Arduino машинка на управлении. Машинка на Ардуино: как сделать радиоуправление своими руками. Что нам потребуется для сборки машинки
В данной статье будет подробно расписано создание небольшого приложения для мобильной операционной системы Android и скетча для Arduino. На Arduino Uno будет стоять Wireless Shield с Bluetooth-модулем. Приложение будет подключаться к Bluetooth-модулю и посылать некую команду. В свою очередь скетч по этой команде будет зажигать или гасить один из подключенных к Arduino светодиодов.
Нам понадобится
Создание приложения для Android
Заготовка
Разработка для ОС Android ведется в среде разработки ADT, Android Development Tools. Которую можно скачать с портала Google для разработчиков. После скачивания и установке ADT, смело его запускаем. Однако, еще рано приступать к разработке приложения. Надо еще скачать Android SDK нужной версии. Для этого необходимо открыть Android SDK Manager «Window → Android SDK Manager». В списке необходимо выбрать нужный нам SDK, в нашем случае Android 2.3.3 (API 10). Если телефона нет, то выбирайте 2.3.3 или выше; а если есть - версию, совпадающую с версией ОС телефона. Затем нажимаем на кнопку «Install Packages», чтобы запустить процесс установки.
После завершения скачивания и установки мы начинаем создавать приложение. Выбираем «File → New → Android Application Project». Заполним содержимое окна так, как показано на рисунке.
Application Name - то имя приложения, которое будет показываться в Google Play Store. Но выкладывать приложение мы не собираемся, поэтому имя нам не особо важно.
Project Name - имя проекта в ADT.
Package Name - идентификатор приложения. Он должен быть составлен следующим образом: название Вашего сайта задом наперед, плюс какое-либо название приложения.
В выпадающих списках «Minimum Required SDK», «Target SDK», «Compile With» выбираем ту версию, которую мы скачали ранее. Более новые версии SDK поддерживают графические темы для приложений, а старые нет. Поэтому в поле «Theme» выбираем «None». Нажимаем «Next».
Снимаем галочку с «Create custom launcher icon»: в рамках данной статьи не будем заострять внимание на создании иконки приложения. Нажимаем «Next».
В появившемся окне можно выбрать вид «Activity»: вид того, что будет на экране, когда будет запущено приложение. Выбираем «Blank activity», что означает, что мы хотим начать всё с чистого листа. Нажимаем «Next».
В нашем приложении будет всего одно Activity, поэтому в появившемся окне можно ничего не менять. Поэтому просто жмем на «Finish».
Все, наше приложение создано.
Настройка эмулятора
Отладка приложений для Android производится на реальном устройстве или, если такового нет, то на эмуляторе. Сконфигурируем свой.
Для этого запустим «Window → Android Virtual Device Manager». В появившемся окне нажмем «New». Заполняем поля появившейся формы. От них зависит сколько и каких ресурсов будет предоставлять эмулятор «телефону». Выберите разумные значения и нажимайте «ОК».
В окне Android Virtual Device Manager нажимаем кнопку «Start». Это запустит эмулятор. Запуск занимает несколько минут. Так что наберитесь терпения.
В результате вы увидите окно эмулятора подобное этому:
Заполнение Activity
Activity - это то, что отображается на экране телефона после запуска приложения. На нем у нас будет две кнопки «Зажечь красный светодиод» и «Зажечь синий светодиод». Добавим их. В панели «Package Explorer» открываем res/layout/activity_main.xml . Его вид будет примерно таким же, как на скриншоте.
Перетаскиваем 2 кнопки «ToggleButton» на экранную форму. Переключаемся во вкладку «activity_main.xml» и видим следующий код:
activity_main_aiutogen.xmlЭто ни что иное, как наша Activity, которая отображается не в виде графики, а описанная в формате XML.
Сделаем имена компонентов более понятными. Изменим поля android:id следующим образом.
А еще добавим им подписи, изменим их цвет и размер текста. Результирующий код разметки будет выглядеть следующим образом.
activity_main.xmlЭти же изменения можно сделать и в графическом режиме, воспользовавшись вкладкой «Outline/Properties».
Пробный запуск
Мы можем запустить только что созданное приложение на эмуляторе. Идем в настройки запуска «Run» → Run Configurations», в левой части нажимаем на «Android Application». Появляется новая конфигурация «New_configuration». В правой части окна выбираем вкладку «Target» и выбираем опцию «Launch on all compatible devices/AVD».
Нажимаем «Apply», а затем «Run». Приложение запустится в эмуляторе.
