Arduino машинка на управлении. Машинка на Ардуино: как сделать радиоуправление своими руками
Читайте также
Не будем покупать плохие игрушки у Китайцев, а купим у них дешевый конструктор-шасси, несколько модулей и приложим руки!
Вот что у меня получилось в итоге: проходимое шасси, управляемое - ТА-ДА!!! - с моего смартфона на Андроиде.
«Я и прямо, я и боком,
С поворотом, и с прискоком,
И с разбега, и на месте,
И двумя ногами вместе…»
Сегодня мы соберём забавную машинку с дистанционным управлением по Bluetooth. Исходники программы управления под Android в комплекте.
Достойный образец игрушки
У меня двое детей, дочь и сын. Обоим на дни рождения дарят игрушки. То, что дарят дочери, как правило, не вызывает моих негативных реакций. А сыну, как и полагается, дарят всевозможные машинки, танки и прочую технику. Из всей этой прорвы китайщины у меня не вызывает нареканий только игрушечная бензопила, которую я сам и подарил.Почему так? Наверное потому что эта пила продавалась в магазине инструментов «STIHL». Как я полагаю, «STIHL» сделал игрушечный аналог своей продукции небольшим рекламным тиражом. В результате появилась на свет вполне вменяемая игрушка, очень похожая на своего старшего брата. Цепь резиновая – крутится, процентов на 80 реализованы органы управления. Есть даже шнур с ручкой для завода пилы, выключатель, кнопка газа. В комплекте есть запасная цепь и инструмент для смены цепи.
Вот такая игрушечная пила
О чём это я? Ах, да, об архитектуре! Это я к тому, что при желании отличную игрушку сделать можно. И есть на что равняться.
Будем строить машинку с ДУ!
Практический и технический интерес вызывают игрушки с радиоуправлением. Однако, ребёнку в возрасте 4-6 лет не будут дарить игрушки со «взрослым» пропорциональным управлением. Скорее всего, игрушка будет сломана, а деньги выкинуты на ветер.В итоге, обычно дарят что-то недорогое. Из всего этого – «недорогого» - машинки или шибко быстрые или тормозные; танки хилые; и прочие очевидные и скрытые недостатки. И уж конечно никакого пропорционального управления.
В один прекрасный день у одной из машинок перестало вращаться правое колесо. Разобрал, проверил моторчик – исправный.
На плате управления три микросхемы – Китай голимый, вменяемой документации найти не смог. Один чип – приёмник радиосигнала с логическими выходами и два мостовых драйвера двигателей. Один из драйверов вышел из строя. Сваять сходу мостовой драйвер двигателя из дискретных компонентов у меня не получилось.
В местном магазине радиодеталей ничего подходящего не было. Вот я и подался в дальние страны за чудо-микросхемами. Собрал пожитки, набил карманы сухарями, налил чашечку кофе, запустил браузер и пошел… .
Нашел подходящий по параметрам драйвер двигателя, заказал сразу два. На всякий случай, вдруг один будет неисправен или сам спалю. Вот тогда и начала зарождаться мысль о своей машинке. После того, как посылка дошла из славного Китая, я успешно заменил драйвер и машинка была отремонтирована.
Не откладывая в долгий ящик идею о своей машинке, я снова подался для выбора основы - шасси будущей машинки. Шасси бывают разные, для наземного транспорта: гусеничные, колесные, с двумя, тремя, четырьмя колесами и т.п.
Как я выбирал шасси
Во-первых, я выбрал наземный вид транспорта, значит и шасси у меня будет наземное. Гусеничные шасси, как правило, дороже и не слишком быстроходные. Двух-трёх-колесные мне кажутся слабо проходимыми, такое шасси сможет ездить только по ровной поверхности.Я остановился на . По моему мнению, такое шасси будет обладать отличной проходимостью и скоростью.
В комплекте поставки шасси:
две пластины из акрила с кучей технологических отверстий для крепления все возможных датчиков, плат управления и прочих компонентов
4 колеса
4 привода в сборе (электродвигатель + редуктор)
4 диска с прорезями для датчиков скорости, по одному на каждое колесо
крепеж
Да, это снова Китай. Да, дешёвый. Да, нешибко качественный. НО! Нам бы для начала попробовать. Ведь «взрослое» шасси и стоит по-взрослому, мы до него ещё не доросли.
Болото мыслей и Техзадание
Когда держишь в руках перспективную вещь, например, в плане возможностей по обвесу модели всевозможными датчиками, серво и пр., начинаешь тонуть в болоте мыслей и трясине перспектив. Но, скажем себе - СТОП! И составим себе мини-ТЗ на прототип с кратким описанием всех узлов.У нас должна получиться RC-модель наземного траспортного средства с управлением по Bluetooth, с возможностью реверса и плавного регулирования скорости вращения колес.
Что нам потребуется для сборки машинки?
.
Поворотные колеса отсутствуют, значит, управление поворотом будет как у гусеничного ТС. То есть, для прямого движения, вперед/назад, правая и левая сторона приводов вращаются с одинаковой скоростью. А для осуществления поворота, скорость вращения на одной из сторон должна быть меньше или больше.
