<think>我们正在设计一个使用Arduino控制的小车，它没有舵机，但配备三个超声波传感器（左、中、右）来实现走迷宫的功能。
思路：
1. 三个超声波传感器分别安装在小车的左前方、正前方和右前方，用于检测三个方向的障碍物距离。
2. 小车的运动控制：我们可以通过控制两个电机的差速来实现转向（例如，左转时右电机前进，左电机停止或后退；右转同理）。
3. 迷宫策略：通常采用“左手定则”或“右手定则”，即始终沿着墙的一侧走。这里我们假设采用“左手定则”，即优先左转，其次直行，最后右转。
4. 具体决策逻辑：
- 如果左边没有障碍物（距离足够大），则左转。
- 否则，如果前方没有障碍物，则直行。
- 否则，如果右边没有障碍物，则右转。
- 否则，后退或掉头（说明进入死胡同）。
5. 由于没有舵机，我们无法转动传感器，因此三个固定方向的传感器可以同时测量三个方向。
硬件连接假设：
- 三个超声波传感器：左、中、右，分别连接到Arduino的引脚（Trig和Echo）。
- 两个电机驱动：假设使用L298N电机驱动模块，控制两个直流电机。
- 蜂鸣器（可选，用于调试或指示状态）。
代码结构：
- 定义超声波传感器的引脚。
- 定义电机控制引脚。
- 初始化函数setup()：设置引脚模式，初始化串口（用于调试）。
- 循环函数loop()：
a. 分别读取三个超声波传感器的距离。
b. 根据距离判断三个方向是否有障碍物（需要设定一个阈值，比如15厘米）。
c. 根据决策逻辑（左手定则）决定运动方向。
注意：超声波测距函数需要单独编写，为了避免阻塞，可以考虑使用非阻塞方式，但为了简单，我们先使用阻塞方式（每次测量后都有一定的延迟）。
由于代码较长，我们将分步骤编写。
假设引脚定义如下：
超声波传感器（左）：Trig_L, Echo_L
超声波传感器（中）：Trig_M, Echo_M
超声波传感器（右）：Trig_R, Echo_R
电机控制引脚（以L298N为例）：
电机A（左电机）：IN1, IN2, ENA（使能）
电机B（右电机）：IN3, IN4, ENB（使能）
我们使用PWM控制速度，使能引脚接PWM引脚。
具体引脚定义根据实际接线调整。
代码实现：
注意：为了简化，我们假设电机驱动模块的接线方式如下：
IN1和IN2控制左电机的方向，IN3和IN4控制右电机的方向。
例如：
左电机前进：IN1=HIGH, IN2=LOW
左电机后退：IN1=LOW, IN2=HIGH
右电机前进：IN3=HIGH, IN4=LOW
右电机后退：IN3=LOW, IN4=HIGH
我们定义以下运动函数：
forward(): 两个电机都前进
backward(): 两个电机都后退
turnLeft(): 左转（右电机前进，左电机停止或后退，根据实际情况调整）
turnRight(): 右转（左电机前进，右电机停止或后退）
stop(): 停止
在转弯时，我们可以采用差速的方式：例如左转时，右电机前进，左电机不动（或慢速），这样就能实现左转。
由于迷宫通道通常不会太宽，转弯角度需要根据实际情况调整。我们可以通过控制转弯的时间来实现90度转弯（需要实验调整）。
但是，由于我们没有编码器，所以转弯角度可能不精确。因此，我们也可以采用另一种方式：当需要转弯时，让小车原地旋转90度（或根据传感器反馈调整直到没有障碍物在左侧）。
然而，为了简单，我们这里采用固定时间的转弯（比如左转：右电机前进，左电机后退，持续一段时间，实现原地左转）。但注意，这样可能会因为电机性能、电池电量等因素导致每次转弯角度不一致。
因此，我们也可以考虑使用传感器反馈来调整：例如，左转直到左边传感器检测到墙壁（在迷宫中，转弯后应该左侧有墙）？但这样需要更复杂的控制。
我们先采用固定时间转弯的方式，后续可以改进。
具体步骤：
1. 定义引脚。
2. 编写超声波测距函数（三个传感器分别测量）。
3. 编写电机控制函数（前进、后退、左转、右转、停止）。
4. 在loop中，读取三个距离，然后根据策略决定动作。
策略细化（左手定则）：
- 如果左边距离大于阈值（表示左边没有墙或墙比较远），则左转（90度）。
- 否则，如果前方距离大于阈值，则直行。
- 否则，如果右边距离大于阈值，则右转（90度）。
- 否则，后退（或掉头：左转180度或右转180度）。
注意：在转弯后，需要让小车直行一小段距离，以避免连续转弯导致位置不正。
我们设定一个安全阈值（比如15厘米），当距离小于这个阈值时认为有障碍物。
由于超声波传感器在近距离可能会有误差，我们可以设置一个最小测量距离（比如2厘米）和最大测量距离（比如200厘米）。
代码实现如下（注意：由于没有实际环境，可能需要调整转弯时间和距离阈值）：</think>以下是基于Arduino控制的小车使用三个超声波传感器（左、中、右）实现迷宫导航的代码方案。代码采用"左手定则"导航策略（优先左转，其次直行，最后右转），并包含传感器数据处理和电机控制逻辑。
```cpp
// 定义超声波传感器引脚
const int trigLeft = 9, echoLeft = 8; // 左侧传感器
const int trigCenter = 11, echoCenter = 10; // 中间传感器
const int trigRight = 13, echoRight = 12; // 右侧传感器
// 定义电机控制引脚（L298N驱动模块）
const int enA = 5; // 左电机PWM
const int in1 = 4, in2 = 3; // 左电机方向
const int in3 = 2, in4 = 7; // 右电机方向
const int enB = 6; // 右电机PWM
// 参数配置
const int SAFE_DISTANCE = 15; // 安全距离(cm)
const int TURN_DELAY = 300; // 转弯持续时间(ms)
const int SPEED = 150; // 正常速度(0-255)
void setup() {
// 初始化超声波引脚
pinMode(trigLeft, OUTPUT);
pinMode(echoLeft, INPUT);
pinMode(trigCenter, OUTPUT);
pinMode(echoCenter, INPUT);
pinMode(trigRight, OUTPUT);
pinMode(echoRight, INPUT);
// 初始化电机引脚
pinMode(enA, OUTPUT);
pinMode(enB, OUTPUT);
pinMode(in1, OUTPUT);
pinMode(in2, OUTPUT);
pinMode(in3, OUTPUT);
