Контролируем со смартфона радиоуправляемую машину с использованием Arduino

Этот урок показывает как сделать радиоуправляемую модель машины, которую можно контролировать через смартфон. В этом руководстве мы будем использовать плату Arduino Uno.

Шаг 1. Комплектующие

Для того, чтобы сделать модель машины на радиоуправлении (RC-машина) с использованием Ардуино и с возможностью контроля через смартфон, нам понадобятся следующие детали:

1. Комплект шасси робота 4WD
2. Arduino Uno
3. Модуль H-моста LM298
4. Модуль Bluetooth HC-05
5. Батарея Li-po 12В
6. Провода-перемычки
7. Провода "папа-папа"
8. Клейкая лента или любая другая лента
9. Смартфон

Шаг 2. Шасси

Вы можете купить готовый комплект для сборки 4WD шасси или сделать его с помощью ПВХ или любого вида жесткой доски. Наш вариант на фото выше был куплен в онлайн-магазине. Вполне возможно сделать аналог этого шасси своими руками. Не имеет особого значения вид шасси, можно выбрать на свой вкус.

Шаг 3. Моторы (приводы)

В этом проекте используются 6В моторы постоянного тока. Вы можете использовать любой вид приводов на 6В постоянного тока. После того как вы купили моторы, нужно их подготовить перед размещением на шасси.

Отрежьте 4 кусочка красного и черного провода длиной примерно от 5 до 6 дюймов (12 - 15 см). Можно использовать провода 0,5 мм. Снимите изоляцию с проводов на каждом конце. Припаяйте провода к клеммам двигателей.

Вы можете проверить полярность двигателя, подключив его к батарейному блоку. Если он вращается в прямом направлении (красный провод с положительного и черный провод с отрицательного вывода батареи), то соединение правильное.

Шаг 4. Установка двигателей

Следуйте фотографиям выше для того, чтобы понять как установить все двигатели на шасси нашей будущей модели радиоуправляемой машины, которую мы будем контролировать со смартфона.

Шаг 5. Ардуино контроллер

Arduino UNO - это плата микроконтроллера с открытым исходным кодом, основой которой служит микроконтроллер Microchip ATmega328P и разработанная Arduino.cc.

Плата оснащена наборами цифровых и аналоговых пинов ввода/вывода (I/O), которые могут быть подключены к различным платам расширения (экранам) и другим цепям. Плата имеет 14 цифровых контактов, 6 аналоговых контактов и программируется с помощью Arduino IDE (интегрированная среда разработки) через USB-кабель типа B. Плата может питаться от USB-кабеля или от внешней 9-вольтовой батареи, хотя он принимает напряжение от 7 до 20 вольт, по аналогии с Arduino Nano и Leonardo.

Эталонный дизайн оборудования распространяется под лицензией Creative Commons Attribution Share-Alike 2.5 и доступен на веб-сайте Arduino. Макет и производственные файлы для некоторых версий оборудования также доступны. «Uno» означает один на итальянском языке и был выбран в честь выпуска Arduino Software (IDE) 1.0. Плата Uno и версия 1.0 программного обеспечения Arduino (IDE) были эталонными версиями Arduino, теперь разработанными для более новых выпусков.

Плата Uno является первой в серии плат Arduino c USB и эталонной моделью для последующих платформ. ATmega328 на Arduino Uno поставляется с предварительно запрограммированным загрузчиком, который позволяет загружать новый код без использования внешнего аппаратного программера с использованием оригинального протокола STK500. Uno также отличается от всех предыдущих плат тем, что не использует микросхему драйвера FTDI USB-to-serial. Вместо этого он использует Atmega16U2 (Atmega8U2 до версии R2), запрограммированный как преобразователь USB-to-serial.

Микроконтроллеры обычно программируются с использованием диалекта функций из языков программирования C и C++. В дополнение к использованию традиционных наборов инструментов компилятора проект Arduino предоставляет интегрированную среду разработки (IDE).

Шаг 6. H-мост (модуль LM 298)

Термин H-мост (англ. H-bridge) выведен из типичного графического представления такой схемы. Это схема, которая может приводить двигатель постоянного тока в прямом и обратном направлении, см. рисунок выше для понимания работы H-моста.

Он состоит из 4 электронных переключателей S1, S2, S3 и S4 (транзисторы / МОП-транзисторы (MOSFET) / IGBTS). Когда переключатели S1 и S4 замкнуты (а S2 и S3 разомкнуты), на двигатель идет положительное напряжение. Поэтому он вращается в прямом направлении. Аналогично, когда S2 и S3 замкнуты, а S1 и S4 открыты, обратное напряжение идет через двигатель, поэтому он вращается в обратном направлении.

