💡 Сборка и программирование робота с датчиком света

 1Свет от источника
 2        ↓
 3Отражение от поверхности
 4        ↓
 5Попадание на фоторезистор
 6        ↓
 7Изменение сопротивления
 8        ↓
 9Изменение напряжения в делителе
10        ↓
11АЦП контроллера
12        ↓
13Цифровое значение (0-1023)
14        ↓
15Анализ в программе
16        ↓
17Управляющие команды моторам

1Arduino Uno → Фоторезистор
2
3+5V → Резистор 10кОм → Аналоговый вход A0 → Фоторезистор → GND
4
5Делитель напряжения:
6U_out = U_питания × (R_фото / (R_фото + R_постоянный))
7
8При ярком свете: R_фото мало → U_out мало → АЦП показывает низкие значения
9При слабом свете: R_фото велико → U_out велико → АЦП показывает высокие значения

 1АЛГОРИТМ Тест_подключения_датчика():
 2  НАЧАЛО
 3    Настроить аналоговый вход A0
 4    Настроить последовательный порт (9600 бод)
 5    
 6    ПОСТОЯННО:
 7      значение_АЦП = Прочитать_аналоговый_вход(A0)
 8      напряжение = значение_АЦП × 5.0 / 1023.0
 9      
10      Вывести("АЦП: ", значение_АЦП, " Напряжение: ", напряжение, " В")
11      
12      ЕСЛИ значение_АЦП < 200 ТО
13        Вывести(" -> ОЧЕНЬ СВЕТЛО")
14      ИНАЧЕ ЕСЛИ значение_АЦП < 500 ТО
15        Вывести(" -> СВЕТЛО")
16      ИНАЧЕ ЕСЛИ значение_АЦП < 800 ТО
17        Вывести(" -> ТЕМНОВАТО")
18      ИНАЧЕ
19        Вывести(" -> ТЕМНО")
20      КОНЕЦ ЕСЛИ
21      
22      Ждать(500 мс)
23    КОНЕЦ ПОСТОЯННО
24  КОНЕЦ
25КОНЕЦ АЛГОРИТМА

 1АЛГОРИТМ Калибровка_датчика_света():
 2  поверхности = ["черная", "темно-серая", "серая", "светло-серая", "белая"]
 3  расстояния = [5, 10, 15, 20] // мм от поверхности
 4  
 5  ДЛЯ КАЖДОГО расстояния ИЗ расстояния:
 6    Установить датчик на высоте расстояния
 7    
 8    ДЛЯ КАЖДОЙ поверхности ИЗ поверхности:
 9      Подложить образец поверхности под датчик
10      
11      // Делаем несколько измерений для точности
12      сумма = 0
13      ДЛЯ i = 1 ДО 10:
14        показание = Прочитать_АЦП(A0)
15        сумма = сумма + показание
16        Ждать(100 мс)
17      КОНЕЦ ДЛЯ
18      
19      среднее = сумма / 10
20      Записать(поверхность, расстояние, среднее)
21      Вывести(поверхность, "@", расстояние, "мм:", среднее)
22    КОНЕЦ ДЛЯ
23  КОНЕЦ ДЛЯ
24КОНЕЦ АЛГОРИТМА

1Инструкция по построению:
21. Ось X: Тип поверхности (черная, серая, белая)
32. Ось Y: Показания АЦП (0-1023)
43. Нанести точки для каждой поверхности
54. Соединить точки плавной кривой
65. Подписать оси и дать название графику

1Инструкция по построению:
21. Ось X: Расстояние до поверхности (мм)
32. Ось Y: Показания АЦП
43. Построить отдельные кривые для черной и белой поверхности
54. Добавить легенду
65. Сделать выводы о влиянии расстояния

1Цель: Связать показания АЦП с коэффициентом отражения
21. Ось X: Показания АЦП
32. Ось Y: Коэффициент отражения (%)
43. Черная = 5%, Серая = 50%, Белая = 80%
54. Найти уравнение линейной зависимости
65. Использовать для преобразования данных