pinMode(in4, OUTPUT);
Serial.begin(9600); // 调试用串口
}
// 超声波测距函数
int getDistance(int trigPin, int echoPin) {
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
long duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
return duration * 0.034 / 2; // 计算距离(cm)
}
// 运动控制函数
void moveForward() {
digitalWrite(in1, HIGH);
digitalWrite(in2, LOW);
digitalWrite(in3, HIGH);
digitalWrite(in4, LOW);
analogWrite(enA, SPEED);
analogWrite(enB, SPEED);
}
void turnLeft() {
// 右轮前进，左轮后退
digitalWrite(in1, LOW);
digitalWrite(in2, HIGH);
digitalWrite(in3, HIGH);
digitalWrite(in4, LOW);
analogWrite(enA, SPEED);
analogWrite(enB, SPEED);
delay(TURN_DELAY);
stopMotors();
}
void turnRight() {
// 左轮前进，右轮后退
digitalWrite(in1, HIGH);
digitalWrite(in2, LOW);
digitalWrite(in3, LOW);
digitalWrite(in4, HIGH);
analogWrite(enA, SPEED);
analogWrite(enB, SPEED);
delay(TURN_DELAY);
stopMotors();
}
void stopMotors() {
digitalWrite(in1, LOW);
digitalWrite(in2, LOW);
digitalWrite(in3, LOW);
digitalWrite(in4, LOW);
}
void loop() {
// 获取三个方向的距离
int distLeft = getDistance(trigLeft, echoLeft);
int distCenter = getDistance(trigCenter, echoCenter);
int distRight = getDistance(trigRight, echoRight);
// 调试输出
Serial.print("L:");
Serial.print(distLeft);
Serial.print(" C:");
Serial.print(distCenter);
Serial.print(" R:");
Serial.println(distRight);
// 导航决策（左手定则）
if(distLeft > SAFE_DISTANCE) {
// 优先左转
turnLeft();
}
else if(distCenter > SAFE_DISTANCE) {
// 其次直行
moveForward();
}
else if(distRight > SAFE_DISTANCE) {
// 最后右转
turnRight();
}
else {
// 死胡同：180度掉头
turnLeft();
delay(TURN_DELAY * 2); // 双倍时间实现180度转
}
delay(100); // 控制循环频率
}
```
### 代码说明
1. **传感器布局**：
- 左侧传感器：检测左侧墙壁距离
- 中央传感器：检测前方障碍物
- 右侧传感器：检测右侧墙壁距离
2. **导航策略（左手定则）**：
```mermaid
graph TD
A[读取三路距离] --> B{左侧通畅?}
B -->|是| C[左转]
B -->|否| D{前方通畅?}
D -->|是| E[直行]
D -->|否| F{右侧通畅?}
F -->|是| G[右转]
F -->|否| H[掉头]
```
3. **关键参数**：
- `SAFE_DISTANCE`：安全距离阈值（建议15-25cm）
- `TURN_DELAY`：90度转弯所需时间（需实验校准）
- `SPEED`：PWM电机速度（0-255）
4. **电机控制逻辑**：
- 左转：右轮前进 + 左轮后退
- 右转：左轮前进 + 右轮后退
- 直行：双轮同速前进
- 掉头：连续两次左转
### 硬件连接建议
```
超声波传感器：
左：Trig-9, Echo-8
中：Trig-11, Echo-10
右：Trig-13, Echo-12
L298N电机驱动：
enA-5, in1-4, in2-3 (左电机)
enB-6, in3-2, in4-7 (右电机)
```
### 优化建议
1. **增加滤波算法**：在`getDistance()`函数中添加中值滤波，减少误测
```cpp
int filteredDistance(int trig, int echo) {
int readings[5];
for(int i=0; i<5; i++) {
readings[i] = getDistance(trig, echo);
delay(10);
}
// 排序取中值
sort(readings, 5);
return readings[2];
}
```
2. **动态速度控制**：根据前方距离调整速度
```cpp
if(distCenter < 30) {
analogWrite(enA, SPEED * 0.6);
analogWrite(enB, SPEED * 0.6);
}
```
3. **死循环避免**：添加回转计数器，防止同一位置反复转向
### 调试技巧
1. 通过串口监视器实时查看距离数据
2. 用胶带标记地面测试转弯角度
3. 逐步增加速度直到稳定运行
4. 在墙角放置反光物增强超声波反射
本文探讨了设计模式在编程中的使用疑问，指出设计模式并非解决所有问题的银弹，而是特定问题的最佳实践。文章建议新手从了解常见设计问题出发，避免为用模式而用。同时，设计模式虽能提升代码扩展性，但也可能导致过度设计和复杂性增加。学习设计模式有助于应对面试、理解和阅读源码，但何时何地使用需谨慎判断。
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