RGB巡线模块

概述

RGB巡线传感器模块专为小车巡线比赛设计。它包含4个RGB补光灯和4个光敏接收管，该模块既可以用于深色背景浅色赛道做巡线，也可以用于浅色背景深色赛道做巡线，只要背景与赛道色差灰度值大于阈值（背景与赛道在RGB域的色差越大，巡线效果越好），RGB巡线传感器模块均能用于巡线。该模块具有检测速度快，通过按键学习场地功能，适应性良好等优点。本模块接口是蓝白色色标，说明是双数字、I2C接口，需要连接到主板上带有蓝白色标示接口。

技术规格

• 工作电压：5V DC
• 工作温度：0℃~70℃
• 检测高度：依跑道材质和光照情况不等，建议模块探头距跑道5mm~15mm间
• 信号模式：I2C通信（对应蓝色白色色标）
• 模块尺寸：48 x 72 x 26.5 mm （长x宽x高）

功能特性

• 支持Arduino IDE编程, 并且提供运行库来简化编程；
• 具有四只LED指示灯用于巡线反馈以及新环境学习情况；
• 使用RJ25接口连线方便；
• 适配 Makeblock DIY 平台金属件：模块的白色区域是与金属梁接触的参考区域；
• 模块化安装，兼容乐高系列；
• 配有接头支持绝大多数 Arduino 系列主控板；
• 支持场地学习功能：识别并记录所用场地的背景及路径的颜色；
• 支持eeprom存储：学习后的数据会保留到eeprom，防断电丢失数据；
• 支持切换RGB补光颜色：目前暂时支持三种颜色切换（红、绿、蓝），长按2秒按键切换RGB颜色；
• 巡线灵敏度可调；
• 具有反接保护，电源反接不会损坏IC；
• 一个主板最多同时支持4路巡线传感器模块。

原理分析

RGB巡线传感器主要有4对RGB发射管和光敏接收管，如下图：

当RGB经过不同颜色背景时，光敏接收管将接收到不同的光信息转化为电信号，并经过放大器后由模拟口输出具体数值。软件再把4个光敏接收管的模拟值做融合算法，最终计算输出传感器模块偏离赛道的位置偏移量，用户可以直接把该偏移量用于控制左右两个电机转速实现巡线。

引脚定义

RGB巡线模块有六个针脚的接头，每个针脚的功能如下表

连线模式

● RJ25连接

由于RGB巡线传感器模块接口是蓝白色标，当使用RJ25接口时，需要连接到主控板上带有蓝白色标的接口。

以 Makeblock Megapri为例，可以连接到5，6，7，8号接口，如下图所示:

● 杜邦线连接

当使用杜邦线连接到 Arduino Uno 主板时，模块A0引脚需要连接到ANALOG（模拟）口，如下图所示：

学习方法

如果比赛场地、环境、RGB传感器模块安装位置等发生了变化，建议重新学习传感器模块，学习信息会保存在eeprom，防掉电丢失。完整的学习过程包括四个步骤：

1. 调整补光灯颜色：根据场地背景和线的颜色，通过长按按钮选择合适的补光灯颜色。
2. 学习背景颜色：将RGB传感器模块安装在待使用的位置，并使其4个RGB灯都正对场地背景，单击按键，四个led指示灯开始慢闪，2~3秒后学习完成，led指示灯停止闪烁。
3. 学习赛道颜色：将RGB传感器模块安装在待使用的位置，并使其4个RGB灯都正对赛道，双击按键，四个led指示灯开始慢闪，2~3秒后学习完成，led指示灯停止闪烁。
4. 测试确认：保持该模块在待使用的位置，调整四个探头的位置以确认其是否能正确检测到背景及线的颜色。检测到背景时探头对应的LED亮起，检测到线时对应的LED熄灭。

编程指导

● Arduino 编程

如果使用 Arduino 编程，需要调用库 Makeblock-Library-master 来控制RGB巡线模块。

本程序通过 Arduino 编程，使用两路增强型180编码电机进行巡线控制，工程文件根目录必须包含 MeRGBLineFollower 源文件和 MeEnhanceEncoderOnBoard 源文件，如下：