Для дистанционного управления машинкой используем канал Bluetooth. Модуль «HC-06» - это мост Bluetooth, последовательный интерфейс, позволяющий передавать данные в обе стороны. На входе - TTL-сигналы последовательного интерфейса «RxD» и «TxD» для подключения к микроконтроллеру (целевой плате).
В качестве пульта дистанционного управления будет служить сотовый телефон с Android. Напишем свою программу!
Драйвер двухканальный, на левую и правую пару колес. Драйвер имеет логические входы для изменения полярности выхода (направления вращения) и вход ШИМ, можно будет сделать управление скоростью вращения.
Выбрана эта плата т.к. валялась в ящике стола и полностью подходит для нашей цели. Есть дискретные входы/выходы, выведены сигналы МК «RxD» и «TxD», куда будет подключен «HC-06“.
Забегая вперёд скажу, что продукт Олимекс MOD-IO - это жёсткий перебор. Прекрасно можно будет применить и обычную , о чём в продолжении истории!
Итого: шасси + плата управления + Bluetooth-модуль + программа управления под Android.
Общая схема подключения
Не схема в чистом виде, а именно схема подключения, так как все платы у нас уже готовые, и остаётся их соединить между собой.
Схема в Протеусе
Расписывать, что и куда я подключил не буду. Скорее всего у вас будет другая плата управления. Исходники я прикладываю, так что прошивку сможете править. Ну, а если кто-то не в силах скомпилировать прошивку под свою плату, обращайтесь - помогу по мере свободного времени.
Программа микроконтроллера
Программа МК умеет принимать команды по последовательному интерфейсу с Bluetooth-модуля.И, в соответствии с командами, управлять левой и правой парой приводов. Реверс и управление скоростью работают при помощи ШИМ.
Код в достаточной мере прокомментирован. Хочу отдельно остановиться на моей реализации обмена данными.
Приём данных у меня реализован через кольцевой буфер. Вещь не новая и реализаций много.
Функции кольцевого буфера у меня вынесены в отдельную библиотеку состоящую из:
заголовочного файла ring_buffer.h
и файла реализаций функций ring_buffer.с
Для использования библиотеки её нужно подключить в main.c
#include "ring_buffer.h"
Далее, в заголовочном файле необходимо настроить библиотеку. Для настройки необходимо задать всего четыре директивы:
#define RX_PACKET_SIZE 7 // Размер RxD пакета
#define BUFFER_SIZE 16
// Размер приёмного буфера. Должен быть в два раза больше RX_PACKET_SIZE
#define START_BYTE "s" // Стартовый байт
#define STOP_BYTE "e" // Стоповый байт
Собственно настраивать больше нечего.
Использование кода
В main.c настраиваем USART микроконтроллера.
Вызываем функцию настройки USART
USART_Init(MYUBRR);
#define BAUD 9600 #define MYUBRR F_CPU/16/BAUD-1 void USART_Init(unsigned int ubrr) { /* Set baud rate */ UBRRH = (unsigned char)(ubrr >> 8); UBRRL = (unsigned char)ubrr; /* Enable receiver and transmitter */ UCSRB = (1 << TXCIE) | (1 << RXCIE)| (1 << TXEN) | (1 << RXEN); /* Set frame format: 8data, 2stop bit */ UCSRC = (1 << URSEL) | (0 << USBS) | (3 << UCSZ0); }
Приём пакета данных
В функции обработчика прерывания приема байта по USART, нам необходимо всего лишь положить принятый байт в кольцевой буфер. Разбор пакета будем делать потом.ISR(USART_RXC_vect) { uint8_t Data = UDR; RB_push_char(Data); // Складываем принятый байт в кольцевой буфер }
Да, я пока пренебрег всякими проверками фрейма.
Теперь нам остается время от времени проверять наш буфер. Для этого я инициировал таймер, в котором я устанавливаю флаг разрешающий проверку кольцевого буфера
ISR(TIMER0_OVF_vect)
{
TCNT0 = 0x64;
ReadRingBuffer = 1;
}
В основном цикле добавляем условие для проверки флага.
if (ReadRingBuffer)
{
if (RB_read_buffer((uint8_t*)&RxPacket) == 1) Чтение буфера
{
// Разбираем пакет, делаем что-нибудь
}
ReadRingBuffer = 0;
}
Функция RB_read_buffer
проверяет кольцевой буфер, если размер пакета, стартовый и стоповые байты находятся на своих местах - пакет считается валидным, функция возвращает "1». В качестве аргумента, функция принимает указатель, куда складывать принятый пакет.
Для пущей надежности, пакет можно снабдить контрольной суммой, в одном из своих коммерческих проектов я так и сделал. То есть к проверке размера, старт/стопового байтов прибавляется еще проверка контрольной суммы. Но пока обойдемся без неё.
Как я разбираю пакет
Теперь самое интересное, как я разбираю пакет. В пакете могут передаваться данные размерностью больше байта, знаковые данные, данные с плавающей точкой.Объясню на примере пакета для управления шасси. Кроме стартового и стопового байтов, в своём пакете мне необходимо передавать одну команду, и два значения ШИМ, для левой и правой стороны приводов. Для команды мне достаточно одного байта, а для каждого значения ШИМ, я передаю int16 - 16 бит, знаковый тип. То есть, я не передаю флаг (байт/признак) направления. Для смены направления, я передаю положительное или отрицательное значение ШИМ.
