DIY：自制红外避障小黄人“别摸我”

请自行脑补小黄人那贱贱的笑声~(实物是有声音的)

这个玩具还有个NB名字：BMW（别摸我）

本玩具诞生于芯世界、创客空间、英特尔等机构组织的极创48小时HACKATHON的比赛。并有幸获得了本次比赛的第一名，感谢之前所有支持过我们的果壳er们！！

在我们一群开发人猿的努力下，这个纯手工制作的小黄人诞生了。

制作难度：3星

制作时间：比赛时我们3-4人工作了约8小时

• Arduino Mega2560*1
• 红外传感器*3
• 舵机*2
• 扬声器*1
• LM386*1
• 导线、面包板、洞洞板*N
  

• 可乐瓶*1
• 木板*N
• A4纸*N
• 工具部分：
• 彩笔*N
• 锯条、螺丝刀、螺丝钉等常见工具
  

我们在小黄人的眼睛和双手的位置分别装了三个红外传感器（眼睛里的那个是不是毫无违和感呢，哈哈）。当人手靠近传感器时，传感器的信号会发生变化。Arduino控制器接收到这种变化后，会控制对应的舵机转动到相应的角度，保持一段时间后恢复原位。我们总共有两个舵机，分别控制小黄人的向后倒和左右闪躲。同时，Arduino控制器通过LM386芯片驱动扬声器，播放小黄人笑声的wav音频。

红外反射式传感器可以发射红外线，并检测红外线是否被反弹回来。这个传感器因为内部已经集成了放大、滤波等电路，使用起来非常方便。传感器有3个引脚，分别是电源、地和信号。经过测量，当传感器前方有遮挡物时，信号线电压变低。

直接将信号线接到Arduino的数字端口上，判断这个数字端口的值是否为0，即可判断传感器前方是否有手靠近了。

如果红外传感器的质量不太好的话（产生的信号电压不稳或者不够低），则可以将信号线连接到Arduino的模拟信号引脚上，使用Arduino的AnalogRead函数（封装好的函数用起来就是简单）就可以读出这个信号线上的电压。设置一个电压阈值，就可以判断传感器前方是否有手靠近了。

连接舵机到Arduino控制器

关于舵机的使用，DIY站的前辈写了一篇很好的文章：DIYer修炼：舵机知识扫盲

这里简单描述一下：

舵机收到一个用PWM波模拟的电压值，就会让驱动轴带动舵盘旋转到一个固定的角度。而在Arduino中，完全可以利用封装好了舵机的控制函数，命令舵机转到对应的角度即可。

下图中展示了一个舵机和一系列的舵盘。

这里使用两个舵机分别控制小黄人前后旋转和左右旋转。

结合第一步中的红外传感器，此时便已经可以实现如下功能：

当红外传感器检测到小黄人前方有手时，就命令前后舵机向后转动90度；当左方有手时，就命令左右舵机向右旋转90度；当右方有手时，就命令左右舵机向左旋转90度。

当然，控制逻辑还可以有更多花样。比如，当我使出“双峰贯耳”时，小黄人会前扑进行反击~

PS：舵机在工作时会对电源电压产生一定的干扰，因此需要接电容滤波或者是单独供电。否则会影响红外传感器的正常工作。

由于器材限制，我们采用了比较简单的音频播放方法。使用单片机的PWM波来近似播放PCM编码的单声道音频。为了操作简单（不用外接flash或者ram），我们将音频直接固化在程序中了。

这一段里我将介绍如何产生WAV音频文件、如何将音频文件固化在程序中、如何修改Arduino的PWM波产生函数的基本参数。

之前说了两次Arduino封装函数的方便，这里要来吐槽一下啦：有一些操作，在普通的单片机，包括Arduino套件所采用的AVR中实现比较简单，但是在函数高度封装后的Arduino上，处理起来略有麻烦。

• 截取：这步比较简单，我是用KMPlayer从电影中抓取了1.5s的小黄人的笑声音频。
• 转码：之后用GoldWave将其转码成WAV格式，参数选择是PCM unsigh 8-bit mono，并将其采样率降低到8KHz（语音信号的采样率的最低要求是6.8KHz，这里就先不多解释了）。8bit单声道的PCM的编码，就是用一个8bit的值表示当时的声音强弱，一秒钟8000个点，我的音频总共12000个点。因此，只要Arduino能够如实的将这12000个点的值变成电压值，去驱动喇叭，就可以发声了。
• 取值：我用ultraedit打开wav文件，在16进制的模式下能看到值，但是无法复制。最后被迫用了matlab去读取wav文件，将12000个值取了出来。如果谁会更简单的方法告诉我一下吧~
  

12000个8bit的数的大小约是12KB。Arduino的RAM大小只有8KB，而其程序Flash的大小有128KB。因此最简单的方法就是将它直接写到程序里。

在Arduino中，直接定义数组的方法是：

这样的话，数组中的内容作为变量会被要求加载到RAM，于是RAM就爆了。

固化到程序里的方法是：