Можно понажимать кнопки. Но ничего происходить не будет, поскольку обработчики нажатий еще нами не написаны.
Чтобы запустить приложение на реальном устройстве, необходимо включить в его настройках опцию «Отладка USB» и подключить его к компьютеру.
На реальном устройстве приложение выглядит абсолютно аналогично.
Написание кода для Android
Правка манифеста
Каждое Android-приложение должно сообщить системе о том, какие права необходимо ему предоставить. Перечисление прав идет в так называемом файле манифеста AndroidManifest.xml . В нем мы должны указать тот факт, что хотим использовать Bluetooth в своем приложении. Для этого достаточно добавить буквально пару строк:
AndroidManifest.xmlДобавляем основной код
Пришла пора вдохнуть жизнь в наше приложение. Открываем файл MainActivity.java (src → ru.amperka.arduinobtled). Изначально он содержит следующий код:
MainActivityAutogen.java package ru.amperka.arduinobtled ; import android.os.Bundle ; import android.app.Activity ; import android.view.Menu ; public class MainActivity extends Activity { @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super .onCreate (savedInstanceState) ; setContentView(R.layout .activity_main ) ; } @Override public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) { getMenuInflater() .inflate (R.menu .main , menu) ; return true ; } }Дополним код в соответствии с тем, что нам нужно:
Будем включать Bluetooth, если он выключен.
Будем обрабатывать нажатия на кнопки
Будем посылать информацию о том, какая кнопка была нажата.
Передавать на Arduino мы будем один байт с двузначным числом. Первая цифра числа - номер пина, к которому подключен тот или иной светодиод, вторая - состояние светодиода: 1 - включен, 0 - выключен.
Число-команда, рассчитывается очень просто: Если нажата красная кнопка, то берется число 60 (для красного светодиода мы выбрали 6-й пин Arduino) и к нему прибавляется 1 или 0 в зависимости от того, должен ли сейчас гореть светодиод или нет. Для зеленой кнопки всё аналогично, только вместо 60 берется 70 (поскольку зеленый светодиод подключен к 7 пину). В итоге, в нашем случае, возможны 4 команды: 60, 61, 70, 71.
Напишем код, который реализует всё сказанное.
MainActivity.java package ru.amperka.arduinobtled ; import java.io.IOException ; import java.io.OutputStream ; import java.lang.reflect.InvocationTargetException ; import java.lang.reflect.Method ; import android.app.Activity ; import android.bluetooth.BluetoothAdapter ; import android.bluetooth.BluetoothDevice ; import android.bluetooth.BluetoothSocket ; import android.content.Intent ; import android.os.Bundle ; import android.util.Log ; import android.view.Menu ; import android.view.View ; import android.view.View.OnClickListener ; import android.widget.Toast ; import android.widget.ToggleButton ; public class MainActivity extends Activity implements View .OnClickListener { //Экземпляры классов наших кнопок ToggleButton redButton; ToggleButton greenButton; //Сокет, с помощью которого мы будем отправлять данные на Arduino BluetoothSocket clientSocket; //Эта функция запускается автоматически при запуске приложения @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super .onCreate (savedInstanceState) ; setContentView(R.layout .activity_main ) ; //"Соединям" вид кнопки в окне приложения с реализацией redButton = (ToggleButton) findViewById(R.id .toggleRedLed ) ; greenButton = (ToggleButton) findViewById(R.id .toggleGreenLed ) ; //Добавлем "слушатель нажатий" к кнопке redButton.setOnClickListener (this ) ; greenButton.setOnClickListener (this ) ; //Включаем bluetooth. Если он уже включен, то ничего не произойдет String enableBT = BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE ; startActivityForResult(new Intent(enableBT) , 0 ) ; //Мы хотим использовать тот bluetooth-адаптер, который задается по умолчанию BluetoothAdapter bluetooth = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter () ; //Пытаемся проделать эти действия try { //Устройство с данным адресом - наш Bluetooth Bee //Адрес опредеяется следующим образом: установите соединение //между ПК и модулем (пин: 1234), а затем посмотрите в настройках //соединения адрес модуля. Скорее всего он будет аналогичным. BluetoothDevice device = bluetooth.getRemoteDevice ("00:13:02:01:00:09" ) ; //Инициируем соединение с устройством Method m = device.getClass () .getMethod ( "createRfcommSocket" , new Class { int .class } ) ; clientSocket = (BluetoothSocket) m.invoke (device, 1 ) ; clientSocket.connect () ; //В случае появления любых ошибок, выводим в лог сообщение } catch (IOException SecurityException e) { Log.d ("BLUETOOTH" , e.getMessage () ) ; } catch (NoSuchMethodException e) { Log.d ("BLUETOOTH" , e.getMessage () ) ; } catch (IllegalArgumentException e) { Log.d ("BLUETOOTH" , e.getMessage () ) ; } catch (IllegalAccessException e) { Log.d ("BLUETOOTH" , e.getMessage () ) ; } catch (InvocationTargetException e) { Log.d ("BLUETOOTH" , e.getMessage () ) ; } //Выводим сообщение об успешном подключении Toast.makeText (getApplicationContext() , "CONNECTED" , Toast.LENGTH_LONG ) .show () ; } @Override public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) { // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present. getMenuInflater() .inflate (R.menu .main , menu) ; return true ; } //Как раз эта функция и будет вызываться @Override public void onClick(View v) { //Пытаемся послать данные try { //Получаем выходной поток для передачи данных OutputStream outStream = clientSocket.getOutputStream () ; int value = 0 ; //В зависимости от того, какая кнопка была нажата, //изменяем данные для посылки if (v == redButton) { value = (redButton.isChecked () ? 1 : 0 ) + 60 ; } else if (v == greenButton) { value = (greenButton.isChecked () ? 1 : 0 ) + 70 ; } //Пишем данные в выходной поток outStream.write (value) ; } catch (IOException e) { //Если есть ошибки, выводим их в лог Log.d ("BLUETOOTH" , e.getMessage (, OUTPUT) ; pinMode(7 , OUTPUT) ; } void loop() { //Если данные пришли if (Serial.available () > 0 ) { //Считываем пришедший байт byte incomingByte = Serial.read () ; //Получаем номер пина путем целочисленного деления значения принятого байта на 10 //и нужное нам действие за счет получения остатка от деления на 2: //(1 - зажечь, 0 - погасить) digitalWrite(incomingByte / 10 , incomingByte % 2 ) ; } }Особенности заливки скетча
Для связи Bluetooth-Bee с контроллером используются те же пины (0 и 1), что и для прошивки. Поэтому при программировании контроллера переключатель «SERIAL SELECT» на «Wireless Shield» должен быть установлен в положение «USB», а после прошивки его надо вернуть в положение «MICRO».
Результат
Заключение
В данной статье мы научились создавать приложения для операционной системы Android и передавать данные по Bluetooth. Теперь при нажатии на кнопку на экране телефона на базе операционной системы Android, произойдет изменение состояния светодиода на плате.
Вы можете развить мысль и сделать более дружественный интерфейс на Android, управлять с его помощью гораздо более сложными устройствами, публиковать классные приложения в Android Market и ещё много-много всего интересного!
В этом материале предлагаем узнать, как можно сделать радиоуправляемую машинку в домашних условиях.
Для изготовления машинки, нам понадобится:
- игрушечная машинка;
- две карты Arduino Uno;
- две платы радио модуля NRF24;
- конденсатор на 470 мф, 25 вольт;
- плата драйвера двигателя L298N;
- двигатель;
- сервопривод;
- аналоговый джойстик;
- аккумуляторные батарейки;
- батарейка крона;
- две кнопки включения и выключения;
- корпус.
Первым делом необходимо припаять конденсатор на выводы питания радио модуля. Также предварительно нужно собрать аккумуляторные батарейки, чтобы получить суммарную мощность в 12 вольт для питания двигателя и платы Arduino.
Необходимо позаботиться о поворотной системе автомобиля. Для этого вырезаем часть, предназначенную для крепления передних колес.
Теперь необходимо проделать отверстия диаметром 4 мм в нижней части корпуса машинки и колесах.
Собираем все. Просовываем винт в колесо, и фиксируем двумя гайками.
Просовываем еще один винт в отверстие на корпусе, фиксируем гайками.
В конце остается надеть колесо с уголком на гайку в корпусе машинки и зафиксировать еще парой гаек. Проделываем то же самое со вторым колесом.
Теперь необходимо соединить сервопривод к поворотной системе.
Также в двигателе есть специальные крепежные отверстия, в которые нужно вставить два винтика, чтобы закрепить двигатель на корпусе машинки.
Теперь необходимо залить код на плату Arduino. В конце статьи будет представлен код для приемника, а также код для передатчика.
Представляем схему сборки джойстика или передатчика.