 1АЛГОРИТМ Расчет_порогов():
 2  черная_поверхность = Среднее_значение_для_черной
 3  белая_поверхность = Среднее_значение_для_белой
 4  
 5  // Основной порог - посередине между черным и белым
 6  основной_порог = (черная_поверхность + белая_поверхность) / 2
 7  
 8  // Пороги с гистерезисом для стабильности
 9  порог_включения = основной_порог + 20
10  порог_выключения = основной_порог - 20
11  
12  Вывести("Основной порог:", основной_порог)
13  Вывести("Порог включения:", порог_включения)
14  Вывести("Порог выключения:", порог_выключения)
15  
16  // Проверка качества разделения
17  разность = белая_поверхность - черная_поверхность
18  контрастность = разность / белая_поверхность × 100
19  
20  ЕСЛИ контрастность > 50 ТО
21    Вывести("Отличная контрастность:", контрастность, "%")
22  ИНАЧЕ ЕСЛИ контрастность > 25 ТО
23    Вывести("Хорошая контрастность:", контрастность, "%")
24  ИНАЧЕ
25    Вывести("ВНИМАНИЕ: Низкая контрастность:", контрастность, "%")
26    Вывести("Рекомендуется улучшить освещение или настройку")
27  КОНЕЦ ЕСЛИ
28КОНЕЦ АЛГОРИТМА

 1ФУНКЦИЯ Калиброванное_чтение_света():
 2  сырое_значение = Прочитать_АЦП(A0)
 3  
 4  // Преобразование в проценты отражения
 5  коэффициент_отражения = (сырое_значение - минимум) / (максимум - минимум) × 100
 6  
 7  // Сглаживание показаний
 8  статический фильтр[5] = [0, 0, 0, 0, 0]
 9  статический индекс = 0
10  
11  фильтр[индекс] = коэффициент_отражения
12  индекс = (индекс + 1) % 5
13  
14  сумма = 0
15  ДЛЯ i = 0 ДО 4:
16    сумма += фильтр[i]
17  КОНЕЦ ДЛЯ
18  
19  сглаженное_значение = сумма / 5
20  ВОЗВРАТ сглаженное_значение
21КОНЕЦ ФУНКЦИИ

 1АЛГОРИТМ Различение_поверхностей():
 2  КОНСТАНТЫ:
 3    ПОРОГ_ЧЕРНО_БЕЛЫЙ = 400  // Из калибровки
 4    
 5  ПОСТОЯННО:
 6    показание = Прочитать_датчик_света()
 7    
 8    ЕСЛИ показание < ПОРОГ_ЧЕРНО_БЕЛЫЙ ТО
 9      Вывести("Черная поверхность")
10      // Включить красный светодиод
11      Установить_цвет_светодиода(КРАСНЫЙ)
12    ИНАЧЕ
13      Вывести("Белая поверхность")
14      // Включить зеленый светодиод
15      Установить_цвет_светодиода(ЗЕЛЕНЫЙ)
16    КОНЕЦ ЕСЛИ
17    
18    Ждать(200 мс)
19  КОНЕЦ ПОСТОЯННО
20КОНЕЦ АЛГОРИТМА

 1АЛГОРИТМ Следование_по_линии_один_датчик():
 2  КОНСТАНТЫ:
 3    ПОРОГ_ЛИНИИ = 400
 4    СКОРОСТЬ_ПРЯМО = 150
 5    СКОРОСТЬ_ПОИСКА = 100
 6    
 7  ПЕРЕМЕННЫЕ:
 8    направление_поиска = ПРАВО
 9    время_на_линии = 0
10    
11  ПОСТОЯННО:
12    показание = Прочитать_датчик_света()
13    
14    ЕСЛИ показание < ПОРОГ_ЛИНИИ ТО
15      // Датчик на линии
16      Двигаться_прямо(СКОРОСТЬ_ПРЯМО)
17      время_на_линии = Получить_время()
18      Вывести("На линии")
19      
20    ИНАЧЕ
21      // Линия потеряна - ищем
22      Поиск_линии()
23    КОНЕЦ ЕСЛИ
24    
25    Ждать(50 мс)
26  КОНЕЦ ПОСТОЯННО
27  
28ФУНКЦИЯ Поиск_линии():
29  время_поиска = Получить_время() - время_на_линии
30  
31  ЕСЛИ время_поиска < 500 ТО
32    // Недавно потеряли линию - ищем в последнем направлении
33    ЕСЛИ направление_поиска = ПРАВО ТО
34      Повернуть_направо(СКОРОСТЬ_ПОИСКА)
35    ИНАЧЕ
36      Повернуть_налево(СКОРОСТЬ_ПОИСКА)
37    КОНЕЦ ЕСЛИ
38  ИНАЧЕ
39    // Долго ищем - меняем направление
40    направление_поиска = ЕСЛИ направление_поиска = ПРАВО ТО ЛЕВО ИНАЧЕ ПРАВО
41    Вывести("Меняю направление поиска")
42  КОНЕЦ ЕСЛИ
43КОНЕЦ ФУНКЦИИ

