从零开始DIY一辆蓝牙遥控小车

2018-10-28 本文已影响0人创客大杨

关键词：遥控小车；Arduino；直流电机；L298N电机驱动板；串口蓝牙模块

一、简介

本项目使用Arduino实现了一个最小功能的蓝牙遥控小车

整车效果图

电路原理图

制作流程主要分为四个部分：1.组装小车；2.烧写代码；3.调试蓝牙；4.整车测试
其中，前三个部分的耦合性很低，每个部分可以独立操作和调试

二、实现过程

1. 组装小车

所需环境：十字螺丝刀×1

车身零件全家福

1.1 电机绕线及固定

直流电机

本项目使用直流电机（即常见的玩具四驱车的马达）作为小车的驱动装置，直流电机的特点是：只要电机的两极有电势差，电机就可以运转，反接则逆转，两极电势差为零时停止运转。

电极绕线

这款直流电机没有预先引出导线，所以需要我们手工连接导线：
首先，把杜邦线裸露出铜线的一段塞入电机铜电极的小孔中；
然后把探出的那部分铜线弯折一下，用指尖压住弯折处两段的铜线，旋转几圈，让两段铜线缠绕在一起；
这样保证了铜线和电极的充分接触，省去了焊接的麻烦。

从零开始DIY一辆蓝牙遥控小车

注：没有要求电极和不同颜色导线的对应关系，可以随意连接。

测试电机

把两个电机和4根杜邦线连接完毕之后就可以对电机进行简单的测试：只要把杜邦线的两头接触18650锂电池的两极即可，可以观察到电机开始快速转动，如果调换电池的电极，会发现电机发生反转。

固定电机

把两个固定电机用的插销插到车底盘上对应的空槽中，然后将长螺丝穿过，用手轻轻旋上螺母

固定电机

1.2 固定驱动板和万向轮

L298N工作原理

由上文的内容可知，直流电机只要一极接高电平，一极接低电平即可转动，大家也知道Arduino的数字输出引脚可以直接输出高电平或低电平，但我们一般不直接将Arduino连接到直流电机上，因为Arduino板的电流负载是有限的，直接连接电极容易引发电流过载，导致Arduino板被烧坏，所以我们选用L298N这块转接驱动板，作为Arduino和电机之间的桥梁

针脚对应关系如下图，其中in1 ~ in4对应OUT1~OUT4，我们将Arduino的数字输出针脚接到in1 ~ in4上，即可将对应的高低电平信号映射到OUT1~OUT4的接线柱上，从而控制电机
L298N除了有转换信号的功能外，内部还有稳压模块，可以接受7 ~ 12V的输入，然后转换出一个5V的输出，分别对应这下部的3个接线柱，我们之后会将18650电池组的正极接到 7 ~ 12V输入的接线柱上，负极接地，然后用L298N提供的5V输出和接地作为正负极来为Arduino板供电

L298N针脚对应关系图

固定驱动板和接线

固定驱动板的方法很简单，我们只用两组螺丝螺母，固定到下图所示的位置，注意螺丝不要扭太紧

固定驱动板

把杜邦线固定到接线柱上

使用螺母固定好L298N之后，需要将电极引出的杜邦线的针脚固定到L298N的接线柱上，方法是先用螺丝刀松开接线柱内的螺丝，然后塞入杜邦线的针脚，最后再用螺丝上紧，如下图

将杜邦线固定到接线柱上

这部分完成

1.3 装配18650电池盒和电源开关

18650锂电池

18650型锂电是电子产品中比较常用的可充电锂电池，单节电压一般为3.7V，常在充电宝或笔记本电脑的电池中作为电芯使用。其型号的定义法则为：如18650型，即指电池的直径为18mm，长度为65mm，0代表是圆柱体型的电池。*

选用原因

由于Arduino UNO的标准输入电压为5 ~ 9V，L298N驱动板的输入电压为7 ~ 12V，所以本项目选用了两节18650锂电池串联（串联后总电压为7.4V）的方式作为小车的电源，同时给Arduino和电机驱动板供电

