四路红外寻迹模块与Arduino小车集成教程

四路红外寻迹小车实战指南：从零搭建高精度自动循迹系统

你有没有试过让一个小车自己沿着黑线跑？不是遥控，也不是预设路径——而是它“看”得见路，会判断、能纠偏，像模像样地转弯、直行，甚至应对S形弯道。听起来很酷？其实，这背后的核心技术并不复杂。

今天我们就来手把手实现一个基于四路红外模块的Arduino自动循迹小车。不讲空话，不堆术语，只说你能用上的干货：硬件怎么接、代码怎么写、调试有哪些坑、如何让小车跑得又稳又快。

为什么是“四路”？比两路强在哪？

很多初学者用的是单路或双路红外模块，简单便宜，但实际跑起来总感觉“抽风”：左右摇摆、过弯就飞、稍微偏离一点就失控……问题出在哪？

关键在于信息量不够。

• 单路：只能知道“有没有压线”，没法判断往哪边偏。
• 双路：勉强能分“左中右”，但中间状态模糊，控制逻辑粗糙。
• 四路：四个点采样，形成一条“感知带”。你可以清楚地知道车体相对于黑线的位置分布——是轻微左偏、严重右偏，还是刚好居中？

这就像是开车时从“盲开”升级到了“有车道辅助”。

比如：
-1 0 0 1→ 黑线在中间两路下方 → 直行
-0 0 1 1→ 黑线靠右 → 车向左偏了 → 微调右转
-0 1 1 1→ 最左边没检测到 → 明显右偏 → 快速左转
-0 0 0 0→ 全白 → 失线！启动恢复策略

四路传感器一共可以产生16 种组合状态，虽然并非全部有效，但足以构建一套精细的状态机逻辑，让小车做出更智能的反应。

核心部件解析：TCRT5000 是什么？

市面上最常见的四路红外模块，核心单元就是TCRT5000 红外对管。每个 TCRT5000 包含：

• 一颗红外发射二极管（IR LED）
• 一颗红外接收三极管（Phototransistor）

工作原理很简单：

1. IR LED 不停发射红外光；
2. 地面反射光线回到接收管；
3. 白色地面反光强 → 接收管导通 → 输出低电平（LOW）
   （注意：这是反逻辑！很多新手在这里被绕晕）
4. 黑色胶带吸光 → 反射弱 → 接收管截止 → 输出高电平（HIGH）

所以记住一句话：

输出 LOW = 检测到黑线；输出 HIGH = 当前是白地

为了把模拟信号变成清晰的数字输出，模块内部通常集成了一颗比较器芯片（如 LM339），并配有可调电位器用于灵敏度校准。每一路还带有一个LED指示灯，方便你在调试时“一眼看出”哪几路正在检测黑线。

关键参数一览（以常见模块为例）

⚠️ 提示：不要装太高！超过 2.5cm 后环境光干扰加剧，容易误判。

硬件连接：四路模块 + Arduino + 电机驱动

我们来搭一个完整的系统。所需材料如下：

• Arduino Nano 或 Uno（推荐 Nano，体积小）
• 四路红外寻迹模块（数字输出型）
• TB6612FNG 或 L298N 电机驱动模块（建议选 TB6612，效率更高、发热更低）
• 两个直流减速电机 + 万向轮
• 小车底盘（3D打印或亚克力均可）
• 锂电池组（7.4V 2S）或 9V 方块电池
• 杜邦线若干

