Nicht fernsteuern, sondern einfach zuschauen...

Es macht besonderes viel Spaß, einem selbstfahrenden Spielzeugauto zuzuschauen,
wie es durch die Gegend tourt und dabei jedem Hindernis ausweicht.
Besonders dann, wenn man die Logik dafür selbst programmiert hat
und mit den einzelnen Tücken und Macken zu kämpfen hat.

Die technische Umsetzung wurde wieder mittels eines programmierbaren
Arduino-Mikrocontrollers und einem Bausatz von 'elegoo' gestaltet.

Von 'Elegoo' gibt es für ca. 40€ einen Bausatz mit allen mechanischen und
elektrischen Bauteilen, um damit ein 4-rädriges Auto zu montieren, das mit
einem Mikrocontroller steuerbar ist. Die dazu benötigte Software gibt es in
einer Grundversion im Internet zum Download. Man kann diese Software anschließend
also beliebig abändern, um dem Fahrzeug spezielle Fähigkeiten zu verleihen.

Die Besonderheit an diesem Auto ist, dass es mehrere Techniken für die Sensorik
verwendet. Zentral dient zur Hinderniserkennung eine Ultraschall-Einheit, die
schwenkbar auf einem Servo angebracht ist und nach einem Stopp nach beiden Seiten
gedreht wird, um den optimalen Weg zum Weiterfahren zu ermitteln.

Normale Infrarot-Sensoren unterstützen die Kollisionsvermeidung zusätzlich, ebenso
wie rein mechanische Kontaktfühler. Praktisch alles ist möglich und wird nur durch
den Ideenreichtum des Bastlers begrenzt...

Das ist mein aktueller Auto-Sketch:

// Ausgangsversion: www.elegoo.com // eigene Anpassungen // 23.09.2016 // 16.01.2019 V1.55 // 06.07.2020 V1.56 zusätzliche zwei seitliche optische Objekt-Sensoren // 07.07.2020 V1.57 Verwirrung: die neu hinzugefügten optischen Sensoren reagieren gegensinnig!?! // 09.07.2020 V1.58 geeignete Drehung bei Signal eines optischen Seiten-Sensors // dadurch bessere Kontrolle auf korrekte Sensor-Justierungen // 15.07.2025 V1.60 minor changes #include <Servo.h> // Servo-Library Servo myservo; // Servo-Objekt anlegen int analogPin = 0; // an A0 messen wir die Akkuspannung int spannung = 0; // Variable zur Auswertung der Spannungsmessung int Echo = A4; int Trig = A5; int in1 = 6; int in2 = 7; int in3 = 8; int in4 = 9; int obj_det_li = 10; // die beiden optischen Obejektdetektoren (li/re) ACHTUNG! Sie reagieren seltsamerweise gegensinnig!!! int sensor_li; int obj_det_re = 2; int sensor_re; int obj_det; // Auswertungsvariable für die optischen Objektsensoren int LED_li = 12; // Warnleuchten der Objekt-Sensoren (li/re) int LED_re = 4; int LED = LED_BUILTIN; // interne Arduino-Aktions-LED long Umin = 800; // minimal erlaubte Akkuspannung volatile long RUN = 5000; // max. Laufzeit als 'nicht flüchtige' (für den Interrupt) Variable bis zu einem Richtungswechsel vorbelegen int ENA = 5; // Enable-Pin Motoren 1 (PWM) int ENB = 11; // Enable-Pin Motoren 2 (PWM) long WND = 300; // Wendezeit; soll nicht immer gleich sein! int SPDmin = 80; // minimaler Speed (Anfahr-Power) int SPD = 100; // Speed-Wert für den Start int SPDmax = 220; // maximaler Speed int SPD_step; // Stufenzähler für Speed-Erhöhung int rightDistance = 0, leftDistance = 0, middleDistance = 0; // Abstands-Werte int zwi; #define send ; // Schalter für 'Seriellen Monitor' // ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ void _mStop() // Motoren stoppen und Laufsignal (RUN) / Speed (SPD) löschen { if (SPD > 0) // BREMSEN entsprechend der aktuellen Geschwindigkeit { _mBack(); // Rückwärtsgang aktivieren _mGo(); // Motoren aktivieren, damit das Fzg möglichst schnell zum Stehen kommt delay(130); // Dauer des kurzen Bremsvorganges } digitalWrite(ENA,LOW); // Motoren stoppen ... digitalWrite(ENB,LOW); RUN = 0; SPD = 0; // Speed auf NULL setzen } // ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ void _mGo() // Motoren aktivieren mit Speed (SPD) { analogWrite(ENA,SPD); analogWrite(ENB,SPD); } // ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ void _mForward() // Vorwärtsgang einlegen { digitalWrite(in1,HIGH); digitalWrite(in2,LOW); digitalWrite(in3,LOW); digitalWrite(in4,HIGH); } // ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ void _mBack() // Rückwärtsgang einlegen { digitalWrite(in1,LOW); digitalWrite(in2,HIGH); digitalWrite(in3,HIGH); digitalWrite(in4,LOW); } // ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ void _mleft() // Motoren gegensinnig für Linksdrehung einstellen { digitalWrite(in1,HIGH); digitalWrite(in2,LOW); digitalWrite(in3,HIGH); digitalWrite(in4,LOW); } // ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ void _mright() // Motoren gegensinnig für Rechtsdrehung einstellen { digitalWrite(in1,LOW); digitalWrite(in2,HIGH); digitalWrite(in3,LOW); digitalWrite(in4,HIGH); } // ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ // Funktion für die Ultraschall-Entfernungsmessung int Distance() { digitalWrite(Trig, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(Trig, HIGH); delayMicroseconds(20); digitalWrite(Trig, LOW); float Fdistance = pulseIn(Echo, HIGH); Fdistance = Fdistance / 58; return (int)Fdistance; } // ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ void turn_away() // zur 'günstigeren' Seite drehen, zufällig weit { WND = random(600) + 100; // Wendedauer (WND) auf zufälligen Wert setzen (100..500msec) SPD = 200; // Geschwindigkeit vorsichtig für die erforderlichen Ausweichmanöver _mBack(); // Rückwärtsgang _mGo(); // los... delay(200); // Dauer des Zurückstoßens _mStop(); // 1. Messung (rechte Seite) myservo.write(20); // Ultraschall-Sensor nach rechts schwenken delay(600); // Servobewegung kurz abwarten rightDistance = Distance(); // Rechter Freiraum...? // 2. Messung (linke Seite) myservo.write(160); // US-Sensor nach links schwenken delay(600); // Servobewegung kurz abwarten leftDistance = Distance(); // Linker Freiraum...? // Servo wieder in die Mitte stellen (sieht besser aus) myservo.write(100); // Sensor wieder in die Mitte ausrichten delay(300); // Servobewegung kurz abwarten if ((rightDistance <= 20) && (leftDistance <= 20)) // ist es auf beiden Seiten wesentlich zu eng? { delay(2000); // lange Pause... _mBack(); // Rückwärtsgang SPD = SPDmin; // Geschwindigkeit beginnt wieder bei Minimum _mGo(); // los... delay(200); // Dauer des Manövers _mForward(); // Vorwärtsgang ... RUN = 0; // ... aber nicht weiterfahren - Abstände neu checken } else {// Auswertung: in welcher Richtung ist mehr Platz für die Weiterfahrt? if (rightDistance > leftDistance) // rechts? { _mright(); // nach rechts wenden } else if (rightDistance < leftDistance) // ist links mehr Platz? { _mleft(); // nach links wenden } _mGo(); // los... delay(WND); // (zufällige) Dauer des Manövers } _mStop(); SPD = SPDmin; // Geschwindigkeit beginnt wieder bei Minimum RUN = random(8000)+2000; // Laufzeitzähler RUN wieder neu starten _mForward(); // wir können (wieder) anfahren ... } // ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ void hindernis() { _mStop(); // Motoren stoppen turn_away(); // Welche Drehung ist besser? } // ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ void setup() { myservo.attach(3); // Servo-Ansteuerung erfolgt über Pin 3 myservo.write(100); // Servo sauber in die Mitte positionieren #ifdef send Serial.begin(9600); // Bildschirmanzeige starten #endif // alle Ports konfigurieren pinMode(Echo,INPUT); pinMode(Trig,OUTPUT); pinMode(in1, OUTPUT); pinMode(in2, OUTPUT); pinMode(in3, OUTPUT); pinMode(in4, OUTPUT); pinMode(ENA, OUTPUT); pinMode(ENB, OUTPUT); pinMode(LED, OUTPUT); pinMode(obj_det_li,INPUT); pinMode(obj_det_re,INPUT); pinMode(LED_li,OUTPUT); pinMode(LED_re,OUTPUT); for (int j=1; j<=25; j++) // Lichtsignal geben; gleichzeitiges Blinken { digitalWrite(LED_li,HIGH); digitalWrite(LED_re,HIGH); delay(30); digitalWrite(LED_li,LOW); digitalWrite(LED_re,LOW); delay(30); } digitalWrite(LED_li,HIGH); digitalWrite(LED_re,HIGH); _mForward(); _mGo(); } // ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ // Hauptprogramm // *************************************************** void loop() { sensor_re = digitalRead(obj_det_re); // Seitensensoren auslesen sensor_li = digitalRead(obj_det_li); // Der Roboter könnte sich irgendwo ungünstig ohne Sensormeldung verhakt haben, // daher in unregelmäßigen Abständen auch ohne wahrgenommenes Hindernis stoppen (RUN < 1) if (RUN < 1) { #ifdef send Serial.print("RUN-Zähler:"); Serial.println(RUN); #endif hindernis(); // aus der (denkbaren) Blockade-Situation befreien } else if ((sensor_re < 1) || (sensor_li < 1)) // *** die gegensinnigen Signale ergeben addiert 1, solange kein Hindernis erkannt wird { _mStop(); // Motoren stoppen if (sensor_li < 1) // von der Seite abwenden, in der optisch ein Hindernis erkannt wurde { digitalWrite(LED_li,LOW); delay(300); #ifdef send Serial.print("linker Sensor: "); Serial.println(sensor_li); #endif _mleft(); } else { digitalWrite(LED_re,LOW); delay(300); #ifdef send Serial.print("rechter Sensor:"); Serial.println(sensor_re); #endif _mright(); } _mGo(); // kurz Motoren starten zum Abwenden delay(300); // 300 msec _mStop(); // Motoren stoppen delay(300); hindernis(); digitalWrite(LED_re,HIGH); digitalWrite(LED_li,HIGH); } else // wir sind noch unterwegs... { middleDistance = Distance(); // nach vorne aktuelle Entfernung zu einem möglichen Hindernis messen if (middleDistance <= 25) // ein Hindernis wurde erkannt in weniger als 25cm !!! { hindernis(); } } // Geschwindigkeit allmählich erhöhen bis SPDmax if ((SPD < SPDmax) && (SPD > 0)) // bei Speed=0 nicht fahren - also Fahrzeug bleibt stehen !!! { SPD_step += 1; // Speed nicht in jedem Programm-Loop erhöhen if (SPD_step > 5) // nächste Speed-Erhöhung? { SPD = SPD + 1; // Beschleunigungsschritt nur bei jedem 'SPD_step'-ten LOOP (derzeit 5) SPD_step = 0; } } _mGo(); // wir können weiterfahren, Motoren aktiv halten mit aktuellem Speed SPD... // wieviel Spannung hat der Akku noch? // spannung = analogRead(analogPin); while (analogRead(analogPin) < Umin) // ist die Spannung kleiner als der minimal zulässige Wert? LEDs wechselseitig blinken lassen { digitalWrite(ENA,LOW); // Antrieb stoppen digitalWrite(ENB,LOW); #ifdef send Serial.print("Akku: "); Serial.println(analogRead(analogPin)); #endif for (int j=1; j<=5; j++) // Lichtsignal geben, wechselseitig blinken { digitalWrite(LED_re,LOW); digitalWrite(LED_li,LOW); delay(150); digitalWrite(LED_re,HIGH); digitalWrite(LED_li,HIGH); delay(300); } // spannung = analogRead(analogPin); // Messwert der Akku-Spannung aktualisieren } RUN = RUN - 1; // pro Programmrunde wird der Wert in RUN verkleinert }