Приёмный пакет у меня организован в виде структуры.
struct RxPacket
{
uint8_t StartByte;
uint8_t Command;
int16_t Left_PWM;
int16_t Right_PWM;
uint8_t StopByte;
} RxPacket;
Вызывая функцию RB_read_buffer ((uint8_t*)&RxPacket
)
, в качестве аргумента передаем указатель на структуру приёмного пакета. То есть, при принятом пакете, будет все разложено по своим полочкам в структуре RxPacket. Дальше остается прочитать эти данные из структуры например так:
lCmd = RxPacket.Command;
lLPWM = RxPacket.Left_PWM;
lRPWM = RxPacket.Right_PWM;
Передача пакета данных
Хоть в моей программе передача пока не используется, тем не менее, возможность передачи реализована. Передавать данные проще. Точно также, как и для приемного пакета, создадим структуру:struct TxPacket { uint8_t StartByte; uint8_t Rc5System; uint8_t Rc5Command; uint8_t StopByte; } TxPacket;
Где, есть стартовый и стоповый байт и информационная часть. Мы уже инициализировали приемник USART.
Для инициирования передачи пакета - вызываем функцию
void send_packet()
{
// Запись стартового байта в регистр UDR
UDR = START_BYTE;
}
В данном примере, в этой функции, я записываю только стартовый байт в регистр UDR. Вроде бы немного, но в этой же функции можно реализовать подготовку пакета или еще что-то полезное. И это, на мой взгляд более логично. Логично в плане самодокументирования кода. То есть, если я в коде, просто запишу значение в регистр UDR это может быть воспринято, как передача всего одного байта, а вызывая самоговорящую функцию send_packet ()
- я говорю о том, что я отправляю пакет данных.
Далее, когда передатчик USART отправит весь байт из регистра UDR - будет вызван обработчик прерывания по передаче.
ISR(USART_TXC_vect)
{
unsigned char *Pointer = (unsigned char *)&(TxPacket);
static unsigned char TxIndex = 1;
if (TxIndex < sizeof(TxPacket))
{
UDR = *(Pointer + TxIndex);
TxIndex++;
}
else TxIndex = 1;
}
В обработчике я объявляю переменную указателя и присваиваю её адрес структуры TxPacket. Далее объявляется статическая переменная - индекс передаваемого байта, которой при объявлении присвоено значение 1 . Начинаем с одного потому, что первый байт из структуры мы уже отправили. В целом, в структуре можно обойтись и без стартового байта, все равно я его отправляю отдельно, но объявления этого байта оставлено в структуре для понимания того как выглядит пакет.
Условие if (TxIndex < sizeof(TxPacket))
проверяет, что индекс меньше чем размер пакета. Если условие верно, то записываем байт в регистр UDR: UDR = *(Pointer + TxIndex);
инкрементируем TxIndex. Когда USART передаст очередной байт, то мы снова попадём в обработчик, но будет передан уже следующий байт из структуры и так будут переданы все байты структуры. Когда TxIndex будет больше чем размер структуры - условие будет не верно и мы попадем в else TxIndex = 1;
Где будет проинициализирован TxIndex, но в регистр UDR уже ничего не записывается, соответственно обработчик больше не будет вызван до следующего инициирования передачи пакета. Таким образом, процесс передачи полностью автоматический, и даже, если мы изменим структуру пакета, то обработчик переписывать не придётся.
В рамках описания программы МК осталось рассказать про реализацию управления драйверами. Драйвер управляется тремя сигналами: A1 (B1), A2 (B2) и PWMA (PWMB). A1 и A2 предназначены для включения/выключения драйвера и для изменения полярности выхода. На вход PWMA подается ШИМ сигнал с МК - можно управлять скоростью вращения. Для ШИМ сигнала я задействовал два аппаратных ШИМа таймера 1.
#define _WGM13 0
#define _WGM12 1
#define _WGM11 0
#define _WGM10 1
// Timer 1 init
TCCR1A = (1 << COM1A1) | (0 << COM1A0) | (1 << COM1B1) |
(0 << COM1B0) | (_WGM11 << WGM11) | (_WGM10 << WGM10);
TCCR1B = (0 << CS12) | (0 << CS11) | (1 << CS10) |
(_WGM13 << WGM13) | (_WGM12 << WGM12);
TCNT1 =0x0000;
OCR1A = 0;
OCR1B = 0;
Таймер 16-битный, но ШИМ инициализирован на 8 бит. И как вы наверное уже заметили, в приёмном пакете у меня есть два значения для задания ШИМ, для левого и правого привода соответственно. Переменные знаковые 16-битные.
Объясню почему я так сделал.
Во-первых , это пошло от программы под Андроид. Дело в том что в Java нет без знаковых типов и я уже наступал на эти грабли. И для передачи числа от 0 до 255 мне пришлось бы как то извернуться. Я решил пойти более простым путем - отсылаю знаковое 16-бит число. При этом, 16 бит знакового типа это от -32786 до 32768, нам хватит.
