【智能车】电磁组进阶之路（六）：攻克“赛道之王”——环岛七状态机完全解析
前言
如果说弯道是物理题，那环岛就是一道复杂的 逻辑题。
很多车在环岛路口像无头苍蝇一样打转，或者干脆拒不入环。本质原因是：环岛是一个 “时空干扰项” 。在入环、环内、出环的瞬间，传感器采集到的磁场信号极其相似。只用简单的
if-else是搞不定的。本文将分享一套成熟的 “七状态机” 策略，让小车清楚地知道自己每一步该干什么。
一、为什么环岛必须用状态机？
环岛难在 “信号畸变”。
在入环路口，直道磁场和环形磁场叠加，会导致信号发散甚至瞬间归零。如果你指望 PID 自动把你带进去，大概率会冲出赛道，或是世界忽略环岛。
🛠️ 状态机的作用
将环岛拆解为 7 个独立的逻辑阶段（看环 → 进环 → 跑环 → 出环）。
在每个阶段，我们不再完全依赖不稳定的 PID，而是 强制注入 人工设定好的转向补偿 (Steer_Offset)，“强行”接管 小车的动作。
二、环岛七阶段详解 (核心逻辑)
我们将环岛过程拆解为以下 7 个状态：
1. 🕵️ 阶段 0：空闲寻找 (RING_IDLE)
- 状态描述：系统的默认扫描赛道。小车在正常循迹的同时，后台静默扫描环岛特征。
- 触发条件：
- 纵向差异：左/右纵向电感差值巨大（如
rightshu - leftshu > 45）。 - 信号强度：横向信号总值足够强（防止假阳性误判）。
- 纵向差异：左/右纵向电感差值巨大（如
- ⚡ 核心动作：锁定环岛方向（左环/右环），标记
Direction_Factor。
2. 👁️ 阶段 1：发现环岛 (RING_DETECTED)
- 状态描述：刚看到环岛。此时绝对不能猛转，否则会直接撞上内侧路牙。
- ⚡ 核心动作：
给一个 微小的初始补偿 (Steer_Offset)，引导车头 微微向环岛口靠拢，调整姿态准备切入。
3. ⚠️ 阶段 2：入环引导 (RING_ENTER_GUIDE) —— [最危险时刻]
- 状态描述：车头抵达分叉口，磁场信号严重畸变甚至消失。
- 触发条件：横向信号剧变或纵向信号瞬间归零。
- ⚡ 核心动作：强制“强攻”！
彻底丢掉 PID 的控制权，直接给一个 较大的强制转向增益（如Steer_Offset = -10），把车头硬生生 “拽” 进环里。
4. 🔄 阶段 3：环内循迹 (RING_INSIDE)
- 状态描述：进来了！此时车身已回正。
- ⚡ 核心动作：
- 清除补偿：恢复正常 PID 跑线。
- 开启雷达：死盯着 出口特征（对应侧纵向电感再次大幅抬升）。
5. 🎯 阶段 4：出口检测 (RING_EXIT_DETECT)
-
状态描述：锁定出口，准备离场。
-
⚡ 核心动作：
给一个 反向的小补偿（Reverse Offset）。🤔 为什么要反向？
以右环为例，当车来到出口时，传感器采集到的磁场信号特征 极其类似一个左转弯信号。- 风险：如果此时完全信赖 PID，车子可能会被误导向内侧猛打，或者直接冲出赛道。
- 对策：必须人为给一个 “反向力”（即反向的转向补偿），抵消掉这个错误的弯道特征，帮车头摆正。
6. ⚓ 阶段 5：出环进行时 (RING_EXITING)
- 状态描述：正在切出环岛。
- ⚡ 核心动作：
维持反向补偿（增加阻尼），强迫车身快速拉正。目的：防止车尾甩尾，或者因为信号余波再次被吸回环里。
7. ❄️ 阶段 6：完成清理 (RING_DONE)
- 状态描述：完事收工。
- ⚡ 核心动作：
- 清空所有补偿，重置标志位。
- 开启 500ms 冷却期：在这段时间内，物理屏蔽环岛判定。这是防止“二次进环”的最强保障。
三、C 代码框架参考
typedef enum {
RING_IDLE, // 0巡线
RING_DETECTED, // 1发现
RING_ENTER_GUIDE, // 2强制进入
RING_INSIDE, // 3环内
RING_EXIT_DETECT, // 4瞄准出口
RING_EXITING, // 5强行出环
RING_DONE // 6冷却
} ring_state_t;
// ---------------------------------------------------------