Ниже вы можете увидеть схему сборки приемника.
В конце остается собрать электронику и механику самодельного радиоуправляемого автомобиля. При включении надо сначала включить пульт управления, после чего саму машинку.
Как и обещали, ниже даем ссылки на коды, необходимые для программирования платы
Код для приемника: (скачиваний: 3609)
Код для передатчика: (скачиваний: 2617)
Также представим короткую инструкцию по прошивке плат Arduino Uno. Плату нужно подключить к компьютеру через USB кабель. Далее с официального сайта () нужно скачать бесплатную программу, установить ее, установить драйверы платы и прошить ее при помощи этой программы.
Если же вы используете китайскую плату , то ее драйвер можете скачать по этой ссылке:
Что нам понадобится:
1. Шасси для робота, =9,50$2. Драйвер двигателя, =1,22$
3. Датчик, который будет определять препятствие, я остановился на самом популярном и дешевом варианте =0,94$
Однако, никто не мешает воспользоваться более дорогими или чем-то подобным
4. Крепление датчика, не самый лучший, но жизнеспособный вариант. =1,08$
В качестве аналогов: , еще существует неуловимый желтый, наиболее прошаренный, но ссылку так и не нашел. Кто будет искать на вид он похож на синий, но имеет нормальные отверстия под винт м3 и 4 шурупа для крепления дальномера.
5. Плата arduino, которая будет обрабатывать данные с датчика и выдавать решение, куда ехать дальше. Остановился на , как на самой удобной для моделирования на «лету» =5.88$
Эта плата выбрана из-за возможности заменить микроконтроллер в случае фатальной неудачи, так что можно купить версию
Итого я потратил примерно 19$ на самое основное
!!! терминалы, разъемы, клещи можно заменить
вышеперечисленное мне понадобится позже и не раз, не обязательно так разгонятьсяПарочка фото на закуску
Провода и терминалы
Стойки, болты, гайки, шайбы
Сборка
Переходим к самому интересному - к созданию Франкенштейна!Первым делом сверлим в синем кронштейне отверстие под болт м3, потому как иного варианта крепления я не нашел
на термоклей сажаем дальномер.
Собираем шасси и крепим наш датчик. Чтобы он располагался как можно ниже, пришлось закрепить его не сразу на шасси, а с помощью стойки опустить на несколько сантиметров вниз. Нижний край кронштейна получился на одном уровне с моторами.
Крепим драйвер двигателя, подключаем моторы.
Приспосабливаем повербанк вместо батарейного отсека.
Для этого делаем два отверстия под винты м3 для крепления на шасси, припаиваем два проводка "+" и "-" к USB на плате и выводим провода через еще одно просверленное отверстие. К сожалению у меня не было под руками подходящего выключателя, так что эту функцию будет выполнять отключение проводков от ардуины. Далее крепим это дело на шасси.
Ставим ардуину, подключаем провода
Удобно, что заряжается аккумулятор через повербанк.
Вставляем аккумулятор прошиваем (воспользовался средой atmel studio 6), переворачиваем, чтобы не убежала, и тестируем, что получилось.
На первый взгляд все норм, если появляется препятствие машинка отворачивает в сторону, проверяет наличие препятствия и в случае повторного обнаружения поворачивает в другую сторону. Что получилось на практике: препятствия обнаруживает на ура, поворачивает неплохо, опытным путем поставил нужные задержки, но практически не способна ехать по прямой из-за заднего направляющего колеса. Скорее всего это мне попался такой «тугой» вариант, но из-за этого машинка всегда едет по диагонали, мелочь, а неприятно.
Подведем итоги
Для начала, тем, кто решит делать что-то подобное, стоит обратить внимание на шасси с четырьмя моторами. Такой шаг, в теории, исключит вероятность движения по дуге, но может добавить головной боли при подборе драйвера двигателя. Но не спешите ломать голову, можно оставить этот, все должно отлично работать, по токам проходит впритык - два мотора на канал. А вот однобаночного повербанка не хватит точно. На мой взгляд это уже повод рискнуть. Так же придется покупать шайбы, т.к. при креплении к пластмассе могут быть неприятные вещи. Еще было бы отлично разделить питание ардуины и моторов, либо воспользоваться стабилизатором, на худой конец впаять конденсатор большой емкости, но это для истинных ценителей, у меня работает и так. На практике я уложился в цену примерно 2000 руб, можно было и дешевле, но это была моя зарядка для ума и первый опыт в программировании (для чего собственно все и затевалось), особо экономить не стал. Появится время прикручу радиоуправление и выключатель.P.S. Проблему движения по дуге решала замена моторов, спасибо за совет. При покупке шасси не спешите подтверждать, сначала испытайте его в деле. Больше косяков нет, все работает.