Во-вторых , так на мой взгляд более прозрачно - скорость вращения и направления описывается всего одной переменной.
И в-третьих , как не крути, для наших целей меньше чем в три байта не уложиться. Пожертвуем еще одним байтом, зато всё становится понятно, положительное значение ШИМ - прямое вращение, отрицательное значение - обратное вращение.
Для управления приводами я написал функцию drive (int leftPWM, int rightPWM);
.
void drive(int leftPWM, int rightPWM)
{
// Движение ВПЕРЁД левое колесо
if (leftPWM > 0){
ClearBit(A2_PORT, A2_PIN);
SetBit(A1_PORT, A1_PIN);
}
// Движение НАЗАД левое колесо
if (leftPWM < 0){
ClearBit(A1_PORT, A1_PIN);
SetBit(A2_PORT, A2_PIN);
}
// Движение ВПЕРЁД правое колесо
if (rightPWM > 0){
ClearBit(B2_PORT, B2_PIN);
SetBit(B1_PORT, B1_PIN);
}
// Движение НАЗАД правое колесо
if (rightPWM < 0){
ClearBit(B1_PORT, B1_PIN);
SetBit(B2_PORT, B2_PIN);
}
// Остановка
if (leftPWM == 0){
ClearBit(A1_PORT, A1_PIN);
ClearBit(A2_PORT, A2_PIN);
}
// Остановка
if (rightPWM == 0){
ClearBit(B1_PORT, B1_PIN);
ClearBit(B2_PORT, B2_PIN);
}
set_PWM((uint8_t)(abs(leftPWM)), (uint8_t)(abs(rightPWM)));
}
В соответствии со значением ШИМ, осуществляется управление сигналами A1 (B1), A2 (B2) и устанавливается значение ШИМ вызовом функции set_PWM (leftPWM, rightPWM)
.
Уфф, выдохся…
Подытожим: приняли пакет, разобрали, передали значение ШИМ в функцию drive
.
Приложение под Android для машинки
Нет, так подробно, как программу для МК я разбирать не буду. В разработке ПО под Android я ещё новичок и не готов рассказывать достаточно компетентно и глубоко.Основная функция программы
- передача данных модулю HC-06 по каналу Bluetooth. Программа имеет не замысловатый интерфейс.
Сверху выпадающий список спаренных Bluetooth устройств для выбора модуля. Сначала этого списка не было, но уже под конец работы над статьёй решил сделать по-человечески, ведь не все смогут разобраться в исходниках.
Дальше кнопка «Выкл» - включает/отключает связь с «HC-06». Ниже слева направо: передаваемое значение ШИМ левого канала, тип датчика, значение правого канала. Ниже два слайдера регулировки чувствительности скорости и поворота.
В программе реализовано два типа управления машинкой. Для переключение типа датчика нужно коснуться надписи названия датчика: «Наклон» или «Шаркать».
1. Управление машинкой с помощью наклона телефона.
Нулевое положение телефона - горизонтальное. При наклоне телефона вперед значение ШИМ увеличивается пропорционально наклону в диапазоне от 0 до 255
. При наклоне телефона назад значение ШИМ уменьшается пропорционально наклону в диапазоне от 0 до -255
Что бы повернуть влево или вправо - нужно наклонить телефон вперед или назад и, одновременно, влево или вправо соответственно. Да, как в настоящей машине, пока не поддашь газку поворот не осуществляется.
2. Управление касанием.
Моё фирменное название для такого управления - «шаркать».
Можно воспринимать как тачпад. При касании в сером квадрате, значение ШИМ увеличивается/уменьшается в зависимости от места касания, чем дальше от центра вниз или вверх тем больше/меньше значение.
Никаких «красивостей» и наворотов нет. Вот вроде бы и всё.
Немножко дёгтя на «лыжи»
Есть косяк у моего телефона. Ага, телефон «лыжа» - LG G2 mini. На нём соединение по Bluetooth устанавливается неадекватно. Соединение устанавливается нормально только, если Bluetooth был включен непосредственно перед запуском приложения.Я сделал так: при запуске приложении проверяю включен ли Bluetooth, если выключен - делаю запрос на включении. А при «сворачивании», закрытии приложения - принудительно выключаю Bluetooth.
И еще один момент, при смене ориентации экрана, Bluetooth выключается и снова выдается запрос на включения, приходится выключать автоматическое переключение разворота экрана.
Резюме
Я считаю, что достиг цели! При не очень больших усилиях я создал RC-модель с вменяемым пропорциональным управлением. Машинкой можно с увлечением играть даже взрослому, делая развороты на месте, выписывая сложные пируэты, притормаживая и ускоряясь при необходимости.И её легко починить при поломке.
Есть еще поле для деятельности, есть куда расти. Можно «наворачивать» шасси, можно модернизировать и улучшать ПО для телефона.
И об этом будет продолжение!
