01｜八路灰度循迹：从数字量到横向偏差

灰度循迹的第一步不是 PID，而是把多个离散传感器状态转换成连续的位置偏差。只有偏差方向和大小可信，后面的方向环才有正确输入。

本文以 Tracker.c 的八路算法为例。该文件目前标注为“备用未调用”，因此本文侧重解释算法和接入方法，不把它描述成已经运行的车辆功能。

本篇目标与可观察结果

目标是把八个离散 GPIO 状态转换成一个连续横向偏差。串口或 OLED 至少应能观察八路 0/1 状态、有效通道数、偏差值和 line_detected。

八路数字灰度 → 通道位置映射 → 有效位置平均
             → 偏差值 + 是否检测到线

八路输入如何组织

Tracker_Read() 接收状态数组和偏差输出指针。函数先检查空指针，再读取八个数字输入。

代码把左侧三路映射为 -3、-2、-1，中间两路映射为 0，右侧三路映射为 1、2、3。这是一套无量纲传感器索引坐标。

中间两路都取零，意味着无论哪一路单独命中，偏差都为零。这样中心区域较宽、抗抖动更强，但无法区分线落在中间偏左还是偏右。

加权质心原理

若多路同时有效，代码对所有有效通道的位置求平均：

offset = Σ(state[i] × position[i]) / Σstate[i]

例如左侧 -2、-1 两路同时有效，偏差为 -1.5；左右对称通道同时有效，偏差会接近零。

这种算法比“只取最外侧通道”连续，但它隐含一个条件：数字传感器的物理间距近似等距。若实际排布不等距，应使用实测横坐标作为权重。

IQ 定点计算

偏差类型为 _iq，除法使用 _IQdiv()。IQmath 用定点数在没有高性能浮点单元的 MCU 上表达小数，具体小数位由全局 IQ 格式决定。

调用者必须使用同一 IQ 配置，不能把 _iq 当作普通整数直接打印或参与浮点计算。调试时可使用匹配的 IQ 转换宏显示实际数值。

源码定义了 DIS_INRERVAL = _IQ(1.5)，注释却写“1.0 cm”，并且位置计算没有使用该宏。因此当前偏差不是厘米；宏名、注释和实现之间存在不一致。

失线返回值

没有任何有效通道时，分母为零。源码不执行除法，而是返回 false。有有效通道时写入偏差并返回 true。

这比用某个特殊偏差值表示失线更可靠，因为“偏差为零”本身是正常居中状态。上层应显式保存：

bool line_detected = Tracker_Read(states, &offset);

失线后的策略属于应用层：可以减速并按最后方向搜索，也可以安全停车。Tracker.c 没有替调用者做决定。

如何接入方向环

方向环的误差可直接使用 offset，但正负号必须通过低输出测试确认：

if (Tracker_Read(states, &offset)) {
    steer = DirectionPID_Update(0, offset);
    left_command  = base_command - steer;
    right_command = base_command + steer;
} else {
    LineLost_Handle();
}

这里的三个函数是教学伪代码，接入时应替换为工程中的真实接口。若车辆向左偏时控制量让它继续左转，需要交换误差符号或左右差速方向。

输入极性与硬件边界

源码通过 GPIO 电平形成 0/1 状态，但传感器型号、比较器门限、黑线/白底对应电平和供电电压仍需在实际硬件上确认。

因此不能断言 1 一定代表黑线。接入前应逐路遮挡或压线，记录原始 GPIO，确认极性后再决定是否取反。

传感器板供电、电平和输入保护必须以实际模块原理图、器件手册和主控数据手册为准。软件算法不能替代硬件核对。

常见故障与排查

现象	可能原因	排查方式
偏差始终为零	中间两路触发、输入映射错误或所有通道相互对称	同时打印八路状态
左右方向相反	权重顺序或差速符号与安装方向不一致	手动把线移到单侧观察偏差
宽线时偏差跳动	多路门限不一致、传感器高度变化	记录每路切换顺序
失线后车辆继续跑	上层忽略了 `false` 返回值	单独记录 `line_detected`
偏差被当作厘米	未进行物理坐标标定	测量通道间距并重建权重

接入真实传感器前还要确认什么

检查项	当前代码表现	接入要求
位置计算	`Tracker_Read()` 使用八路加权平均	用实际安装顺序核对权重左右方向
失线表达	无有效通道时返回 `false`	上层必须单独处理失线，不能沿用旧偏差
偏差单位	当前结果是无量纲通道坐标	需要厘米时，用实测横坐标替换权重
工程调用	文件目前标注为备用未调用	接入调度任务并记录调用周期
输入极性	代码未给出黑白电平定义	逐路实测后统一完成取反或映射

本篇总结

Tracker.c 把八路数字输入转换成 -3…3 的无量纲连续偏差。
加权质心允许多路同时命中，但依赖通道位置映射合理。
两个中心通道共用零权重，中心容差更宽，分辨率也更低。
失线应使用布尔状态表达，不能和零偏差混为一谈。
该文件目前只是备用算法，接入前还要确认输入极性、IQ 格式和真实调用接口。