安装电池盒，连接开关

安装电池盒和开关

给船型开关的两个引脚缠线，这部分需要耐心些，注意两个引脚的导线不要接触到一起，否则开关就会失效

这部分需要耐心些

最后用一个螺丝螺母的组合穿过底板（注意穿过的孔的位置）固定电池盒和用于支撑Arduino的铜柱（用螺母固定），还要在L298N的接线柱上增添两条用于给Arduino供电的杜邦线，安装的时候注意牢固

注意孔的位置

1.4 固定Arduino，连接剩余杜邦线

固定Arduino，根据原理图连线

然后可以用一个螺丝固定Arduino到车身上，并根据电路原理图连接从L298N给Arduino供电的杜邦线

连接供电线路

连接给L298N的信号线

1.5 通电调试

无程序测试电机方法

可以用Arduino板上固定的3.3V和GND输出测试L298N

用Arduino固定的3.3V和GND输出测试L298N

按照原理图连线

2. 烧写代码

2.1 使用Arduino IDE向开发板上传代码

连接Arduino和PC机，使用Arduino IDE打开本项目的代码文件，在【工具】菜单中选择所需要上传的端口，然后点击上传

2.2 使用Arduino IDE串口工具进行调试

底部状态栏显示上传成功后，保持Arduino和PC机连接的状态，点击右上角的串口监视器，出现一个小程序框

上传成功后，打开串口监视器

串口监视器程序框的顶部是一个输入栏，在这里我们可可以对上传到板上的程序进行测试，在输入栏输入“w”后，点击【发送】按钮，会发现文本框里可以从Arduino得到相应的反馈（这是在源代码中设置的），然后还可以依次测试发送“a”、“d”、“s”、“x”这几种消息，如均正常，则程序无误。

使用了键盘的W、A、S、D、X键位的布局来与前进、左转、右转、停止和后退这几个概念做对应

在串口监视器中测试

2.3 连接车身调试

如果小车车身安装好了，这时可以把Arduino和小车车上的引脚按照原理图连接好，然后还通过上一个步骤的方法，在PC机上用串口监视器给Arduino发送消息，观察轮胎的运转情况，看是否按照程序的描述运转，如果不能，可能是在电机的引脚或者连线的时候出现偏差，解决方法有三种：

修改源代码中控制轮的变量与数字引脚的对应关系
修改Arduino到L298N信号线的连线
修改L298N和电机之间的连线

每种方法都可以解决小车不能按照规定接受消息的方式运转的问题，请同学们自由选择

烧录代码和测试

校正轮胎转动方向

3. 调试蓝牙

关于HC-05和调试

HC-05是一个串口蓝牙通信模块，内部的芯片上封装了蓝牙通信协议以及用于调试的AT指令集，功能是：可以通过蓝牙接受数据，再从串口通信协议从针脚发送出去，也可以从串口接受消息，再经过芯片用蓝牙发送出去，相当于通信无线到有线通信的一个桥梁。

AT指令是应用于终端设备与PC应用之间的连接与通信的指令。AT即Attention。每个AT命令行中只能包含一条AT指令；对于AT指令的发送，除AT两个字符外，最多可以接收1056个字符的长度（包括最后的空字符）

我们将蓝牙模块（HC-05）通过转换器（TTL转USB）连接到电脑上，在电脑上使用串口调试软件（CoolTerm）向蓝牙模块发送特定的AT指令来对蓝牙模块的一些参数，比如设备名称、配对码、主从角色等等。

3.1 将串口蓝牙模块（HC-05）与PC相连接

使用 USB转TTL模块连接 HC-05，连线如下图

连线：GND--GND；5V--5V；RX--TX；TX--RX

要按住RST键连接USB，才能进入AT调试模式

按住蓝牙模块上的RST键，插入PC机的USB口，松开RST键，进入AT指令调试模式，标志是蓝牙模块上的红色指示灯慢速闪烁
如果不按住RST键直接连接USB口的话，红色指示灯会快速闪烁，标志进入蓝牙连接模式

3.2 打开CoolTerm，建立串口通信连接

将蓝牙模块连接到PC上后，查看设备管理器，打开CoolTerm软件，点击【Options】图标进入选项设置，【Port】选项选择设备管理器中CH340对应的端口（根据电脑的不同，不一定是COM5），【Baudrate】修改为 38400，然后点击底部的【OK】确定