程序下载

MeRGBLineFollower180motorAuriga.ino 是基于 Auriga 主控板、180编码电机做底盘的巡线例子，代码如下：

RGB巡线传感器主要函数功能列表

函数	功能
void setKp(float value)	设置巡线灵敏度，灵敏度是用于调节巡线响应速度，值越大巡线时转弯越灵敏
uint8_t getStudyTypes(void)	获取RGB传感器学习状态，0-未学习，1-正在学习背景色，2-正在学习赛道色
int16_t getPositionOffset(void)	获取传感器偏离赛道的位置偏移量，输出值为巡线灵敏度Kp与4个传感器融合算法模拟量的乘积，范围-512 \~512，大于0时表示线的位置偏向RGB4一侧，值越大偏离度越高；小于0时表示线的位置偏向RGB1一侧，负值越大偏离越大。 换而言之，当传感器的RGB探头一侧朝向前进方向安装时，偏移量是正数表示传感器偏向线的左侧；偏移量是负数表示传感器偏向线的右侧。
uint8_t getPositionState(void)	如图所示，用bit0~bit3分别代表从左至右四个RGB探头RGB4，RGB3，RGB2，RGB1。 用‘1’代表检测到背景（对应的LED亮起），用‘0’代表检测到线（对应的LED熄灭）。 如‘0000’代表四个探头全部检测到线（LED状态为‘灭灭灭灭’），返回值为0； ‘0111’代表从左至右四个探头分别检测到‘线’‘背景’‘背景’‘背景’（LED状态为‘灭亮亮亮’），返回值为7； ‘0011’代表从左至右四个探头分别检测到‘线’‘线’‘背景’‘背景’（LED状态为‘灭灭亮亮’），返回值为3。
uint8_t getADCValueRGB1(void) uint8_t getADCValueRGB2(void) uint8_t getADCValueRGB3(void) uint8_t getADCValueRGB4(void)	获取RGB巡线传感器各通道的ADC值，返回值为0~255
int8_t setRGBColour(uint8_t colour)	设置RGB补光灯颜色参数color设置为1--红色、2--绿色、3--蓝色；

● mBlock 3 编程

RGB巡线传感器模块支持mBlock编程环境，必须安装 RGBLineFollower 或者RGBLineFollowerAdvanced插件，如果使用180编码电机做底盘巡线则还必须安装 EnhanceEncoderOnBoard 增强型编码电机插件。

RGBLineFollower插件

RGBLineFollower提供基本的功能以方便快速实现巡线应用。

插件安装方法：
打开mBlock软件 → 扩展 → 扩展管理器→找到 RGBLineFollower 和EnhanceEncoderOnBoard 插件包 → 下载插件包即可。现在机器人模块会出现插件语句块，如下：

语句块简介：

• 接口：Port1 ~Port12
• 地址：地址1 ~ 地址4（0 ~ 3），任意端口可以和任意地址绑定，但所有语句块里面一个端口只能绑定唯一一个地址

语句块	描述
	设置巡线灵敏度，灵敏度是用于调节巡线响应速度，值越大巡线时转弯越灵敏
	获取传感器偏离赛道的位置偏移量，输出值为巡线灵敏度Kp与4个传感器融合算法模拟量的乘积，范围-512 \~512，大于0时表示线的位置偏向RGB4一侧，值越大偏离度越高；小于0时表示线的位置偏向RGB1一侧，负值越大偏离越大。 换而言之，当传感器的RGB探头一侧朝向前进方向安装时，偏移量是正数表示传感器偏向线的左侧；偏移量是负数表示传感器偏向线的右侧。
	如图所示，用bit0\~bit3分别代表从左至右四个RGB探头RGB4，RGB3，RGB2，RGB1。 用‘1’代表检测到背景（对应的LED亮起），用‘0’代表检测到线（对应的LED熄灭）。 如‘0000’代表四个探头全部检测到线（LED状态为‘灭灭灭灭’），返回值为0； ‘0111’代表从左至右四个探头分别检测到‘线’‘背景’‘背景’‘背景’（LED状态为‘灭亮亮亮’），返回值为7； ‘0011’代表从左至右四个探头分别检测到‘线’‘线’‘背景’‘背景’（LED状态为‘灭灭亮亮’），返回值为3。
	获取RGB传感器学习状态。输出值：0-未学习，1-正在学习背景色，2-正在学习赛道色

基于Auriga主控板、180编码电机做底盘的巡线例子，如下：

基于mCore主控板、TT马达做底盘的巡线例子，如下：

RGBLineFollowerAdvanced插件

RGBLineFollowerAdvanced插件提供了包括传感器探头原始返回值的更加底层的语句块，支持更加灵活的教学、应用场景。 插件安装方法：打开mBlock软件 → 扩展 → 扩展管理器 → 找到RGBLineFollowerAdvanced和EnhanceEncoderOnBoard插件包 → 下载插件包即可。现在机器人模块会出现插件语句块，如下：

