《Arduino零基礎(chǔ)C語言編程》課件-ch6

第六章

智能小車2025/2/7Arduino零基礎(chǔ)C語言編程16.1miniQ智能小車小車基本器件介紹

2025/2/7Arduino零基礎(chǔ)C語言編程2各部分功能:1.紅外發(fā)射管:發(fā)射紅外信號，用于障礙物探測等2.紅外接收管:接收紅外發(fā)射管發(fā)射出的紅外信號3.光敏二極管:用于檢測是否有光照，使小車進(jìn)行尋光運(yùn)動等4.按鍵:用于輸入信號給小車，以控制小車5.RGB燈:可以使用程序使其發(fā)出不同顏色的光，用于裝飾或者程序調(diào)試等6.USB口:用于程序下載、調(diào)試以及供電7.蜂鳴器(無源):發(fā)出報警聲或音樂等8.控制器:AVR芯片Atmega32U49.電機(jī):通過控制電機(jī)的不同動作，使小車前進(jìn)后退或轉(zhuǎn)彎10.重啟按鍵:使小車的程序重新運(yùn)行11.電源按鍵:開關(guān)小車電源12.電源插口:給整個小車供電13.電池充電接口:如果使用的是充電電池，可以直接用這個接口通過充電器給電池充電。14.巡線傳感器:黑白色傳感器，用來識別黑白色小車跑道

小車引腳介紹巡線電路部分:A0--IR0(巡線傳感器--左一)A1--IR1(巡線傳感器--左二)A2--IR2(巡線傳感器--中間)A3--IR3(巡線傳感器--右二)A4--IR4(巡線傳感器--右一)尋光電路部分:A5電機(jī)部分:D5--左側(cè)電機(jī)速度控制(PWM)D12--左側(cè)電機(jī)方向控制D6--右側(cè)電機(jī)速度控制(PWM)D7--右側(cè)電機(jī)方向控制紅外避障:發(fā)射部分:D13--IRL左側(cè)發(fā)射管D8--IRR右側(cè)發(fā)射管接收部分:D17--IRS接收管蜂鳴器:D16一MOSI(共用MOSI腳)RGB燈:D10--WS2812RGB燈6.1miniQ智能小車蜂鳴器蜂鳴器作為一個基本型電子器件，生活中我們總會遇到，丌管是電腦里，鬧鐘里，還是打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器，都會使用到。不僅使用廣泛，用法也極為簡單。蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。有源蜂鳴器直接接上額定電源(新的蜂鳴器在標(biāo)簽上都有注明)就可連續(xù)發(fā)聲;而無源蜂鳴器則和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。有源蜂鳴器與無源蜂鳴器的區(qū)別：注意：這里的“源”不是指電源，而是指震蕩源。也就是說，有源蜂鳴器內(nèi)部帶震蕩源，所以只要一通電就會叫；而無源內(nèi)部不帶震蕩源，所以如果用直流信號無法令其鳴叫。必須用2K-5KHz的方波去驅(qū)動它。有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因為里面多個震蕩電路。無源蜂鳴器的優(yōu)點(diǎn)：便宜，聲音頻率可控，可以做出“多來米發(fā)索拉西”的效果；2025/2/7Arduino零基礎(chǔ)C語言編程56.1miniQ智能小車蜂鳴器在一些特例中，可以和LED復(fù)用一個控制口。有源蜂鳴器的優(yōu)點(diǎn)：程序控制方便2025/2/7Arduino零基礎(chǔ)C語言編程66.1miniQ智能小車蜂鳴器電路部分分析驅(qū)動部分電路如下圖所示，Q1為三極管，U1是蜂鳴器，R1為電阻，D16是