Немного об уровне, авторе и предостережения
Я, автор, пацан 16-17 лет с подмосковной деревни, специализируюсь на написании android-приложений (а там сложнее что-то сжечь), поэтому ответственность за оптимальный подход к решению задач с себя снимаю.Задача
Задача легчайшая – заставить ездить машинку, управляемую Arduino, а пульт заменить андроидом. Но в большинстве моментов пришлось изобретать колесо, потому что в интернетах подходящего решения найдено не было.Понадобится
- Arduino
- Motor Shield (в моем случае две)
- Bluetooth
- Android
- Провода обычные
Основа конструкции
За основу была взята машина Lego Outdoor Challenger (в реальности выглядит менее пафосно). Все, что от нее осталось: корпус (все элементы украшения сняты) и три двигателя.У машинки была своя плата, но одна из задач подразумевала универсальность: это сделал я, это смогут повторить другие. Мозги вынул, поставил Arduino Uno.
Установка Arduino
Создатели почему-то не предусмотрели места для Arduino, потому крепил на шурупы, просверлив пластик. Под плату подложил фанеру, чтобы ничего не закоротило. Под шурупы лучше подсунуть что-то пластиковое (кусочек бутылки), ибо плата от железный болтов не защищена.
Поверх платы сразу поставил две motor shiled, так надо. Чтобы управлять второй, придется прокинуть один провод с любого digital порта на H1 (направление) и второй с пина с поддержкой шима (помечены знаком «~», обычно 10, 11) на E1 (скорость).
Определение угла поворота
За поворот машинки отвечает на удивление не сервопривод, а обычный двигатель. Встает проблема: хорошо бы было его не сжечь, ведь угол поворота ограничен, а крутиться двигатель может сколько угодно.Вариант с методом тыка отпадает, так как при разном уровне батареи количество тока, подаваемое на двигатель, будет изменяться, что приведет к постоянно меняющемуся углу. Крутить до упора тоже нельзя, рано или поздно рассыплются шестеренки.
Решение проблемы: отслеживать угол через замыкание. На фото продемонстрирована небольшая штучка, которая крепится недалеко от поворотного механизма. На часть, которая крутится вместе с колесами влево/вправо двигателем, прикрепляется гребешок с железными контактами.
Принцип работы: к каждой линии припаивается провод (всего их четыре), нижний подключается к плюсу (он зажат гребешком всегда, см. картинку), остальные провода уходят на минус. Когда зубик гребешка попадает и на нижний ряд, и на, допустим, третий, происходит замыкание, ток течет, это замечает Arduino.
Благодаря различным комбинациям трех полос, можно определить до семи углов. Например, когда ток есть на всех линиях, колеса повернуты в крайнее правое положение, когда ток есть только на верхней, колеса повернуты максимально влево. В таблице предоставлены все варианты.
Подключение угла и код
Для каждого уровня был выбран свой цвет: нижний – зеленый, первый снизу – красный, второй – черный, третий – белый. На начальном этапе использовались breadboard и светодиоды для визуальной отладки.
Схема подключения показана на рисунке. Плюс тянем к зеленому, остальные протягиваем к минусу. Через резистор, установленный для устранения помех и отсутствия КЗ, подключаем провода к выходам A0-A2. Выбраны они просто из экономии остальных портов.
Код дан с комментариями. Подключаем пины и опрашиваем их через digitarRead(). Если напряжение есть, вернется значение true. Далее смотрим, если результат означает, что колеса в крайних положениях, запрещаем дальнейший поворот в эту сторону.
Небольшая хитрость: поскольку выходы на 5В и 3.3В понадобятся в будущем, можно поставить плюс на один из digital-пинов. Перед каждой проверкой угла выдавать ток через digitalWrite(whitePin), потом проверять угол и убирать ток.
Int speedTurn = 180; //скорость поворота, от 0 до 255 //пины для определения поворота int pinRed = A0; int pinWhite = A1; int pinBlack = A2; int pinAngleStop = 12; //выводит ток на светодиод, если достигнут максимальный угол, нужен //только для отладки void setup() { //пины поворота на считывание pinMode(pinRed, INPUT); pinMode(pinBlack, INPUT); pinMode(pinWhite, INPUT); //светодиод pinMode(pinAngleStop, OUTPUT); //пины драйвера двигателя, направление и скорость pinMode(angleDirection, OUTPUT); pinMode(angleSpeed, OUTPUT); Serial.begin(9600); } //функция вызывается из loop(), когда приходит команда с андроида void turn(int angle) { digitalWrite(pinAngleStop, HIGH); //выдаем ток на провод, подключенный к плюсу delay(5); //немного ждем, чтобы ток "успел" дойти if(angle > 149) { if(digitalRead(pinWhite) == HIGH && digitalRead(pinBlack) == LOW && digitalRead(pinBlack) == LOW) { //если достигнуто крайне правое положение, выйти из функции не подавая ток, чтобы не //сжечь мотор return; } //если угол не максимальный, поворачиваем digitalWrite(angleDirection, HIGH); analogWrite(angleSpeed, speedTurn); } else if (angle < 31) { if(digitalRead(pinRed) == HIGH && digitalRead(pinBlack) == HIGH && digitalRead(pinWhite) == HIGH) { //если достигнуто крайне левого положение, выйти из функции не подавая ток, чтобы не //сжечь мотор return; } //если угол не максимальный, поворачиваем digitalWrite(angleDirection, LOW); analogWrite(angleSpeed, speedTurn); } digitalWrite(pinAngleStop, LOW); //убираем ток с определителя угла delay(5); }
Распараллеливание ходовых колес
Изначально два ходовых двигателя соединены вместе. Их рассоединил по двум причинам: поворот эффективней, если колеса крутятся в разные стороны, и два мощных двигателя одна плата не вытянет.Проблема: у motor shield два выхода, каждый из которых выдает до 2 ампер. Каждый двигатель ест по 0,7А. Вроде меньше, но не при максимальных нагрузках. Допустим, машинка застряла в песке или уперлась, ток возрастает выше ампера. Не критично, но потенциально опасно.