进入设置，修改端口和波特率

设置完成后，点击软件上方的【Connect】图标

3.3 使用AT指令调整蓝牙模块的参数

【Connect】成功后，依次点选菜单栏上的【Connection】→【Send String】，会出现一个消息发送框，通过这个可以向蓝牙模块发送AT指令，如下图：

输入“AT+回车”

注意，使用AT指令的时候一定要回车到第二行再点击【Send】发送

AT指令集

分别输入如下指令，查看设备的当前状况
“AT”：回复“OK”，说明设备正常。
“AT+UART”：查看设备的串口通信参数，本实验模块蓝牙模式的波特率为9600
“AT+ADDR”：查看设备的蓝牙地址
“AT+ROLE”：查看设备的主从转台，“0”为从模式，“1”为主模式
“AT+PSWD”：查看设备当前的配对码，默认是1234
“AT+NAME”：查看设备当前的名称，默认是 HC-05
“AT+RESET”：重启设备

用AT指令配置设备

发送完上述AT指令查看完设备信息后，需要根据你的情况修改一些设备信息，方法是，在相应的AT指令后加“=”号，输入要修改的信息即可，本项目主要修改信息如下例

“AT+ROLE=0”：设置蓝牙设备为从模式
“AT+PSWD=123456”：修改配对码为123456，用户自定义
“AT+NAME=Carduino”：修改名称为Carduino，用户自定义
“AT+UART=9600,0,0”：修改蓝牙工作状态波特率为9600，无停止位和校验位

注意！每次都要回车到第二行再点击“Send”

由于硬件存在一定的缺陷，HC-05蓝牙模块在设置【NAME】参数时会有些问题，可能需要多设置几次
如果改名不成功，请使用“AT+ADDR”查询蓝牙设备地址，在手机上根据搜索到的设备地址来连接蓝牙模块

3.4 下载安装BlueSPP软件，设置按键消息

BlueSPP是一个手机端的蓝牙串口通讯通信工具，可以连接蓝牙设备，通过串行通讯协议发送消息

打开APP

进入BlueSPP
连接设备

点右上角图标搜索设备
连接

输入事先配置的配对码
APP首页可以在聊天窗口中向设备发送消息

可以发送消息
右滑，进入自定义键盘页面，每个按钮的“名称”可定义，按钮对应的“按下”，“松开”事件都可配置成发送特定消息

配置按钮“前进”
配置按钮“左转”
配置按钮“后退”
配置结束

按键名称	按下发送	松开发送
前进	w
后退	x	s
左转	a	w
右转	d	w
停止	s

上表为笔者的配置，大家可以根据自己的控制习惯进行设置

4. 整车测试

终于到激动人心的最终环节了

4.1 给Arduino连接蓝牙模块

连接蓝牙

4.2 使用独立电源测试

打开开关，L298N、Arduino、和HC-05蓝牙模块上的能正常闪烁，就可以在手机端用BlueSPP连接蓝牙，让小车下地开始真正的遥控测试了

三、参考代码

char serial_data;   // 将从串口读入的消息存储在该变量中

int wheel_R_1 = 5;  // 右轮in1对应Arduino 5号引脚
int wheel_R_2 = 6; // 右轮in2对应Arduino 6号引脚
int wheel_L_1 = 9;  // 左轮in1对应Arduino 9号引脚
int wheel_L_2 = 10;  // 左轮in2对应Arduino 10号引脚

void setup(){
    // 配置所有控制轮的引脚为输出
    pinMode(wheel_L_1, OUTPUT);
    pinMode(wheel_L_2, OUTPUT);
    pinMode(wheel_R_1, OUTPUT);
    pinMode(wheel_R_2, OUTPUT);
    // 配置串口波特率
    Serial.begin(9600);
}

