人工智能小车（ESP32）：利用红外测距模块GP2Y0E03实现避障小车

摘要

本文介绍使用红外测距模块GP2Y0E03实现避障小车

在前边已经介绍了两种非接触测距的办法，分别是超声波测距和激光测距，在这里，再介绍另一种常用的测距传感器——红外测距传感器。红外测距的工作原理是，利用红外信号与障碍物距离的不同反射强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到检测设备，检测设备即可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化。

本次使用的红外测距模块依然是使用的IIC总线通信协议，这个模块的测量范围是4~50厘米，用在避障小车上应该是足够了，但需要注意的是，当与被测物体距离小于4厘米时，红外模块可能会返回一个不正确的结果，因此在设计和使用这个红外测距模块的时候，要避免与被测物体的距离小于4厘米。另外需要注意的是，红外测距的一个缺点就是可能会受环境中的其他红外线的干扰，不适合阳光直射的地方，不过在室内使用的话问题不大。

下图就是这次使用的红外测距模块。

红外测距模块GP2Y0E03的特征如下：

1. 内置信号处理电路的红外LED和CMOS图像传感器
2. 测距范围：4到50厘米
3. 低电压运行：最小2.7V
4. 紧凑尺寸（16.7×11.0×5.2mm）
5. 高精度测量
6. 数字（IIC）/模拟输出类型

其引脚定义如下：

这个红外测距模块比之前的PCF8574模块要复杂一些，因此在使用IIC协议驱动红外测距仪进行测距操作时，也要复杂一些了。在GP2Y0E03内部有一系列的寄存器，这些寄存器用来保存着与外部设备相交互的数据，当外部设备需要读写某个寄存器的数据时，需要先发送该寄存器的地址，然后再接收或者发送数据。

在使用GP2Y0E03红外测距模块进行测量的时候，主要涉及到了以下几个寄存器。

最后的测量距离为：(测量结果高位*16+测量结果低位)/16/2^n

其中n为移位数量。

在这里只是列举了与读取测量结果相关的几个寄存器，如果相看更多的寄存器，请参考官方的datasheet文档。

接下来就把这个红外测距模块与ESP32开发板连接到一起，具体的连接方法如下：

下面就打开“Arduino IDE”软件，看一下读取红外测距模块测量数据的详细程序。如下所示：

#include <Wire.h>
int distance = 0; // 保存测量结果
byte high, low = 0; // 测量结果的高位和低位
int shift = 0; // 移位数量
#define ADDRESS 0x40 // 测距模块IIC地址
#define DISTANCE_REG 0x5E
#define SHIFT 0x35
void setup()
{
// 初始化
Wire.begin();
Serial.begin(115200);

delay(50);

// 读取移位寄存器的数值
Wire.beginTransmission(ADDRESS);
Wire.write(SHIFT);
Wire.endTransmission();

Wire.requestFrom(ADDRESS, 1);
while(Wire.available() == 0);
shift = Wire.read();
}
void loop()
{
// 请求2个字节的测量结果
Wire.beginTransmission(ADDRESS);
Wire.write(DISTANCE_REG);
Wire.endTransmission();

Wire.requestFrom(ADDRESS, 2);

while(Wire.available() < 2);

high = Wire.read();
low = Wire.read();

distance = (high * 16 + low)/16/(int)pow(2,shift); // 计算结果，单位厘米

Serial.print("距离是：");
Serial.print(distance);
Serial.println("厘米");

delay(50);
}

在上面的程序中，每次读取GP02Y0E03红外测距模块寄存器内的数据之前，都要先发送多要读取的寄存器的地址，然后再请求相应的数据。

编译、上传程序，运行的结果如下：

好了，关于红外测距模块就介绍到这里了，你是不是可以把读取数据的代码封装到一个函数中，然后替换之前小车的测距函数，然后用红外测距模块实现自动避障功能了呢？