Arduino的數(shù)字腳14的引腳。

這是一張更加直觀的連接圖：

上圖的接法中，電流由電源正極經(jīng)過電阻和蜂鳴器，在三極管處斷開，此時蜂鳴器是不發(fā)出聲響的。當(dāng)芯片控制三極管開時，三極管會允許從電源正極的電流經(jīng)過，使蜂鳴器可以正常工作。當(dāng)然，由于接線原因，圖中的三極管只能接受0V或5V的信號，從蜂鳴器經(jīng)過的電流等于芯片到電源負(fù)極的電流乘以三極管的放大倍數(shù)。2025/2/7Arduino零基礎(chǔ)C語言編程76.1miniQ智能小車光敏二極管2025/2/7Arduino零基礎(chǔ)C語言編程8如果只有D2光敏二極管收到日光照，則相當(dāng)于Arduino引腳與GND直接相連，此時Arduino引腳上的電壓信號會與0V十分接近。當(dāng)只有D1光敏二極管收到光照時，Arduino引腳上測得的電壓會很接近于5V。這樣就分辨出了光線是在小車的哪一邊。RGB彩燈RGB色彩模式是工業(yè)界的一種顏色標(biāo)準(zhǔn)，是通過對紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色的，RGB即是代表紅、綠、藍(lán)三個通道的顏色，這個標(biāo)準(zhǔn)幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是目前運(yùn)用最廣的顏色系統(tǒng)之一。一般的RGB燈有4個引腳，R、G、B三個引腳連接到LED燈的一端，還有一個引腳是共用的正極（陽）或者共用的陰極（負(fù)）。這里選用的是共陰RGB?？聪聢D，展示了三個LED如何華麗蛻變?yōu)橐粋€RGB的過程，R、G、B其實(shí)就是三個LED的正極，把它們的負(fù)極拉到一個公共引腳上了，它們公共引腳是負(fù)極，所以稱之為共陰RGB。

添加庫文件Adafruit_NeoPixel運(yùn)行代碼，觀察效果6.1miniQ智能小車

組裝步驟1）安裝電機(jī)

6.2四驅(qū)小車6.2四驅(qū)小車組裝步驟2）連接電機(jī)線

組裝步驟3）安裝Romeo控制器6.2四驅(qū)小車組裝步驟4）安裝電機(jī)安裝電池盒6.2四驅(qū)小車

組裝步驟5）

制作電源開關(guān)電源開關(guān)的制作很關(guān)鍵，建議先測試，最后再安裝電源6.2四驅(qū)小車組裝步驟6）組裝底盤6.2四驅(qū)小車組裝步驟7）連接電機(jī)6.2四驅(qū)小車完成圖右輪左輪避障小車這個小車使用的主板和之前的miniQ智能小車不同，是新一代RomeoV2，是以ATmega32U4為主芯片的多功能控制板。同樣基于Arduino開放源代碼的SimpleI/O平臺，并且具有使用類似jave，C語言的開發(fā)環(huán)境。Romeo不僅可直插各類Switch，Sensor等輸入設(shè)備，同樣可直插多類LED，舵機(jī)等輸出設(shè)備。板子還集成了電機(jī)驅(qū)動模塊，可通過外接6~20V電壓，直接驅(qū)動電機(jī)。Romeo也可以獨(dú)立運(yùn)作為一個可以跟軟件溝通的平臺，例如，flash，processing，Max/MSP，VVVV等互動軟件。Romeo不但有完整的ArduinoLeonardo的功能，還集成了2路電機(jī)驅(qū)動、無線數(shù)傳模塊、數(shù)字與模擬IO擴(kuò)展口、I2C總線接口等功能。6.2四驅(qū)小車Romeo控制器

RomeoV2不僅可直插各類Switch，Sensor等輸入設(shè)備，還可直插多類LED，舵機(jī)等輸出設(shè)備。板子還集成了電機(jī)驅(qū)動模塊，可通過外接6~20V電壓，直接驅(qū)動電機(jī)。Romeo也可以獨(dú)立運(yùn)作為一個可以跟軟件溝通的平臺，例如，flash，processing，Max/MSP，VVVV等互動軟件。Romeo不但有完整的ArduinoLeonardo的功能，還集成了2路電機(jī)驅(qū)動、無線數(shù)傳模塊、數(shù)字與模擬IO擴(kuò)展口、I2C總線接口等功能。

注意事項：上傳程序時，請選擇版型：Leonardo，否則編譯上傳出錯。模擬口A0：當(dāng)使用A0口作為模擬量輸入/輸出時，關(guān)掉按鈕選擇開關(guān)，即：撥到OFF的位置。因為板子上的5個按鈕是連接在A0上的，如果打開，A0口的讀數(shù)不正確。例1：五個按鍵實(shí)驗程序功能：分別按住S1到S5鍵，會看見LED閃爍的頻率不同。按鍵接入電阻不同，分到模擬口的電壓就不同，AD采集到的數(shù)據(jù)也就不同