 1АЛГОРИТМ Движение_к_свету():
 2  КОНСТАНТЫ:
 3    ПОРОГ_ДОСТИЖЕНИЯ = 800  // Очень яркий свет
 4    СКОРОСТЬ_ПОИСКА = 120
 5    УГОЛ_ПОИСКА = 30  // градусов
 6    
 7  ПЕРЕМЕННЫЕ:
 8    максимальный_свет = 0
 9    лучшее_направление = 0
10    
11  ПОСТОЯННО:
12    текущий_свет = Прочитать_датчик_света()
13    
14    ЕСЛИ текущий_свет > ПОРОГ_ДОСТИЖЕНИЯ ТО
15      Вывести("Источник света найден!")
16      Остановиться()
17      Мигать_светодиодами(3)
18      Ждать(2000 мс)
19    ИНАЧЕ
20      Поиск_направления_света()
21      Двигаться_к_свету()
22    КОНЕЦ ЕСЛИ
23    
24    Ждать(100 мс)
25  КОНЕЦ ПОСТОЯННО
26  
27ФУНКЦИЯ Поиск_направления_света():
28  максимальный_свет = 0
29  лучшее_направление = 0
30  
31  ДЛЯ угол = 0 ДО 360 ШАГ УГОЛ_ПОИСКА:
32    Повернуть_на_угол(УГОЛ_ПОИСКА)
33    Ждать(200 мс)  // Время стабилизации
34    
35    свет = Прочитать_датчик_света()
36    ЕСЛИ свет > максимальный_свет ТО
37      максимальный_свет = свет
38      лучшее_направление = угол
39    КОНЕЦ ЕСЛИ
40  КОНЕЦ ДЛЯ
41  
42  // Поворачиваемся к самому яркому направлению
43  Повернуть_на_угол(лучшее_направление)
44  Вывести("Лучшее направление:", лучшее_направление, "°, свет:", максимальный_свет)
45КОНЕЦ ФУНКЦИИ
46
47ФУНКЦИЯ Двигаться_к_свету():
48  начальный_свет = Прочитать_датчик_света()
49  Двигаться_вперед(СКОРОСТЬ_ПОИСКА)
50  Ждать(500 мс)
51  
52  новый_свет = Прочитать_датчик_света()
53  
54  ЕСЛИ новый_свет <= начальный_свет ТО
55    // Свет не стал ярче - неправильное направление
56    Вывести("Свет не улучшился, ищу заново")
57    Остановиться()
58    Поиск_направления_света()
59  КОНЕЦ ЕСЛИ
60КОНЕЦ ФУНКЦИИ

 1АЛГОРИТМ Умный_фотоследователь():
 2  ПЕРЕМЕННЫЕ:
 3    режим = ПОИСК  // ПОИСК, СЛЕДОВАНИЕ, ДОСТИЖЕНИЕ
 4    история_света[10]
 5    индекс_истории = 0
 6    среднее_освещение = 0
 7    
 8  ПОСТОЯННО:
 9    текущий_свет = Прочитать_датчик_света()
10    Обновить_историю(текущий_свет)
11    
12    ВЫБОР режим:
13      СЛУЧАЙ ПОИСК:
14        Режим_поиска()
15        
16      СЛУЧАЙ СЛЕДОВАНИЕ:
17        Режим_следования()
18        
19      СЛУЧАЙ ДОСТИЖЕНИЕ:
20        Режим_достижения()
21    КОНЕЦ ВЫБОРА
22    
23    Анализ_тенденций()
24    Ждать(100 мс)
25  КОНЕЦ ПОСТОЯННО
26  
27ФУНКЦИЯ Обновить_историю(новое_значение):
28  история_света[индекс_истории] = новое_значение
29  индекс_истории = (индекс_истории + 1) % 10
30  
31  сумма = 0
32  ДЛЯ i = 0 ДО 9:
33    сумма += история_света[i]
34  КОНЕЦ ДЛЯ
35  среднее_освещение = сумма / 10
36КОНЕЦ ФУНКЦИИ
37
38ФУНКЦИЯ Анализ_тенденций():
39  первая_половина = Среднее(история_света[0..4])
40  вторая_половина = Среднее(история_света[5..9])
41  тенденция = вторая_половина - первая_половина
42  
43  ЕСЛИ тенденция > 20 ТО
44    Вывести("Свет усиливается - продолжаю в том же направлении")
45    ЕСЛИ режим = ПОИСК ТО режим = СЛЕДОВАНИЕ КОНЕЦ ЕСЛИ
46    
47  ИНАЧЕ ЕСЛИ тенденция < -20 ТО
48    Вывести("Свет ослабевает - меняю стратегию")
49    режим = ПОИСК
50    
51  ИНАЧЕ
52    Вывести("Стабильное освещение")
53    ЕСЛИ среднее_освещение > 700 ТО
54      режим = ДОСТИЖЕНИЕ
55    КОНЕЦ ЕСЛИ
56  КОНЕЦ ЕСЛИ
57КОНЕЦ ФУНКЦИИ
58
59ФУНКЦИЯ Режим_поиска():
60  // Спиральное движение для поиска источника
61  Двигаться_по_спирали()
62КОНЕЦ ФУНКЦИИ
63
64ФУНКЦИЯ Режим_следования():
65  // Прямое движение к усиливающемуся свету
66  Двигаться_вперед(200)
67КОНЕЦ ФУНКЦИИ
68
69ФУНКЦИЯ Режим_достижения():
70  // Точное позиционирование у источника
71  Остановиться()
72  Сигнал_достижения()
73КОНЕЦ ФУНКЦИИ