А вот критичным оказалось то, что плата греется. Через минуты полторы после заезда, motor shield нагревалась и начинала работать безобразно: токи подаются не те, колеса не крутятся и прочее.
Решение обоих проблем: один двигатель подключил к одной motor shield, второй – к другой. Как ни странно, помогло. Температура упала, перегрев отсутствует. Можно было поставить радиатор, но крепить тяжело.
Подключение Bluetooth
Я использовал модель HC-05, что сыграло роковую шутку. Подключаются все блютузы одинаково: один провод на 3.3В (иногда начинал работать только от 5В), второй на минус, еще два на порт 0 и 1 (чтение и отправка соответственно). Провод, подписанный RXD на bluetooth, втыкается в TXD ардуино, а TXD в RXD (если перепутаете, то данных не увидите).Есть оговорка: порты 0 и 1 по умолчанию используются Serial, через который заливает скетч. То есть, пока воткнут блютуз, скетч не зальется. Есть два выхода: вынимать блютуз на время заливки или переназначить входы и выходы блютуза. Второй вариант осуществляется двумя строчками
#include
Подводный камень, съевший у меня трое суток работы – скорость общения. По привычке установил 9600 и пошел пробовать. То данные не приходили, то была каша символов. И в конце концов ответ – модель HC-05 общается на 38400! Очень сильно обратите внимание на то, что в Setup() я выполню BTSerial.begin(39400), хотя Serial.begin(9600).
Система отправки команд
Статья становится слишком длинной, поэтому рассмотрение кода Arduino и Android вынесу в отдельную вторую часть, а сейчас опишу принцип.На андроид устройстве есть джойстик (круг, о реализации которого также во второй части). Андроид считывает показания с него и конвертирует их в подходящие для ардуино числа: скорость из пикселей превращает в значение от -255 до 255 (отрицательные – задний ход), а также определяет угол. Я сознательно отдал эту задачу телефону, так как он куда мощнее и спокойно справится с подсчетом нескольких сотен значений в секунду.
После установки сокета данные отправляются в следующем формате: @скорость#*угол#. @ - говорит о том, что следующие цифры содержат скорость, # - извещает об окончании значения скорости, * - начало значения угла, # - закончить запись угла. Цикл бесконечен, команды отправляются каждые 100 миллисекунд (цифра подобрана оптимальная). Если ничего не нажато на андроиде, то ничего и не отправляется.
Алгоритм приема данных подробно описан в коде скетча. Он не раз переписывался и, как по мне, работает идеально.
Заключение первой части
В этой статье я попытался раскрыть все, что касается физической части машинки. Вероятнее всего, что-то упустил, так что обязательно спрашивайте.Но самое интересное, как по мне, осталось на второе – программа Arduino и приложение на Android, там творится настоящая магия, по крайней мере, для молодого меня.
Если вы не найдете ответа на какую-то часть и захотите потыкать меня в недостатки лично, жду – [email protected], .
UPD: вторая часть уже вышла -
В статье рассмотрим подключение и управление Arduino по bluetooth.
В качестве блютуз-модуля будет использоваться широко распространенный hc-06.
В нашем проекте будем через bluetooth включать и выключать светодиод, подключенный к 13 порту.
Начнем с написания приложения на android-смартфон. Приложение будет писаться в удобной и простой среде программирования App Inventor. Программы будут составляться онлайн.
Пройдите по ссылке http://ai2.appinventor.mit.edu/ . Там вас попросят войти в Google-аккаунт, который вам придется завести, если его еще нет.
После входа вы попадете в программу, где сможете создать проект нажав «start new project». Вам потребуется ввести имя проекта. Назовем его led_control.
Откроется пустое окно приложения.
Здесь будем располагать необходимые компоненты. Выберите ListPicker в окне слева и поместите его в проект.
У компонента ListPicker в окне справа найдите свойство Text, и измените «Text for ListPicker1» на «Выберите BT-устройство».
Откройте закладку Layout в окне слева, поместите в приложение компонент HorizontalArrangement, измените его свойство Width на «Fill parent». Добавьте в HorizontalArrangement 2 кнопки Button, у каждой из них установите свойство Width в «Fill parent». Должно получиться так:
Изменим подписи на кнопках: на первой будет написано LED ON, на второй — LED OFF.
Ниже добавим Label и очистим его Text.
Осталось добавить компонент, организующий передачу данных по bluetooth. Откройте закладку Connectivity и поместите в проект BluetoothClient. Этот компонент окажется не на экране телефона, а под ним, т.к. он не является визуальным.