// ⚔️ 主逻辑（建议放在 10ms 定时中断或主循环中）
// ---------------------------------------------------------
if (Ring_Delay > 0) {
Ring_Delay--; // ⏳ 状态锁：在延时期间，状态机“冻结”，维持当前动作
// ⚠️ 注意：若中断周期为10ms，Ring_Delay设为10就是冻结0.1s
}
else if (ring_cool_down_counter > 0) {
ring_cool_down_counter--; // 出环冷却
}
else {
switch (Ring_State) {
// ---------------- [阶段 0] 寻找特征 ----------------
case RING_IDLE:
// 右环判定：右纵强于左纵(差值>45)，且横向总信号强度够(>120)
if ((rightshu_adc - leftshu_adc > 45) && (left_adc + right_adc > 120)) {
Ring_State = RING_DETECTED;
Direction_Factor = 1; // 1为右环，-1为左环
Ring_Delay = 50; // 滤震防抖
}
// (左环判定逻辑同理，省略...)
break;
// ---------------- [阶段 1] 引导段 ----------------
case RING_DETECTED:
// 动作：微微靠拢环岛内侧
Steer_Offset = -Direction_Factor * 10;
// 跳转：给予 250ms 的调整时间，然后进入下一阶段
Ring_Delay = 25;
Ring_State = RING_ENTER_GUIDE;
break;
// ---------------- [阶段 2] 强攻入环 (最关键) ----------------
case RING_ENTER_GUIDE:
// 触发：横向差剧变(跨线) OR 纵向瞬间变弱(路口中空)
if (fabsf(right_adc - left_adc) > 30 || (rightshu_adc + leftshu_adc < 30)) {
// 动作：不再信 PID，直接给死命令“拽”进去
Steer_Offset = -Direction_Factor * 15;
Ring_Delay = 30; // 盲开 300ms，利用物理惯性进环
Ring_State = RING_INSIDE;
}
break;
// ---------------- [阶段 3] 环内巡航 ----------------
case RING_INSIDE:
Steer_Offset = 0; // 恢复正常 PID
// 触发：寻找出口特征（纵向再次突增）
if ((rightshu_adc > 50) && (leftshu_adc + rightshu_adc > 70)) {
// 找到出口给反向补偿，防止冲出
Steer_Offset = -Direction_Factor * 13;
Ring_State = RING_EXIT_DETECT;
}
break;
// ---------------- [阶段 4] 瞄准出口 ----------------
case RING_EXIT_DETECT:
// 触发：横向电感恢复对称，说明对准了直道
if ((fabsf(left_adc - right_adc) < 40) && (leftshu_adc + rightshu_adc >= 60)) {
// 动作：反向打角（阻尼），防止甩尾
Steer_Offset = 3 * Direction_Factor;
Ring_Delay = 30;
Ring_State = RING_EXITING;
}
break;
// ---------------- [阶段 5] 彻底离场 ----------------
case RING_EXITING:
Steer_Offset = 3 * Direction_Factor; // 维持反向补偿