 1ПРОГРАММА Отладка_датчика_света():
 2  ПЕРЕМЕННАЯ режим_отладки = ИСТИНА
 3  
 4  ФУНКЦИЯ Отладочный_вывод():
 5    ЕСЛИ режим_отладки ТО
 6      свет = Прочитать_датчик_света()
 7      напряжение = свет × 5.0 / 1023.0
 8      
 9      Вывести("=== ОТЛАДКА ===")
10      Вывести("АЦП:", свет)
11      Вывести("Напряжение:", напряжение, "В")
12      
13      ЕСЛИ свет < 200 ТО
14        состояние = "ОЧЕНЬ СВЕТЛО"
15      ИНАЧЕ ЕСЛИ свет < 400 ТО
16        состояние = "СВЕТЛО"
17      ИНАЧЕ ЕСЛИ свет < 600 ТО
18        состояние = "СРЕДНЕ"
19      ИНАЧЕ ЕСЛИ свет < 800 ТО
20        состояние = "ТЕМНО"
21      ИНАЧЕ
22        состояние = "ОЧЕНЬ ТЕМНО"
23      КОНЕЦ ЕСЛИ
24      
25      Вывести("Состояние:", состояние)
26      Вывести("Время:", Получить_время_мс(), "мс")
27      Вывести("===============")
28    КОНЕЦ ЕСЛИ
29  КОНЕЦ ФУНКЦИИ
30КОНЕЦ ПРОГРАММЫ

1Характеристики:
2- Длина: 2 метра
3- Ширина линии: 20 мм
4- Материал: черная изолента на белой бумаге
5- Повороты: только плавные радиусом > 30 см
6- Препятствия: отсутствуют

1Характеристики:
2- Длина: 3 метра
3- Ширина линии: 15 мм
4- Повороты: радиус 20-30 см
5- Особенности: S-образные изгибы
6- Цветовые метки: красные круги для остановки

1Характеристики:
2- Длина: 4 метра
3- Ширина линии: 10 мм
4- Острые углы: 90° повороты
5- Препятствия: разрывы линии 2-3 см
6- Развилки: T-образные пересечения

 1ПРОЦЕДУРА Тест_калибровки():
 2  образцы = ["черная бумага", "серый картон", "белая бумага"]
 3  
 4  ДЛЯ КАЖДОГО образца ИЗ образцы:
 5    Поднести образец к датчику
 6    показание = Прочитать_датчик()
 7    ожидаемое = Получить_эталонное_значение(образец)
 8    
 9    погрешность = АБС(показание - ожидаемое) / ожидаемое × 100
10    
11    Вывести(образец, ": ", показание, " (ожидаемое:", ожидаемое, ")")
12    Вывести("Погрешность:", погрешность, "%")
13    
14    ЕСЛИ погрешность < 10 ТО
15      Вывести("✅ ОТЛИЧНО")
16    ИНАЧЕ ЕСЛИ погрешность < 20 ТО
17      Вывести("✅ ХОРОШО")
18    ИНАЧЕ
19      Вывести("❌ ТРЕБУЕТ ДОРАБОТКИ")
20    КОНЕЦ ЕСЛИ
21  КОНЕЦ ДЛЯ
22КОНЕЦ ПРОЦЕДУРЫ

