: перенеси функцию onLine из тестового скетча.bool onLine(int value, int white, int black) {  return false;} void setup() {  pinMode(LEFT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(LEFT_SPEED_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_SPEED_PIN, OUTPUT);  drive(FORWARD, 0, FORWARD, 0);   // Требование 3: защита от запуска без измерений и время убрать руки.} void loop() {  // Требование 2: прочитать датчики, решить по своей таблице правил, задать скорости.  drive(FORWARD, 0, FORWARD, 0);}

Требование 2. Колёса выполняют твою таблицу правил:

• в каждом повторе программа заново читает оба датчика и решает заново: колесо, остановленное один раз, снова едет, когда его датчик видит белое;
• решение принимает твоя функция onLine;
• скорость — одна именованная переменная speed в начале скетча.

Требование 3. Робот безопасен:

• без измерений белого и чёрного колёса стоят;
• после включения есть 2 секунды, чтобы убрать руки.

Приёмка — на подставке в следующем шаге: робот выполняет каждую строку твоей таблицы правил, а без измерений колёса не крутятся.

1. Поставь робота на подставку, загрузи программу, включи питание моторов.
2. Проверь все четыре строки своей таблицы правил: подставляй карточки так, чтобы датчики видели нужное. Записывай, что делают колёса.

3. Проверь свой прогноз про скорость, заданную в setup(). Выключи питание моторов.

Приёмка требований 2–3 на подставке.

1. Загрузи программу с нулями вместо измерений. Колёса не должны крутиться. Впиши измерения и загрузи снова.
2. Проверь каждую строку своей таблицы правил карточками.
3. Засеки, через сколько секунд после включения трогаются колёса.

1. Выключи питание моторов, отключи USB-кабель.
2. Поставь робота на прямой участок: линия между датчиками. Включи питание. Будь готов выключить его, если робот уходит с дорожки.
3. Пройди дорожку три раза при speed = 100, потом три раза при 80 и при 130. Записывай, сколько раз робот прошёл изгиб.

4. Почему робот едет рывками? Запиши одной фразой.

1. Выключи питание моторов, отключи USB-кабель. Будь готов выключить питание, если робот уходит с дорожки.
2. Найди наибольшую speed, при которой робот проходит плавный изгиб три раза из трёх. Начни с 80 и поднимай шагами по 20.
3. На наибольшей скорости, которую робот не выдержал, посмотри, где он теряет линию. Объясни в журнале причину через твою таблицу правил.
4. Запиши, что нужно изменить в правилах, чтобы робот держал линию быстрее. Проверишь это в уроке 3.2.