// 触发：信号变弱，说明已经远离环岛磁场
if (left_adc + right_adc < 50) {
Ring_State = RING_DONE;
}
break;
// ---------------- [阶段 6] 冷却清理 ----------------
case RING_DONE:
Steer_Offset = 0; // 清零补偿！重要！
Ring_State = RING_IDLE; // 重置状态
ring_cool_down_counter = 50; // 🔥 开启 500ms 绝对屏蔽期
break;
}
}
// ---------------------------------------------------------
// 🚀 最终执行：将补偿叠加到 PID 计算结果上
// ---------------------------------------------------------
AD_Bias += Steer_Offset;
四、实战心法：代码背后的“潜规则”
1. ⚔️ 心法一：环岛必须“强攻”
❓ 痛点：关于“盲区”的强制补偿
在进入环岛的交汇处（路口），就算以最笔直的姿态进入，磁场线也会发生严重的重叠和畸变。
- 现象：若是小车此时在抖动，信号更是乱成一锅粥。此时
AD_Bias算出来的结果往往是发散的，甚至是瞬间归零的。 - 结论：不要指望 PID 能带你跑完环岛。与其处理复杂信号，不如在检测到复杂信号时，直接给一个确定的命令。
🛠️ 调整心得
这时候强制补偿 Steer_Offset 就是让小车 “闭眼强转”。
- 调参对象：你要调的不是 PID 参数，而是这个 补偿值的大小。
💡 实战建议
- 给小了：入环“切”得不够深，容易撞到内环岛心。
- 给大了：入环直接打死方向，导致车尾甩出赛道。
- 最佳策略：建议从一个小值开始往上加，直到小车能丝滑地“滑”进环里。
- 参考值：补偿增益不是乱给的。建议输出一下正常过弯道时的
AD_Bias，环岛的Steer_Offset通常和这个值差不多。
2. ⏳ 心法二：软件定时器 (Ring_Delay) 的“滤震”
-
⚡ 信号真相
赛道上的电感信号绝非教科书里完美的曲线，而是夹杂着大量高频毛刺的“脏数据”。 -
💥 致命后果：微秒级“假动作”
如果没有状态锁定（Delay），微控制器的运算速度远快于机械结构的响应速度。- 软件层：状态机可能在几毫秒内连续跳变，瞬间完成
发现->入环->出环的逻辑闭环。 - 硬件层：舵机和电机根本来不及反应（物理惯性）。
💀 结局：
你的代码以为自己已经跑完了一整个环岛，但现实中，车子因为**“过得太快，硬件没反应过来”**，直接无视环岛冲了过去。 - 软件层：状态机可能在几毫秒内连续跳变，瞬间完成
🛠️ 调整心得：给惯性留时间
这些延时是为了给 物理惯性 留时间。
你要保证在当前状态下，小车至少运行一段距离后，再去判断下一个状态。
⚠️ 注意：如果你的车速提了，这些 Ring_Delay 记得 按比例减小，否则出环会变得“迟钝”。
3. ❄️ 心法三：“冷却期”：最简单却最有用的保护
❓ 痛点：磁场的“镜像陷阱”
很多新手会忽略一个物理事实：环岛的出口，在电磁特征上几乎就是入口的“镜像”。
- 场景复现：当你出环的那一刻，车头摆正，左右电感差值减小，横向信号增强——这组信号特征，和你刚打算进环时几乎一模一样。
- 致命后果：如果系统反应太快，刚出环 0.1秒，状态机就会惊呼：“天哪，又来一个环！”，于是车子猛地掉头，再次撞向环岛（这就是经典的“回头望月”炸机现场）。
🛠️ 解决方案：设置出环冷静期(Cool Down)
所谓的冷却期，本质上是对传感器进行**“物理禁言”。
在 RING_DONE 状态触发后的 X 毫秒内，无论传感器读到了多么像环岛的信号，代码逻辑一律无视**。
🔧 调车 Tip
如果你发现你的车总是 “多次进环” 或 “出不去环”：
- ❌ 别去调灵敏度。
- ✅ 直接把这个冷却计数器 (Cool Down) 翻倍。
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