Теперь можно приступать к написанию программы. В верхней правой части программы выберите режим Blocks.
Здесь будет составляться программа из графических блоков. Слева кликните на компонент ListPicker1 и выберите ListPicker1.BeforePicking.
Снова нажмите на ListPicker1 и выберите set ListPicker1.Elements to
Поставьте его как на скриншоте.
Этим мы получили список сопряженных bluetooth-устройств. Теперь подключимся к выбранному устройству. Напишите блок как на скриншоте ниже.
Розовый блок с надписью Connected — это первый блок в закладке Text. Впишите Connected в пустое окошко.
Теперь напишем обработчик кнопок. При нажатии на первую кнопку будет отсылаться текст «led_on», а при нажатии на вторую — «led_off». Так же будет изменяться и надпись в Label1.
Осталось загрузить проект в ваш смартфон. Нажмите Build и выберите способ загрузки.
Для первого варианта вам понадобятся интернет и считыватель QR-кодов. Нажмите и дождитесь окончания сборки проекта и формирования QR-кода, после чего откройте считыватель QR-кодов на смартфоне и считайте код. Останется только загрузить и установить файл.
Во втором варианте проект в формате.apk сохранится на ваш компьютер и вы сможете скинуть его на смартфон любым удобным способом (например по USB).
Теперь займемся программой на Arduino.
Прием-передача данных осуществляется через COM-порт, поэтому будем использовать Serial. Будем посимвольно принимать сигналы, формировать строку и дальше сравнивать сформированную строку с командами led_on и led_off.
Arduino
String val = ""; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(13, OUTPUT); } void loop() { while (Serial.available()) { //пока приходят данные char c = Serial.read(); //считываем их val += c; //и формируем строку delay(3); } if (val != "") { Serial.println(val); } if (val == "led_on") { digitalWrite(13, HIGH); } else if (val == "led_off") { digitalWrite(13, LOW); } val = ""; }
String val = "" ; void setup () { Serial . begin (9600 ) ; pinMode (13 , OUTPUT ) ; void loop () { while (Serial . available () ) { //пока приходят данные char c = Serial . read () ; //считываем их val += c ; //и формируем строку delay (3 ) ; } |
Загрузите код в Arduino.
Теперь можно подключить Bluetooth-модуль HC-06. Подключается он очень просто:
Vcc 5v (можно 3,3 v)
ЕСЛИ ПОПЫТАТЬСЯ ЗАГРУЗИТЬ ПРОГРАММУ В ARDUINO С ПОДКЛЮЧЕННЫМ МОДУЛЕМ, ТО ВЫЛЕЗЕТ ОШИБКА, Т.К. И МОДУЛЬ И ЗАГРУЗКА ПРОГРАММЫ ЗАДЕЙСТВУЮТ ПОРТЫ RX И TX!
Подайте питание на Arduino. На bluetooth-модуле должен заморгать светодиод, это означает, что он ожидает подключения. Возьмите смартфон, найдите в настройках bluetooth, включите его и запустите поиск. Найдите устройство с именем hc-06 и подключитесь к нему. С первого раза может не получиться. После однократного успешного сопряжения можно запускать программу на смартфоне.
Сначала нажмите на «Выберите BT-устройство» и выберите модуль среди сопряженных устройств. Далее нажимайте кнопки включения и выключения светодиода. Если все сделано правильно, то все будет работать.
Мы сделали очень простое приложение с использованием Bluetooth, без дизайна и даже проверки, подключились мы к модулю или нет. В следующих уроках будем делать более сложные приложения и получше познакомимся с App Inventor.
Очень часто в ваших проектах возникает необходимость в дистанционном управлении или передачи данных с ваших телефонных гаджетов.
Один из самых популярных и распространенных методов обмена данными посредством Bluetooth.
Сегодня мы разберем простые примеры как можно подключить Bluetooth модуль к Arduino и настроить дистанционное управление с телефона.
Нам понадобится:
- Набор проводов ПАПА-МАМА
- HC-06 Bluetooth
Подключать Bluetooth модуль к микроконтроллеру Arduino удобнее всего с помощью проводков ПАПА-МАМА .
| Arduino | Bluetooth |
|---|---|
| Pin 1 (TX) | RXD |
| Pin 0 (RX) | TXD |
| GND | GND |
| 5V | VCC |
Будьте внимательны, подключать подключать нужно TX -> RXD ,RX -> TXD .
Теперь необходимо записать пробный код программы:
Во время загрузки скетча необходимо что бы Bluetooth модуль был отключен от микроконтроллера arduino. В противном случае скетч не запишется, потому что связь с Bluetooth модулем происходит по одному и томуже порту RX и TX, что и USB.
Int val; int LED = 13; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(LED, OUTPUT); digitalWrite(LED, HIGH); } void loop() { if (Serial.available()) { val = Serial.read(); // При символе "1" включаем светодиод if (val == "1") { digitalWrite(LED, HIGH); } // При символе "0" выключаем светодиод if (val == "0") { digitalWrite(LED, LOW); } } }
После того как скетч записан и Bluetooth модуль подключен к Arduino, можно перейти к следующему шагу.
Подключение Bluetooth к телефону
Желательно в качестве источника питания для arduino использовать не USB, а внешний Блок питания на 9 В.
