从零开始做一辆会“认路”的小车：Arduino寻迹实战全记录
你有没有想过，让一个小车自己沿着黑线跑，不用遥控、也不靠人推？这听起来像是机器人比赛里的高科技项目，其实——用一块Arduino板子、几个红外传感器和电机驱动模块，我们就能亲手做出这样一台“智能”小车。
这个项目特别适合刚接触嵌入式开发的新手。它不复杂，但五脏俱全：有感知（传感器）、有大脑（主控）、有动作（电机执行），是一个典型的闭环控制系统。更重要的是，整个过程只需要1~2天，成本不过百元，却能让你真正理解“自动控制”是怎么一回事。
下面，我就带你一步步搭出来，并讲清楚每一步背后的原理和坑点。
为什么选红外传感器来“看”路？
要让小车循迹，首先得让它“看得见”地上的线。虽然现在有摄像头+AI识别的方案，但对于初学者来说，太重了——算力要求高、代码难调、成本也贵。
而红外循迹传感器，就是这个问题的“轻量级答案”。
最常见的型号是TCRT5000模块，长得不大，价格几块钱一个。它由两部分组成：
- 一个红外发射管：持续发出肉眼看不见的红外光；
- 一个光敏三极管：接收地面反射回来的光。
不同颜色对红外光的反射能力差别很大：
- 白色表面反光强 → 接收到的信号强 → 输出低电平（数字输出）
- 黑色胶带吸光强 → 反射弱 → 接收不到足够信号 → 输出高电平
🔍 小知识：很多模块上还集成了 LM393 比较器芯片，可以把模拟信号转成干净的数字信号输出（DO引脚），同时还保留原始模拟值（AO引脚）。你可以通过调节上面的电位器来设定“多暗才算黑”，非常实用。
实战建议：
- 安装高度控制在0.5~1cm之间。太高容易受环境光干扰，太低又可能蹭到地面。
- 多个传感器排成一排，比如左右各一个，或者前后四点布局，能大幅提升路径判断精度。
- 间距保持8~10mm，避免相邻传感器互相“串扰”。
- 别放在阳光直射的地方！自然光里也有红外成分，会导致误判。
Arduino Uno：你的第一块“机器人CPU”
要说谁最适合当新手项目的“大脑”，那非Arduino Uno莫属。
它基于 ATmega328P 单片机，虽然性能比不上树莓派或ESP32，但它胜在简单稳定、生态完善、资料丰富。关键是——插上USB线就能编程，连驱动都帮你打包好了。
在这个项目中，Arduino要干的事很明确：
- 不停读取左右两个红外传感器的状态；
- 判断当前车身是否偏离路线；
- 根据情况发指令给电机驱动板：前进？左转？右转？
- 控制PWM实现调速（进阶功能）
它的数字I/O口可以直接读取传感器高低电平，PWM输出又能轻松控制电机速度。6路PWM通道（D3、D5、D6、D9、D10、D11）足够应付双电机差速转向的需求。
而且最重要的一点：每个引脚最大可输出40mA电流，总电流不超过200mA—— 这意味着你不能直接用Arduino驱动电机！必须通过专用驱动模块中转。
L298N 驱动板：别小瞧这块“黑盒子”
如果你试过直接用Arduino带电机，一定会发现：一通电，板子重启、程序跑飞……原因很简单：电机启动瞬间电流大，电压波动剧烈，单片机会被“拖垮”。
所以，我们需要一个中间人——L298N电机驱动模块。
它本质是一个双H桥电路，可以独立控制两个直流电机的正反转和调速。工作电压支持5V~35V，推荐用7~12V供电，刚好匹配常见的锂电池或AA电池组。
它是怎么工作的？
想象一下H桥就像四个开关组成的“十字路口”：
| 左上 | 右上 |
|---|---|
| 电机 | |
| 左下 | 右下 |
通过控制这四个开关的开闭组合，就能改变电流方向，从而让电机正转、反转或刹车。
L298N内部就集成了这样的两套H桥结构：
- IN1/IN2 控制左边电机
- IN3/IN4 控制右边电机
- ENA/ENB 接PWM信号，用来调节速度
比如你想让左侧电机正转，就把 IN1 设为 HIGH，IN2 设为 LOW；反过来就是反转。ENA 接到 Arduino 的 PWM 引脚（如 D9），再用analogWrite(ENA, 180)就能让电机以70%的速度运行。
使用注意事项：
- 电源隔离很重要！电机供电（VIN）和逻辑供电（+5V）最好分开。虽然L298N可以对外输出5V，但负载大时不稳定，建议Arduino单独供电。
- 所有模块必须共地（GND相连），否则信号不通。
- 大电流下发热严重，务必加装散热片，不然芯片过热保护会自动停机。
动手接线：把所有部件连起来
先来看一张清晰的连接图（文字版）：
[左红外传感器] → VCC→5V, GND→GND, DO→D2 [右红外传感器] → VCC→5V, GND→GND, DO→D3 [L298N模块] - IN1 → D4 - IN2 → D5 - IN3 → D6 - IN4 → D7 - ENA → D9 （PWM） - ENB → D10 （PWM） - VCC → 外部电源正极（7.4V锂电池） - GND → 共同地线 - OUT1 → 左电机+ - OUT2 → 左电机- - OUT3 → 右电机+ - OUT4 → 右电机- Arduino Uno: - 5V → 传感器VCC - GND → 所有模块GND - D2/D3 → 传感器DO - D4~D7 → L298N的IN1~IN4 - D9/D10 → L298N的ENA/ENB📌 特别提醒：不要图省事把电机电源和Arduino接到同一个USB口！一定要用外部电源供电机，否则轻则复位，重则烧板子。
核心代码来了：让小车“学会思考”
下面是完整的Arduino程序，实现了基本的循迹逻辑：