 1ПРОЦЕДУРА Тест_стабильности():
 2  Вывести("Тест стабильности показаний (30 секунд)")
 3  
 4  массив измерения[60]  // 2 измерения в секунду
 5  
 6  ДЛЯ i = 0 ДО 59:
 7    измерения[i] = Прочитать_датчик()
 8    Ждать(500 мс)
 9  КОНЕЦ ДЛЯ
10  
11  среднее = Вычислить_среднее(измерения)
12  стандартное_отклонение = Вычислить_СКО(измерения, среднее)
13  
14  Вывести("Среднее значение:", среднее)
15  Вывести("Стандартное отклонение:", стандартное_отклонение)
16  
17  стабильность = (1 - стандартное_отклонение / среднее) × 100
18  Вывести("Стабильность:", стабильность, "%")
19КОНЕЦ ПРОЦЕДУРЫ

 1ПРОЦЕДУРА Тест_следования_по_линии():
 2  контрольные_точки = 5
 3  пройденные_точки = 0
 4  время_старта = Получить_время()
 5  
 6  Запустить_программу_следования()
 7  
 8  ДЛЯ точка = 1 ДО контрольные_точки:
 9    Ждать_достижения_контрольной_точки(точка)
10    
11    ЕСЛИ Робот_на_правильном_пути() ТО
12      пройденные_точки++
13      Вывести("Контрольная точка", точка, "пройдена ✅")
14    ИНАЧЕ
15      Вывести("Робот сбился с пути на точке", точка, "❌")
16      ВЫХОД ИЗ ЦИКЛА
17    КОНЕЦ ЕСЛИ
18  КОНЕЦ ДЛЯ
19  
20  время_финиша = Получить_время()
21  общее_время = время_финиша - время_старта
22  
23  успешность = пройденные_точки / контрольные_точки × 100
24  
25  Вывести("Результат теста:")
26  Вывести("Пройдено точек:", пройденные_точки, "/", контрольные_точки)
27  Вывести("Время:", общее_время, "секунд")
28  Вывести("Успешность:", успешность, "%")
29КОНЕЦ ПРОЦЕДУРЫ

1Итоговый_балл = (Калибровка × 0.25) + 
2                (Стабильность × 0.25) + 
3                (Следование × 0.3) + 
4                (Скорость × 0.2)
5
6Где каждый компонент оценивается от 2 до 5 баллов.

11. Улучшить освещение рабочей зоны
22. Пересделать калибровку в текущих условиях
33. Приблизить датчик к поверхности (5-10 мм)
44. Проверить контрастность материалов

11. Экранировать датчик от боковой засветки
22. Добавить программную фильтрацию
33. Улучшить механическое крепление
44. Использовать экранированные провода

11. Снизить скорость на поворотах
22. Улучшить алгоритм предсказания поворотов
33. Увеличить частоту чтения датчика
44. Добавить алгоритм поиска потерянной линии

 1ФУНКЦИЯ Оценка_выступления():
 2  базовые_баллы = ЕСЛИ финиш_достигнут ТО 100 ИНАЧЕ 0
 3  
 4  // Бонусы за скорость
 5  бонус_скорости = МАХ(0, (60 - время_секунды) × 2)
 6  
 7  // Штрафы за ошибки
 8  штраф_съезды = количество_съездов × 10
 9  штраф_остановки = количество_остановок × 5
10  
11  // Бонусы за технику
12  бонус_плавность = ЕСЛИ плавное_движение ТО 20 ИНАЧЕ 0
13  бонус_стабильность = ЕСЛИ без_колебаний ТО 15 ИНАЧЕ 0
14  
15  итоговый_балл = базовые_баллы + бонус_скорости + бонус_плавность + 
16                  бонус_стабильность - штраф_съезды - штраф_остановки
17  
18  ВОЗВРАТ МАХ(0, итоговый_балл)  // Не может быть отрицательным
19КОНЕЦ ФУНКЦИИ

1Характеристики:
2- Низкая скорость, высокая точность
3- Много времени на калибровку
4- Сложные алгоритмы стабилизации
5- Минимум ошибок
6
7Результат: высокие баллы за технику, средние за скорость

1Характеристики:
2- Максимальная скорость движения
3- Простые, быстрые алгоритмы
4- Агрессивное прохождение поворотов
5- Риск потери линии
6
7Результат: высокие баллы за скорость, риск штрафов

1Характеристики:
2- Средняя скорость с адаптацией
3- Качественная калибровка
4- Алгоритмы самокоррекции
5- Стабильные результаты
6
7Результат: стабильно высокие баллы по всем критериям