《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(hào)，用于障礙物探測(cè)等2.紅外接收管:接收紅外發(fā)射管發(fā)射出的紅外信號(hào)3.光敏二極管:用于檢測(cè)是否有光照，使小車進(jìn)行尋光運(yùn)動(dòng)等4.按鍵:用于輸入信號(hào)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(bào)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(dòng)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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)基本型電子器件，生活中我們總會(huì)遇到，丌管是電腦里，鬧鐘里，還是打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器，都會(huì)使用到。不僅使用廣泛，用法也極為簡(jiǎn)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(huì)叫；而無源內(nèi)部不帶震蕩源，所以如果用直流信號(hào)無法令其鳴叫。必須用2K-5KHz的方波去驅(qū)動(dòng)它。有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因?yàn)槔锩娑鄠€(gè)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(gè)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(dòng)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(shí)蜂鳴器是不發(fā)出聲響的。當(dāng)芯片控制三極管開時(shí)，三極管會(huì)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(hào)，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(shí)Arduino引腳上的電壓信號(hào)會(huì)與0V十分接近。當(dāng)只有D1光敏二極管收到光照時(shí)，Arduino引腳上測(cè)得的電壓會(huì)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(duì)紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個(gè)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(gè)通道的顏色，這個(gè)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(gè)引腳，R、G、B三個(gè)引腳連接到LED燈的一端，還有一個(gè)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(gè)LED如何華麗蛻變?yōu)橐粋€(gè)RGB的過程，R、G、B其實(shí)就是三個(gè)LED的正極，把它們的負(fù)極拉到一個(gè)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(kù)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(cè)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(gè)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(tái)，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(dòng)模塊，可通過外接6~20V電壓，直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。Romeo也可以獨(dú)立運(yùn)作為一個(gè)可以跟軟件溝通的平臺(tái)，例如，flash，processing，Max/MSP，VVVV等互動(dòng)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(dòng)、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(dòng)模塊，可通過外接6~20V電壓，直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。Romeo也可以獨(dú)立運(yùn)作為一個(gè)可以跟軟件溝通的平臺(tái)，例如，flash，processing，Max/MSP，VVVV等互動(dòng)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(dòng)、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(xiàng)：上傳程序時(shí)，請(qǐng)選擇版型：Leonardo，否則編譯上傳出錯(cuò)。模擬口A0：當(dāng)使用A0口作為模擬量輸入/輸出時(shí)，關(guān)掉按鈕選擇開關(guān)，即：撥到OFF的位置。因?yàn)榘遄由系?個(gè)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(gè)按鍵實(shí)驗(yàn)程序功能：分別按住S1到S5鍵，會(huì)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(dòng)實(shí)驗(yàn)（前進(jìn)、后退）

//方向需具體電路測(cè)試確定

例2：電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)（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(yàn)一聲控小車元件：實(shí)驗(yàn)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(hào)；綠線-地信號(hào)類型：數(shù)字信號(hào)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(cè)范圍內(nèi)有白色物體時(shí)輸出高電平，遇黑色物體時(shí)輸出低電平！6.2四驅(qū)小車自行編寫代碼測(cè)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(duì)準(zhǔn)黑線，高度1厘米左右，此時(shí)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(duì)準(zhǔn)白紙，此時(shí)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(dòng)設(shè)備，比如智能手機(jī)、智能手環(huán)、智能計(jì)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(shí)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(gè)平臺(tái)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(jì)，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(gè)藍(lán)牙模塊之間點(diǎn)對(duì)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(gè)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(shí)，如果uno有藍(lán)牙連接，請(qǐng)斷開藍(lán)牙連接，否則程序因?yàn)榇谡加脽o法下載。2.對(duì)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(huì)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(gè)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(gè)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(huì)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(shí)，最重要的一個(gè)配置就是必須有藍(lán)牙模塊是主角色，另一個(gè)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(shí)，需配置該參數(shù)，配置為AT+CMODE=1。效果：同時(shí)打開兩個(gè)串口，并且將兩個(gè)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(shí)，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(jiǎn)單介紹一下AppInventor吧。AppInventor是一個(gè)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(jiǎn)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(cuò)少等特點(diǎn)。最初的AppInventor由Google實(shí)驗(yàn)室于2010年7月推出。此后于2011年8月將其源代碼對(duì)外開放，隨后交由麻省理工學(xué)院移動(dòng)學(xué)習(xí)中心（TheMITCentreforMobileLearning）開發(fā)，并于2012年3月對(duì)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(tái)。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(gè)叫做AppInventor的軟件包。建議這里安裝的時(shí)候不要修改安裝路徑。3.打開離線包，雙擊“啟動(dòng)AIServer.cmd”，雙擊“啟動(dòng)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(jì)

（二）App功能實(shí)現(xiàn)1.程序初始化時(shí)，查看之前有沒有配對(duì)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(gè)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(gè)按鈕以及停止按鈕分別對(duì)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(hào)，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