2022电赛双车协同开源方案：从循迹到通信的实战代码剖析-代码聚汇网

2022电赛双车协同开源方案：从循迹到通信的实战代码剖析

岳占仁·2026-04-21·阅读 46 GEO检测（免费）

电赛开源代码小车控制蓝牙通信

|难度：普通|阅读约 10 分钟

1. 五路灰度循迹模块的实战配置

五路灰度传感器是双车协同系统中最重要的环境感知部件，它的工作原理就像人的手指触摸不同材质表面。当红外发射管发出的光线照射到黑色赛道时，大部分光线被吸收，接收管输出高电平；遇到白色区域则反射强烈，输出低电平。我们团队实测发现，淘宝常见的TCRT5000模块在10mm检测高度时，对3cm宽黑线的识别成功率能达到98%。

硬件连接上需要注意两个关键点：一是供电电压必须稳定在3.3V-5V之间，我们遇到过因电压波动导致的误检测问题；二是安装高度建议控制在8-15mm，太高会降低灵敏度，太低容易刮擦赛道。具体初始化代码中，GPIO_Mode_IPU（上拉输入）模式比浮空输入更稳定：

c复制void GRAY_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    // 五路传感器分别连接PA4-PA8
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

实际巡线时推荐采用加权算法处理五路数据。我们将传感器从左到右编号为0-4，定义权重数组int weights[] = {-20, -10, 0, 10, 20}。当中间传感器（2号）检测到黑线时，直接前进；当0号或4号触发时，进行急转弯修正。这种方案在1m/s速度下仍能保持稳定循迹。

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2. 蓝牙主从机通信架构设计

双车协同的核心在于可靠的无线通信。经过对比测试，HC-05蓝牙模块在10米距离内传输延迟可以控制在50ms以内，完全满足比赛要求。主从机配置有个坑要注意：必须先用AT命令将波特率统一设为9600，我们最初用的115200导致数据包丢失严重。

通信协议设计采用3字节帧结构：

字节1：固定帧头0xAA
字节2：指令类型（0x01速度指令/0x02状态查询）
字节3：数据内容
字节4：校验和（前三个字节异或值）

发送端关键代码示例：

c复制void Bluetooth_Send(u8 cmd, u8 data) {
    u8 buffer[4];
    buffer[0] = 0xAA;  // 帧头
    buffer[1] = cmd;
    buffer[2] = data;
    buffer[3] = buffer[0]^buffer[1]^buffer[2]; // 校验
    USART_SendData(USART2, buffer, 4);
}

接收端建议使用环形缓冲区+状态机解析。我们遇到过数据粘包问题，后来加入50ms的接收超时机制：如果超过时限未收到完整帧，就清空缓冲区。实测表明这种方式能有效处理20%以内的数据丢包。

3. 特殊路况识别算法

起始线识别采用"三中灰度全白"的判定条件。具体实现时要注意防抖处理——连续5次检测到中间三个传感器都输出0才确认。我们在调试中发现，小车高速通过时可能漏检，所以加入了编码器辅助判断：当行驶距离超过30cm仍未检测到起始线时强制触发。

分叉路口处理更复杂些。推荐两种方案：

外圈方案：检测到路口后维持原速前进300ms
内圈方案：检测最外侧两个灰度传感器状态变化

我们最终采用混合策略：

c复制if(Gray_Number >= 3) {  // 至少三个传感器触发
    static u8 enter_count = 0;
    enter_count++;
    if(enter_count > 5) {
        if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_4) && 
           GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8)) {
            // 最两侧传感器都触发，执行外圈策略
            Maintain_Speed(3000, 300);
        } else {
            // 执行内圈转向
            Sharp_Turn(LEFT, 90); 
        }
        enter_count = 0;
    }
}

4. 双车协同状态机实现

整个系统需要管理6个主要状态：

INIT：初始化状态
TRACE：单车循迹
SYNC：双车同步
CROSS：通过路口
FINISH：完成任务
ERROR：异常处理

状态转换示意图如下：

code复制[INIT] --初始化完成--> [TRACE] --收到同步信号--> [SYNC]
 [SYNC] --路径协调--> [CROSS] --完成通过--> [TRACE]
 [任何状态] --异常--> [ERROR]

关键实现技巧是使用枚举定义状态变量，并通过定时器每100ms更新一次状态：

c复制typedef enum {
    STATE_INIT,
    STATE_TRACE,
    STATE_SYNC,
    STATE_CROSS,
    STATE_FINISH,
    STATE_ERROR  
} SystemState;

SystemState current_state = STATE_INIT;

void TIM3_IRQHandler(void) {  // 100ms定时中断
    if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) {
        Update_System_State();
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
    }
}

在SYNC状态时，主车会通过蓝牙发送速度指令，从车需要根据指令调整PWM占空比。我们实测发现，两车保持30cm间距时，速度差应控制在±15%以内才能稳定编队。

5. 调试技巧与性能优化

示波器是调试利器。建议重点监测三个信号：

灰度传感器输出波形（检查抗干扰能力）
电机PWM波形（观察控制响应）
蓝牙模块RXD/TXD信号（确认通信质量）

PID参数整定有个小窍门：先用Ziegler-Nichols方法初步确定参数，然后在实际赛道上微调。我们最终采用的参数是：

比例系数Kp=0.8
积分时间Ti=0.05
微分时间Td=0.02

电源管理容易被忽视。建议给数字电路和电机驱动使用独立电源，或者在中间加π型滤波电路。我们在比赛现场遇到过因电机启动导致单片机复位的状况，后来在电源端并联了4700μF电容解决问题。

最后分享一个代码优化技巧：将频繁调用的函数放在RAM中执行。STM32可以通过__attribute__((section(".ramfunc")))实现，这样能让关键控制循环的执行时间缩短20%以上。