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要实现这个项目，你需要一个单片机（例如STM32或Arduino），一个超声波传感器用于测量与障碍物的距离，以及两个电机驱动器来控制小车的前进和转向。这里是一个详细的步骤和伪代码描述如何设计并实现这个系统：

1. 硬件连接

将超声波传感器（如HC-SR04）连接到单片机的数字引脚。连接两个电机驱动器（如L298N）到单片机，以便控制电机正反转。为电机提供电源。

2. 软件设计

初始化超声波传感器和电机驱动器。定义三个速度等级：高速、中速和低速。使用PID控制器计算电机的速度指令。

以下是基本的软件流程：

// 定义常量

const int MAX_SPEED = 255; // 最大速度

const int MEDIUM_SPEED = MAX_SPEED / 2;

const int LOW_SPEED = MEDIUM_SPEED / 2;

// 定义变量

int distance; // 超声波测距结果

float target_speed; // PID控制器输出

int motor_speed_left, motor_speed_right; // 电机速度

void setup() {

// 初始化超声波传感器和电机驱动器

}

void loop() {

// 测量距离

distance = measureDistance();

// 根据距离调整速度

switch (distance) {

case greater than 100cm:

target_speed = MAX_SPEED;

break;

case between 50cm and 100cm:

target_speed = MEDIUM_SPEED;

break;

case less than 50cm:

target_speed = LOW_SPEED;

break;

case 10cm:

target_speed = 0;

break;

}

// PID 控制器（这里使用简单 P 控制作为例子）

float error = target_speed - currentSpeed(); // 当前速度与目标速度之差

motor_speed_left = map(error, -255, 255, -MAX_SPEED, MAX_SPEED);

motor_speed_right = map(error, -255, 255, -MAX_SPEED, MAX_SPEED);

// 更新电机速度

setMotorSpeeds(motor_speed_left, motor_speed_right);

// 自主转向（根据需要添加PID控制逻辑）

turnToAngle(target_angle); // 实现自主转向

delay(10); // 延迟执行，可根据实际情况调整

}

注意：这里的代码是C++风格的伪代码，实际编程时可能需要根据所选的单片机平台（如STM32 CubeMX、Arduino IDE）调整库函数和语法。同时，为了实现精确的转向和速度控制，可以使用更复杂的PID控制器，而不是简单的P控制器。

3. 自主导航和转向

对于进阶要求中的自主转向，你可以使用PID控制器控制小车的角度。这通常涉及将小车的左右轮速度设置为不同的值，从而产生转弯效果。具体实现取决于小车的机械结构，但基本思路是保持小车在直线上时速度一致，而在转弯时调整速度差异。

4. 测试与优化

在调试过程中，通过串口打印距离、速度和角度信息，观察小车的行为。根据测试结果调整PID参数，优化控制系统性能。对于自主转向，可能需要额外的传感器（如陀螺仪或编码器）来确定当前方向，并将其与目标方向进行比较。

最后，为了在比赛中取得最佳成绩，你需要对整个系统进行精细的调校，包括PID控制器参数、延迟时间以及电机速度设置。确保小车在各种距离下的稳定性和响应速度，以及在转向过程中的快速准确。