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!
Машинка на arduino и Bluetooth без редактирования кода. Мы будем использовать специализированный бесплатный софт для составления скетча. Кроме того не надо покупать шасси для нашей поделки, подойдет практически любая неисправная радиоуправляемая модель автомобиля или танка.
Предлагаю посмотреть обзорный видеоролик про блютуз-управляемую машинку и ее начинку.
Итак, давайте разберем на живом примере как сделать своими руками дистанционно управляемую по bluetooth c android планшета или смартфона машинку. Статья, как ни странно, рассчитана на начальный уровень знаний. Здесь нет руководства по редактированию кода в Arduino IDE, да и мы использовать его будем только для заливки нашего кода. А составлять алгоритм управления будем в программе под названием FLProg. Программа управления со смартфона — HmiKaskada_free. Но сначала о железе, которое нам понадобится.
Машинка на arduino и Bluetooth — аппаратная часть.
Первое что необходимо это шасси , то есть корпус с колесами и моторчиками, который и будет ездить на радость нам и окружающим. В моем случае был использован корпус от радиоуправляемой игрушки в которой выгорела силовая часть. Перспектива ремонта мне показалась унылой, да и хотелось чего то нового для своих детей. Так и родился этот проект. В корпусе стоят два двигателя которые приводят в движение колеса по бортам машинки, как у танка. Вся электронная начинка отправилась на запчасти.
Для управления электродвигателями нашего будущего творения понадобится Н-мост на микросхеме L298N Ссылка на Али, я брал у именно этот. Картинка кликабельна.
Н-мост для arduino
Может управлять двумя двигателями в диапазоне напряжений 5 — 35 вольт. Поддерживает ШИМ, то есть можно регулировать обороты двигателей. На плате есть вывод стабилизированного напряжения 5 вольт для питания ардуино.
Схема подключения проста и незатейлива:
Следующей неотъемлемой частью электронной начинки нашего проекта является bluetooth модуль HC-06 . Самый обычный модуль для ардуино, настолько популярен что в дополнительном описании не нуждается.
HC-06 bluetooth for arduino
Основным элементом и мозгом в моем случае выступает arduino nano , тут даже фото выкладывать не буду ибо все о ней знают и умеют с ней работать. Кстати подойдет любая плата ардуино, лишь бы в корпус поместилась 😀
Аккумуляторы и провода для пайки в определении спецификации не нуждаются. Выбор аккумуляторов зависит от рабочего напряжения электродвигателей.
Машинка на arduino и Bluetooth — составление скетча.
Повторюсь — никакого копания в коде тут не будет. Мы будем использовать популярную программу FLProg. Скачать ее последнюю версию можно на официальном сайте . Интерфейс проги прост и незатейлив, но имеется огромный функционал и поддержка практически всех популярных модулей. Как ей пользоваться писать не буду так как это потянет на пару статей. Скажу только что я не встречал более удобной и доступной программы для составления скетчей для arduino и ее клонов. Скрин интерфейса:
Интерфейс FLProg
На сайте полно текстовых и видео мануалов, думаю разберетесь.
Мой проект для дистанционно-управляемой машины можно скачать с яндекс-диска.
Машинка на arduino и Bluetooth — интерфейс управления на планшете android.
По многочисленным просьбам написал подробную инструкцию по разработке интерфейса управления на базе HmiKaskada android в статье . Ссылка кликабельна.
Для устройств под управлением android существует программа HmiKaskada (ссылка на ЯндексДиск) . Изначально она разрабатывалась как альтернатива дорогим промышленным HMI панелям. Но пытливые умы быстро смекнули что управлять она может чем угодно. В нашем случае машинкой. Поддерживает беспроводные интерфейсы Wi-Fi и Bluetooth, кроме того можно девайс подключить напрямую через USB.
Есть платная и бесплатная версии программы. У меня есть обе но я принципиально сделал проект в бесплатной версии что бы показать вам и в очередной раз убедиться в абсолютной работоспособности free версии. Основное отличие free от PRO версий это работа только по блютуз.
На форуме FLProg есть гигантская ветка по вопросу совместимости с КаСкадой, да и разработчик активен и общителен. Скрин панели управления выкладывать не вижу смысла — он есть в видеоролике.