接线图（以 TB6612FNG 为例）

🔌 电源建议分离供电：
- Arduino 使用 USB 或独立 5V 模块供电
- 电机使用锂电池直接驱动，避免电压跌落导致单片机复位

核心代码实现：状态机才是灵魂

别再写一堆if-else嵌套了！我们要用状态映射 + 分级响应的思路来设计控制逻辑。

下面是优化后的完整代码，已加入注释和防抖处理：

// 传感器引脚定义（从左到右） #define S_LEFT_OUT 2 #define S_LEFT_IN 3 #define S_RIGHT_IN 4 #define S_RIGHT_OUT 5 // 电机控制引脚 #define IN1 6 #define IN2 7 #define IN3 8 #define IN4 9 #define PWM_A 10 // 左轮速度 #define PWM_B 11 // 右轮速度 // 速度设定 #define BASE_SPEED 160 #define TURN_SPEED 100 #define SLIGHT_ADJUST 30 void setup() { Serial.begin(9600); // 设置传感器为输入 pinMode(S_LEFT_OUT, INPUT); pinMode(S_LEFT_IN, INPUT); pinMode(S_RIGHT_IN, INPUT); pinMode(S_RIGHT_OUT,INPUT); // 设置电机控制引脚 pinMode(IN1, OUTPUT); pinMode(IN2, OUTPUT); pinMode(IN3, OUTPUT); pinMode(IN4, OUTPUT); pinMode(PWM_A, OUTPUT); pinMode(PWM_B, OUTPUT); digitalWrite(13, HIGH); // 板载LED提示启动完成 } void loop() { int s1 = digitalRead(S_LEFT_OUT); int s2 = digitalRead(S_LEFT_IN); int s3 = digitalRead(S_RIGHT_IN); int s4 = digitalRead(S_RIGHT_OUT); // 打印状态便于观察（调试时打开） // Serial.print(s1); Serial.print(" "); // Serial.print(s2); Serial.print(" "); // Serial.print(s3); Serial.print(" "); // Serial.print(s4); Serial.println(); // === 核心状态判断 === if (s2 == LOW && s3 == LOW) { // 中间两路都在线上 → 居中行驶 goForward(BASE_SPEED, BASE_SPEED); } else if (s1 == LOW && s2 == LOW && s3 == HIGH) { // 极左区域触发 → 严重右偏 → 强力左转 goForward(TURN_SPEED, BASE_SPEED + 40); } else if (s3 == LOW && s4 == LOW && s2 == HIGH) { // 极右区域触发 → 严重左偏 → 强力右转 goForward(BASE_SPEED + 40, TURN_SPEED); } else if (s2 == LOW && s3 == HIGH) { // 偏左 → 右轮加速微调 goForward(BASE_SPEED, BASE_SPEED + SLIGHT_ADJUST); } else if (s3 == LOW && s2 == HIGH) { // 偏右 → 左轮加速微调 goForward(BASE_SPEED + SLIGHT_ADJUST, BASE_SPEED); } else if (s1 == LOW || s4 == LOW) { // 单侧极端触发 → 急转弯 s1 == LOW ? turnLeftHard() : turnRightHard(); } else { // 全部为 HIGH → 全白（失线） // 或全部为 LOW → 全黑（可能进入终点区或异常） handleLostLine(); } delay(15); // 控制频率约 67Hz } // --- 电机控制函数 --- void goForward(int leftSpeed, int rightSpeed) { digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW); digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW); analogWrite(PWM_A, leftSpeed); analogWrite(PWM_B, rightSpeed); } void turnLeftHard() { digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH); // 左轮反转 digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW); analogWrite(PWM_A, 100); analogWrite(PWM_B, 150); } void turnRightHard() { digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW); digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH); // 右轮反转 analogWrite(PWM_A, 150); analogWrite(PWM_B, 100); } void stopCar() { digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, LOW); digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, LOW); analogWrite(PWM_A, 0); analogWrite(PWM_B, 0); } // 失线处理策略 void handleLostLine() { static unsigned long lostTime = 0; if (lostTime == 0) lostTime = millis(); if (millis() - lostTime > 500) { // 超过半秒未找回，倒退一小段后旋转搜索 goBackward(80); delay(200); spinLeft(100); delay(400); lostTime = 0; // 重置计时 } } void goBackward(int speed) { digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH); digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH); analogWrite(PWM_A, speed); analogWrite(PWM_B, speed); } void spinLeft(int speed) { digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH); digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW); analogWrite(PWM_A, speed); analogWrite(PWM_B, speed); }

📌重点说明：

• 使用static变量记录失线时间，避免无限循环卡死
• 加入handleLostLine()恢复机制，提升鲁棒性
• 微调采用差速而非急转，减少震荡
• 控制周期控制在 15–20ms，兼顾实时性与稳定性

调试技巧：这些坑我都替你踩过了

❌ 问题1：小车像喝醉了一样左右晃

原因：控制太敏感，没有迟滞区间
✅ 解决方案：增加“稳定阈值”。例如只有连续两次读取到同一偏移状态才动作，或者引入中间态延迟响应。

❌ 问题2：白天阳光下误触发

原因：自然光中含有红外成分，干扰接收管
✅ 解决方案：
- 加装遮光罩（3D打印黑色挡板）
- 降低传感器离地高度至 0.8cm 左右
- 在程序中加入动态阈值判断（进阶可用模拟输出模式）

❌ 问题3：转弯时冲出轨道

原因：车速太快 or 反应太慢
✅ 解决方案：
- 降低基础速度测试
- 提高采样频率（去掉不必要的 delay）
- 改进算法：根据偏离程度线性调节转向力度（未来可上 PID）

✅ 成功标志：

• 在直线段平稳前行无抖动
• 遇到90°弯能顺利通过
• S弯不断线
• 失线后能在一定范围内自行找回

进阶方向：不止于“能走”

你现在有了一个稳定运行的循迹平台，接下来可以轻松扩展更多功能：

🔄 差速转向优化

目前是开关式控制，下一步可以用查表法或模糊控制实现平滑转向。例如根据偏离比例动态调整左右轮速差。

📏 加编码器做闭环

加上霍尔编码器反馈轮子转速，实现真正的速度闭环控制，避免因电池电压下降导致跑偏。

🧠 上 PID 算法

将“偏差”作为输入，“轮速差”作为输出，构建简易 PID 控制器，大幅提升循迹平滑度。

📡 接蓝牙/WiFi

通过串口连接 HC-05 蓝牙模块，手机发送指令切换模式（手动/自动）、查看状态、远程调试。

🧭 组合导航

加个 MPU6050，融合陀螺仪数据，在短暂失线时也能靠惯性维持方向。

写在最后：教育价值远超预期

这套系统看似简单，实则涵盖了嵌入式开发的几乎所有基础要素：

• 数字I/O操作
• 传感器原理理解
• 电机驱动与H桥控制
• PWM调速
• 状态机设计
• 抗干扰与容错机制
• 软硬件协同调试

它不仅是中小学生 STEM 教学的理想项目，也是大学生电子竞赛（如全国大学生智能车竞赛）的入门跳板。

更重要的是，当你亲眼看着自己写的代码驱动小车稳稳地跑完一圈又一圈，那种成就感，是真的会上瘾的。

如果你正在准备一个机器人项目、想带学生做创新实验，或者只是想找点有趣的电子DIY来做，不妨试试这个四路红外循迹小车。成本不到一百块，两天就能搞定，但它带给你的技术和思维训练，远远不止于此。

👉动手才是最好的学习方式。现在就去接好线，烧录代码，让小车动起来吧！

有什么问题欢迎留言交流，我会持续更新常见问题解答和进阶玩法。