- Включаем Bluetooth на телефоне и ищем новые устройства
- Находим в списке расстройств "HC-06" и подключаемся к нему.
- Телефон спросит пин-код. необходимо ввести "1234 " или "0000 "
- Ура. Устройство подключено.
Теперь нужно скачать bluetooth terminal на ваш телефон. Мы рассмотрим на примере платформы Android.
Вы можете установить разные bluetooth терминалы, как правило они отличаются только разными дизайнами, функционал от этого не меняется. Так же можно найти и терминал и для продуктов ios.
После того как мы установили терминал, запускаем его выбираем наш bluetooth модуль HC-06 и подключаемся к нему.
Пришло время попробовать проект в деле. Пишем в терминале цифру "0" и отправляем. Светодиод L который находится на плате arduino рядом с pin 13, должен погаснуть. Теперь отправим через терминал цифру "1" и светодиод L должен зажечься.
Демонстрация работы:
Домашняя работа:
- Изменить скетч так, что бы светодиод зажигался и потухал с помощью одной и той же команды например "G".
- Дописать скетч и научить его преобразовывать текстовые данные приходящие через блютус в цифровые и реализовать димер, зажигать светодиод с помощью ШИМ, на заданную яркость от 0 до 254 приходящую через bluetooth.
Широкое распространение и дешевизна платформы Arduino и различных робоплатформ позволило любителям создавать радиоуправляемые машинки на любой вкус. А широкое распространение смартфонов позволило использовать их в качестве контроллеров этих машинок. Главной проблемой для многих любителей Arduino является отсутствие опыта в программировании под Android. Сегодня я расскажу, как легко решить эту проблему, используя среду визуальной разработки android-приложений App Inventor 2.
Постройку любой машинки надо начинать с «железа», поэтому вкратце опишу, что использовал для своей машинки:
arduino nano
bluetooth module HC-05
Z-Mini Motor Sensor Shield L293D
2WD Motor Chassis
Конфигурация «железа» не играет большой роли в этом проекте, поэтому шасси, шилд и саму ардуино можно заменить на любые аналоги.
Теперь перейдем к созданию приложения для Android. App Inventor - среда визуальной разработки android-приложений, работает из браузера. Заходим на сайт, разрешаем доступ к своему аккаунту в Google, нажимаем кнопку «create» и создаем новый проект. В новом проекте методом «Drag and Drop» создаем 4 кнопки для выбора направления движения и одну для подключения к нашему bluetooth модулю. Примерно так:
Теперь остается скомпилировать приложение, нажав на кнопку «Build».
С написанием скетча я думаю у любителей ардуино проблем не возникнет, скажу лишь, что можно взять выбрать из готовых скетчей, где управление машинкой осуществляется с компьютера по sireal порту. Я использовал этот
скетч
int val;
int IN1 = 4;
int IN2 = 7;
int EN1 = 6;
int EN2 = 5;
Void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(IN1, OUTPUT);
pinMode(IN2, OUTPUT);
pinMode(EN1, OUTPUT);
pinMode(EN2, OUTPUT);
}
void loop()
{
if (Serial.available())
{
val = Serial.read();
// Задаём движение вперёд
if (val == "W") // При нажатии клавиши «W»
{
// Выводы конфигурируются согласно работе Motor Shield"а
// Моторы крутятся вперед
digitalWrite(EN1, HIGH);
digitalWrite(EN2, HIGH);
digitalWrite(IN1, HIGH);
digitalWrite(IN2, HIGH);
}
// Задаём движение назад
if (val == "S")
{
digitalWrite(EN1, HIGH);
digitalWrite(EN2, HIGH);
digitalWrite(IN1, LOW);
digitalWrite(IN2, LOW);
}
// Задаём движение вправо
if (val == "D")
{
digitalWrite(EN1, HIGH);
digitalWrite(EN2, HIGH);
digitalWrite(IN1, HIGH);
digitalWrite(IN2, LOW);
}
// Задаём движение влево
if (val == "A")
{
digitalWrite(EN1, HIGH);
digitalWrite(EN2, HIGH);
digitalWrite(IN1, LOW);
digitalWrite(IN2, HIGH);
}
// Стоп режим
// При отпускании клавиш в программе в порт шлется «T»
if (val == "T") // При нажатии клавиши «T»
{
// Выводы ENABLE притянуты к минусу, моторы не работают
digitalWrite(EN1, LOW);
digitalWrite(EN2, LOW);
}
}
}
Итак, вот такая у меня получилась машинка:
Те, кому нравится дизайн в приложениях, могут немного поменять. Подробно описывать как это делать не буду, там не сложно самому разобраться. Скажу лишь, что для этого в основном нужно использовать.png файлы, вместо.jpeg, которые не поддерживают прозрачный фон. Например, сделать такой дизайн за полчаса или час сможет любой неподготовленный человек:
P.S. Для тех, кто не сталкивался с разработкой приложений в App Inventor 2, я сделал более подробный гайд по разработке этого приложения (для просмотра нужно перейти на ютуб).
P.P.S. Сборник из более 100 обучающих материалов по ардуино для начинающих и профи