// 定义引脚 const int leftSensor = 2; // 左侧红外传感器接D2 const int rightSensor = 3; // 右侧红外传感器接D3 const int leftMotorForward = 4; const int leftMotorBackward = 5; const int rightMotorForward = 6; const int rightMotorBackward = 7; const int enableLeft = 9; // 左电机使能脚（PWM） const int enableRight = 10; // 右电机使能脚（PWM） void setup() { // 设置传感器为输入 pinMode(leftSensor, INPUT); pinMode(rightSensor, INPUT); // 设置电机控制引脚为输出 pinMode(leftMotorForward, OUTPUT); pinMode(leftMotorBackward, OUTPUT); pinMode(rightMotorForward, OUTPUT); pinMode(rightMotorBackward, OUTPUT); pinMode(enableLeft, OUTPUT); pinMode(enableRight, OUTPUT); // 默认开启使能，速度设为最大 analogWrite(enableLeft, 200); // 0~255，这里设为约80% analogWrite(enableRight, 200); } void loop() { int leftValue = digitalRead(leftSensor); int rightValue = digitalRead(rightSensor); // 四种状态判断 if (leftValue == LOW && rightValue == LOW) { // 两轮都在白区 —— 前进 moveForward(); } else if (leftValue == HIGH && rightValue == LOW) { // 左轮压黑线 —— 右转（右轮快，左轮慢或停） turnRight(); } else if (leftValue == LOW && rightValue == HIGH) { // 右轮压黑线 —— 左转 turnLeft(); } else { // 两者都为HIGH —— 全黑，可能是出界或进入终点区域 stopMotors(); } delay(10); // 稳定采样频率 } // 电机控制函数 void moveForward() { digitalWrite(leftMotorForward, HIGH); digitalWrite(leftMotorBackward, LOW); digitalWrite(rightMotorForward, HIGH); digitalWrite(rightMotorBackward, LOW); } void turnLeft() { digitalWrite(leftMotorForward, LOW); digitalWrite(leftMotorBackward, LOW); // 左轮停止 digitalWrite(rightMotorForward, HIGH); digitalWrite(rightMotorBackward, LOW); // 右轮继续前进 } void turnRight() { digitalWrite(leftMotorForward, HIGH); digitalWrite(leftMotorBackward, LOW); // 左轮前进 digitalWrite(rightMotorForward, LOW); digitalWrite(rightMotorBackward, LOW); // 右轮停止 } void stopMotors() { digitalWrite(leftMotorForward, LOW); digitalWrite(leftMotorBackward, LOW); digitalWrite(rightMotorForward, LOW); digitalWrite(rightMotorBackward, LOW); }💡代码解析：
- 当某个传感器检测到黑线时，对应侧轮子减速或停止，另一侧继续转动，形成转向力矩。
- 使用delay(10)是为了防止采样过于频繁导致抖动，也可以改用更高级的去抖算法。
- 如果想让转弯更平滑，可以把turnLeft()改成“左轮慢速后退 + 右轮前进”，实现原地旋转效果。
常见问题与调试技巧
❌ 小车来回晃、不停抽搐？
这是最常见问题。原因通常是：
- 传感器灵敏度太高，轻微偏移就触发转向；
- 地面反光不均，比如用了亮面地板或反光胶带。
✅ 解决办法：
- 调节TCRT5000上的电位器，降低灵敏度；
- 改用哑光黑色电工胶带画线；
- 在代码中加入“多次采样取平均”或状态滤波机制。
❌ 电机不转，但灯亮？
检查：
- L298N的IN端是否接错？
- 是否忘了接ENA/ENB使能脚？
- 电机供电是否有电压？万用表测一下VIN-GND间电压。
❌ Arduino频繁重启？
典型症状是电机一动，板子就断电。说明电源系统没做好隔离。
✅ 正确做法：
- 用独立电池给L298N供电；
- Arduino用电脑USB或另一路稳压电源供电；
- 两边GND必须连在一起！
进阶思路：不止于“跟着黑线走”
一旦基础功能跑通，你会发现这个平台潜力巨大：
- 加入PID控制：根据偏离程度动态调整左右轮速，实现平滑追踪，不再“锯齿形”前进；
- 添加超声波模块（HC-SR04）：实现避障+循迹复合功能，在遇到障碍时暂停并绕行；
- 加上蓝牙模块（HC-05）：用手机APP远程切换模式，甚至手动遥控；
- 加OLED屏显示状态：实时查看传感器数据、电池电量等信息；
- 换用TB6612FNG驱动芯片：比L298N效率更高、发热更低、体积更小。
写在最后：这不是终点，而是起点
完成这辆小车的意义，远不止“让它跑起来”那么简单。
你已经掌握了：
- 如何采集外部信号（传感器输入）
- 如何进行逻辑判断（if-else 控制流）
- 如何驱动执行机构（电机输出）
- 如何处理电源管理与硬件兼容性问题
这些，正是所有机器人系统的底层逻辑：“感知 → 决策 → 执行”。
当你看着它稳稳地沿着黑线拐弯，那一刻你会明白：原来自动化，也没那么神秘。
如果你正在学嵌入式、准备参加科创比赛，或是想找一个有意义的周末项目，动手做一个Arduino寻迹小车吧。它不会让你一夜成为专家，但它会让你真正“摸到”技术的温度。
👇 如果你在搭建过程中遇到了具体问题，欢迎在评论区留言，我会尽力帮你排查。一起把这辆小车，跑得更远一点。
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