例2：電機(jī)驅(qū)動實(shí)驗（前進(jìn)、后退）

//方向需具體電路測試確定

例2：電機(jī)驅(qū)動實(shí)驗（左轉(zhuǎn)）voidturnleft(intleftspeed,intrightspeed){analogWrite(E1,rightspeed);analogWrite(E2,leftspeed);digitalWrite(M1,LOW);digitalWrite(M2,HIGH);}Romeo的PWM控制模式Romeo的PLL(相位鎖相環(huán)）

控制模式實(shí)驗一聲控小車元件：實(shí)驗二遙控小車元件：

例3：紅外數(shù)字避障傳感器引腳定義：紅線-+5V；黃線-信號；綠線-地信號類型：數(shù)字信號監(jiān)視距離：由背部的旋鈕控制

示例代碼觀察代碼運(yùn)行效果Mini尋線傳感器在探測范圍內(nèi)有白色物體時輸出高電平，遇黑色物體時輸出低電平！6.2四驅(qū)小車自行編寫代碼測試找張白紙，在白紙上畫根黑線條，或用黑色電工膠帶沾在白紙上將尋線模塊的紅外探頭對準(zhǔn)黑線，高度1厘米左右，此時指示燈滅，相應(yīng)輸出端輸出TTL低電平；同理，尋線模塊的紅外探頭對準(zhǔn)白紙，此時指示燈亮，相應(yīng)輸出端輸出TTL高電平；藍(lán)牙小車想象一下用Arduino或者IOS結(jié)合Arduino開發(fā)一款可穿戴的移動設(shè)備，比如智能手機(jī)、智能手環(huán)、智能計步器等等，這些可穿戴設(shè)備可以通過藍(lán)牙4.0與手機(jī)通信。通過低功耗的藍(lán)牙4.0鏈接成星型的低功耗網(wǎng)絡(luò)，達(dá)成快速的實(shí)時通訊，許多的軟件工程師或者硬件工程師都希望有這樣一個平臺來實(shí)現(xiàn)以上功能。BLE-LINK是基于藍(lán)牙4.0的通訊模塊，它采用XBEE造型設(shè)計，體積尺寸緊湊，兼容XBEE的擴(kuò)展底座，適用于各種3.3V的單片機(jī)系統(tǒng)。它也可以實(shí)現(xiàn)兩個藍(lán)牙模塊之間點(diǎn)對點(diǎn)無線透明傳輸，主從機(jī)設(shè)置，無線燒錄程序，甚至與PC建立HID連接。

用戶不僅可以通過AT指令調(diào)試BLE-Link，而且可以通過USB更新BLE-Link的芯片程序。BLE-LinK藍(lán)牙4.0通訊模塊可以使用XBEE底座插接到Arduino控制器上，從而實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙無線控制。6.2四驅(qū)小車藍(lán)牙4.0無線通訊模塊