void loop(){
    if(Serial.available()){
        // 将从串口读入的消息存储在该变量中
        serial_data = Serial.read();
        // 按照 w a s d x 在键盘上的布局来控制车
        // 如果接收到 w ，直行
        if( serial_data == 'w' ){
            move_ahead( );
            Serial.println("The car is moving ahead!");
        }
        // 如果接收到 x ，后退
        else if( serial_data == 'x'){
            move_backwards( );
            Serial.println("The car is moving backwards!");
        }
        // 如果接收到 a ，左转
        else if( serial_data == 'a'){
            turn_left( );
            Serial.println("The car is turning left!");
        }
        // 如果接收到 d ，右转
        else if( serial_data == 'd'){
            turn_right( );
            Serial.println("The car is turning right!");
        }
        // 如果接收到 s ，停止
        else if( serial_data == 's'){
            stop();
            Serial.println("The car is stopping!");
        }
    }
}


// 定义直行函数
void move_ahead(){
    digitalWrite( wheel_L_1, HIGH);
    digitalWrite( wheel_L_2, LOW);
    digitalWrite( wheel_R_1, HIGH);
    digitalWrite( wheel_R_2, LOW);
}

// 定义后退函数
void move_backwards(){
    digitalWrite( wheel_L_1, LOW);
    digitalWrite( wheel_L_2, HIGH);
    digitalWrite( wheel_R_1, LOW);
    digitalWrite( wheel_R_2, HIGH);
}

// 定义左转函数
void turn_left(){
    digitalWrite( wheel_L_1, LOW);
    digitalWrite( wheel_L_2, LOW);
    digitalWrite( wheel_R_1, HIGH);
    digitalWrite( wheel_R_2, LOW);
}

// 定义右转函数
void turn_right(){
    digitalWrite( wheel_L_1, HIGH);
    digitalWrite( wheel_L_2, LOW);
    digitalWrite( wheel_R_1, LOW);
    digitalWrite( wheel_R_2, LOW);
}

void stop(){
    digitalWrite( wheel_L_1, LOW);
    digitalWrite( wheel_L_2, LOW);
    digitalWrite( wheel_R_1, LOW);
    digitalWrite( wheel_R_2, LOW);
}

从零开始DIY一辆蓝牙遥控小车

一、简介

二、实现过程

1. 组装小车

1.1 电机绕线及固定

直流电机

电极绕线

测试电机

固定电机

1.2 固定驱动板和万向轮

L298N工作原理

固定驱动板和接线

把杜邦线固定到接线柱上

1.3 装配18650电池盒和电源开关

18650锂电池

选用原因

安装电池盒，连接开关

1.4 固定Arduino，连接剩余杜邦线

固定Arduino，根据原理图连线

1.5 通电调试

无程序测试电机方法

2. 烧写代码

2.1 使用Arduino IDE向开发板上传代码

2.2 使用Arduino IDE串口工具进行调试

2.3 连接车身调试

3. 调试蓝牙

关于HC-05和调试

3.1 将串口蓝牙模块（HC-05）与PC相连接

3.2 打开CoolTerm，建立串口通信连接

3.3 使用AT指令调整蓝牙模块的参数

AT指令集

用AT指令配置设备

3.4 下载安装BlueSPP软件，设置按键消息

4. 整车测试

4.1 给Arduino连接蓝牙模块

4.2 使用独立电源测试

三、参考代码

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1.1 电机绕线及固定

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L298N工作原理

固定驱动板和接线

把杜邦线固定到接线柱上

1.3 装配18650电池盒和电源开关

18650锂电池

选用原因

安装电池盒，连接开关

1.4 固定Arduino，连接剩余杜邦线

固定Arduino，根据原理图连线

1.5 通电调试

无程序测试电机方法

2. 烧写代码

2.1 使用Arduino IDE向开发板上传代码

2.2 使用Arduino IDE串口工具进行调试

2.3 连接车身调试

3. 调试蓝牙

关于HC-05和调试

3.1 将 串口蓝牙模块（HC-05） 与PC相连接

3.2 打开CoolTerm，建立串口通信连接

3.3 使用AT指令调整蓝牙模块的参数

AT指令集

用AT指令配置设备

3.4 下载安装BlueSPP软件，设置按键消息

4. 整车测试

4.1 给Arduino连接蓝牙模块

4.2 使用独立电源测试

三、参考代码

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