语句块简介：

端口：Port1 ~Port12

传感器编号：1~4，任意端口可以和任意编号传感器绑定，每个编号对应唯一RGB巡线模块。

语句块	描述
	初始化RGB巡线传感器，绑定RGB巡线模块到要接入的端口（使用RGB巡线传感器必须先调用该初始化语句块）
	设置RGB补光灯颜色，目前暂支持设置三种颜色（红、绿、蓝）
	设置巡线灵敏度（范围0\~1），灵敏度是用于调节巡线响应速度，值越大巡线时转弯越灵敏
	获取RGB巡线传感器模块各探头采集的模拟量值（ADC值），范围为0\~255，探头下颜色越趋近黑色值就接近0，颜色越趋近白色值就接近255
	获取传感器输出的电机差速值，输出值为巡线灵敏度Kp与4个传感器融合算法模拟量的乘积，范围-512 \~512，大于0时表示线的位置偏向RGB4一侧，值越大偏离度越高，电机差速越大；小于0时表示线的位置偏向RGB1一侧，负值越大偏离越大，电机差速越大。 换而言之，当传感器的RGB探头一侧朝向前进方向安装时，偏移量是正数表示传感器偏向线的左侧；偏移量是负数表示传感器偏向线的右侧。
	如图所示，从左至右四个RGB探头RGB4，RGB3，RGB2，RGB1。 用‘1’代表检测到背景（对应的LED亮起），用‘0’代表检测到线（对应的LED熄灭）。 如‘0000’代表四个探头全部检测到线（LED状态为‘灭灭灭灭’）； ‘0111’代表从左至右四个探头分别检测到‘线’‘背景’‘背景’‘背景’（LED状态为‘灭亮亮亮’）； ‘0011’代表从左至右四个探头分别检测到‘线’‘线’‘背景’‘背景’（LED状态为‘灭灭亮亮’）。 如探头检测到的状态与设定的状态一致，返回‘真’；反之，返回‘假’。
	获取单个RGB探头当前状态，是检测到背景还是检测到线； 如探头检测到背景，返回‘真’；检测到线，返回‘假’。

基于Auriga主控板、180编码电机做底盘的默认巡线策略例程，例程为巡线遇到“十”字路口停下2秒后直线运行0.5秒继续巡线，需要预先学习，例程如下：

基于Auriga主控板、180编码电机做底盘的用户获取传感器各通道模拟值（ADC值）自行编写巡线算法的巡线例子，例程为白底黑线巡线，例程如下：

● 慧编程（mblock 5）编程

1.以Auriga为例，先添加扩展

2.添加RGB传感器扩展

3.在上传模式下使用RGB巡线传感器语句块

语句块简介：

端口：Port1 ~Port12

传感器编号：1~4，任意端口可以和任意编号传感器绑定，每个编号对应唯一RGB巡线模块。

语句块	描述
	初始化RGB巡线传感器，绑定RGB巡线模块到要接入的端口（使用RGB巡线传感器必须先调用该初始化语句块）
	设置RGB补光灯颜色，目前暂支持设置三种颜色（红、绿、蓝）
	设置巡线灵敏度（范围0\~1），灵敏度是用于调节巡线响应速度，值越大巡线时转弯越灵敏
	获取RGB巡线传感器模块各探头采集的模拟量值（ADC值），范围为0\~255，探头下颜色越趋近黑色值就接近0，颜色越趋近白色值就接近255
	获取传感器输出的电机差速值，输出值为巡线灵敏度Kp与4个传感器融合算法模拟量的乘积，范围-512 \~512，大于0时表示线的位置偏向RGB4一侧，值越大偏离度越高，电机差速越大；小于0时表示线的位置偏向RGB1一侧，负值越大偏离越大，电机差速越大。 换而言之，当传感器的RGB探头一侧朝向前进方向安装时，偏移量是正数表示传感器偏向线的左侧；偏移量是负数表示传感器偏向线的右侧。
	如图所示，从左至右四个RGB探头RGB4，RGB3，RGB2，RGB1。 用‘1’代表检测到背景（对应的LED亮起），用‘0’代表检测到线（对应的LED熄灭）。 如‘0000’代表四个探头全部检测到线（LED状态为‘灭灭灭灭’）； ‘0111’代表从左至右四个探头分别检测到‘线’‘背景’‘背景’‘背景’（LED状态为‘灭亮亮亮’）； ‘0011’代表从左至右四个探头分别检测到‘线’‘线’‘背景’‘背景’（LED状态为‘灭灭亮亮’）。 如探头检测到的状态与设定的状态一致，返回‘真’；反之，返回‘假’。
	获取单个RGB探头当前状态，是检测到背景还是检测到线； 如探头检测到背景，返回‘真’；检测到线，返回‘假’。

慧编程编程实例

下载示例程序