Ble-link基礎(chǔ)示例1.將下面代碼復(fù)制到ArduinoIDE中(這個程序只做一件事：把收到的串口數(shù)據(jù)都發(fā)回去)；注意:下載程序時，如果uno有藍(lán)牙連接，請斷開藍(lán)牙連接，否則程序因為串口占用無法下載。2.對于Android設(shè)備：安裝APK文件到你的安卓手機(jī)中；運(yùn)行程序；點(diǎn)擊"Scan"按鈕（①）開始搜索設(shè)備；連接了之后,點(diǎn)擊"SendData"按鈕（②）發(fā)送輸入框(③)中的數(shù)據(jù)給UNO；UNO會回復(fù)相同的數(shù)據(jù).收到的數(shù)據(jù)將在"receiveddata"處顯示（④）。1）通過AT指令配置BLE設(shè)備1.打開ArduinoIDE2.在菜單-》工具-》串口中選擇正確的設(shè)備3.開啟串口監(jiān)視器(點(diǎn)擊窗口的右上角的按鍵)4.在兩個下拉菜單中選擇"Nolineending"和115200baud5.在輸入框中輸入"+++"，并點(diǎn)擊發(fā)送鍵6.如果收到“EnterATMode”,就證明已經(jīng)進(jìn)入AT指令模式.7.在兩個下拉菜單中選擇"BothNL&CR"和115200baud8.在輸入框中輸入AT指令，并點(diǎn)擊發(fā)送鍵9.如果BLE配置成功，界面將會返回"OK"注意：1.如果收到“ERRORCMD”,可以再發(fā)一遍。發(fā)送多次后如果還是“ERRORCMD”，需要檢查一下指令發(fā)送是否正確.(大寫字母)2.使用"AT+EXIT"來退出AT指令模式.2）兩塊藍(lán)牙模塊之間通信設(shè)置模塊角色：在兩塊藍(lán)牙模塊建立連接時，最重要的一個配置就是必須有藍(lán)牙模塊是主角色，另一個藍(lán)牙模塊設(shè)置為從角色。設(shè)置串口參數(shù)：建議兩塊模塊波特率統(tǒng)一設(shè)置為115200,便于調(diào)試。設(shè)置模塊連接模式：如果當(dāng)模塊無法被適配器、主機(jī)搜索到或無法連接時，需配置該參數(shù)，配置為AT+CMODE=1。效果：同時打開兩個串口，并且將兩個串口的波特率調(diào)到115200，再觀察收發(fā)情況注意：燒錄代碼時，若有問題，嘗試先撥到Prog一端，燒錄完成后，再撥回Run3）手機(jī)app控制小車手機(jī)app控制小車主要運(yùn)用藍(lán)牙作為通訊工具，上位機(jī)的程序編寫使用的是AppInventor,下位機(jī)使用的是熟悉的Arduino。先簡單介紹一下AppInventor吧。AppInventor是一個基于云端的、可拖曳的手機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境。它將枯燥的編碼轉(zhuǎn)變成積木式的拼圖，使得手機(jī)應(yīng)用軟件的開發(fā)變得簡單而有趣。即使不懂得編程語言，也可以開發(fā)出屬于自己的手機(jī)軟件，具有零基礎(chǔ)、無門檻、組件多、功能強(qiáng)和出錯少等特點(diǎn)。最初的AppInventor由Google實(shí)驗室于2010年7月推出。此后于2011年8月將其源代碼對外開放，隨后交由麻省理工學(xué)院移動學(xué)習(xí)中心（TheMITCentreforMobileLearning）開發(fā)，并于2012年3月對外開放使用，并更名為MITAppInventor。3）手機(jī)app控制小車一、搭建AppInventor平臺。1.在使用AppInventor之前，得確保安裝了JAVA環(huán)境。

2.安裝完了Java環(huán)境，需要安裝一個叫做AppInventor的軟件包。建議這里安裝的時候不要修改安裝路徑。3.打開離線包，雙擊“啟動AIServer.cmd”，雙擊“啟動BuildServer.cmd”，打開Chrome內(nèi)核瀏覽器（比如Chrome,百度、獵豹、360等瀏覽器的極速模式）地址欄輸入:8888。3）手機(jī)app控制小車二、編寫上位機(jī)程序

（一）軟件界面設(shè)計

（二）App功能實(shí)現(xiàn)1.程序初始化時，查看之前有沒有配對藍(lán)牙，如果有的話，就將之前的藍(lán)牙設(shè)備列出來，以供選擇。3）手機(jī)app控制小車二、編寫上位機(jī)程序

3）手機(jī)app控制小車二、編寫上位機(jī)程序2.通過“選擇藍(lán)牙”和“斷開藍(lán)牙”兩個按鍵來實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙連接，斷開。3）手機(jī)app控制小車二、編寫上位機(jī)程序最后完成與下位機(jī)的通信。上下左右四個按鈕以及停止按鈕分別對應(yīng)下位機(jī)中小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止的程序。3）手機(jī)app控制小車二、編寫上位機(jī)程序按下不同的按鈕，通過藍(lán)牙給主控板發(fā)送不同的信息，然后讓主控板判斷指令，并且給小車信號，控制小車。最后，打包成APK，在手機(jī)中進(jìn)行安裝。

選擇“打包apk”，可以選擇“打包apk并顯示二維碼”，使用手機(jī)掃一掃就可以該文件安裝在手機(jī)中，也可以選擇“打包apk并下載到電腦”實(shí)現(xiàn)同樣的安裝結(jié)果。3）手機(jī)app控制小車三、藍(lán)牙配置手機(jī)藍(lán)牙和小車藍(lán)牙之間要實(shí)現(xiàn)通信，先要給其配置。由于appInventor不支持BLE藍(lán)牙4.0