H-мосты доступны в виде интегральных микросхем, или вы можете создать свой собственный, используя 4 обычных транзистора или полевых транзистора (MOSFET). В нашем случае мы используем микросхему H-моста LM298, которая позволяет контролировать скорость и направление вращения двигателей. Ниже перейдем к описанию пинов:

Выход 1: двигатель постоянного тока 1 "+" или шаговый двигатель A+

Выход 2: двигатель постоянного тока 1 "-" или шаговый двигатель A-

Выход 3: двигатель постоянного тока 2 "+" или шаговый двигатель B+

Выход 4: двигатель B выведен

12В контакт: 12В вход, но вы можете использовать от 7 до 35 В

GND: земля

Вывод 5В: выход 5 В, если перемычка 12 В на месте, идеально подходит для питания вашего Arduino

EnA: включает сигнал ШИМ для двигателя А

IN1: включить двигатель A

IN2: включить двигатель A

IN3: включить двигатель B

IN4: включить двигатель B

EnB: включает сигнал ШИМ для двигателя B

Шаг 7. Источник питания

Для нашей радиоуправляемой модели машины на основе Ардуино и с контролем через смартфон могут быть использованы следующие батареи:

1. Щелочная батарея типа АА (не перезаряжаемая)
2. AA NiMh или NiCd аккумулятор
3. Литий-ионный аккумулятор
4. Батарея LiPo

Шаг 8. Электрические соединения

Для реализации соединений нужны перемычки. Соедините красные провода двух двигателей (с каждой стороны) вместе и черные провода вместе. Таким образом у нас теперь есть два терминала с каждой стороны. MOTORA отвечает за два правых двигателя, соответственно два левых двигателя подключены к MOTORB. Следуйте инструкциям ниже, чтобы соединить все.

Соединения двигателей

Out1 -> Красный провод левого бокового мотора (+)

Out2 -> Черный провод левого двигателя (-)

Out3 -> Красный провод правой стороны двигателя (+)

Out4 -> Черный провод правой стороны двигателя (-)

LM298 -> Arduino

IN1 -> D5

IN2-> D6

IN2 -> D9

IN2-> D10

Модуль Bluetooth -> Arduino

Rx-> Tx

Tx -> Rx

GND -> GND

Vcc -> 3,3 В

Питание

12V -> Подключите красный провод аккумулятора

GND -> Подключите черный провод аккумулятора и вывод Arduino GND

5V -> Подключение к контакту Arduino 5V

Шаг 9. Логика управления

Логика управления описывается в таблице ниже.

Шаг 10. Приложение для смартфона

Скачать приложение и установить в смартфон вы можете через Google Play (ссылка).

Для управления RC-автомобилем мы используем смартфон. Смартфон подключается к контроллеру через модуль Bluetooth (HC-06/05). После установки приложения необходимо настроить связь с модулем Bluetooth. Пароль для связи: «1234».

Шаг 11. Код Ардуино

Программная часть довольно простая и не нужна никакая библиотека. Если вы понимаете логическую таблицу на предыдущих шагах, вы сможете написать собственный код. Скачать или скопировать код вы можете ниже:

// Код ошибки: код 01; Радиус поворота выше скорости; Код 02; Скорость выше 255;
#define in1 5 //L298n Motor Driver pins.
#define in2 6
#define in3 10
#define in4 11
#define LED 13
int command; //Int to store app command state.
int Speed = 204; // 0 - 255.
int Speedsec;
int buttonState = 0;
int lastButtonState = 0;
int Turnradius = 0; //Set the radius of a turn, 0 - 255 Note:the robot will malfunction if this is higher than int Speed.
int brakeTime = 45;
int brkonoff = 1; //1 for the electronic braking system, 0 for normal.
void setup() {
  pinMode(in1, OUTPUT);
  pinMode(in2, OUTPUT);
  pinMode(in3, OUTPUT);
  pinMode(in4, OUTPUT);
  pinMode(LED, OUTPUT); //Set the LED pin.
  Serial.begin(9600);  //Set the baud rate to your Bluetooth module.
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    command = Serial.read();
    Stop(); //Initialize with motors stoped.
    switch (command) {
      case 'F':
        forward();
        break;
      case 'B':
        back();
        break;
      case 'L':
        left();
        break;
      case 'R':
        right();
        break;
      case 'G':
        forwardleft();
        break;
      case 'I':
        forwardright();
        break;
      case 'H':
        backleft();
        break;
      case 'J':
        backright();
        break;
      case '0':
        Speed = 100;
        break;
      case '1':
        Speed = 140;
        break;
      case '2':
        Speed = 153;
        break;
      case '3':
        Speed = 165;
        break;
      case '4':
        Speed = 178;
        break;
      case '5':
        Speed = 191;
        break;
      case '6':
        Speed = 204;
        break;
      case '7':
        Speed = 216;
        break;
      case '8':
        Speed = 229;
        break;
      case '9':
        Speed = 242;
        break;
      case 'q':
        Speed = 255;
        break;
    }
    Speedsec = Turnradius;
    if (brkonoff == 1) {
      brakeOn();
    } else {
      brakeOff();
    }
  }
}

void forward() {
  analogWrite(in1, Speed);
  analogWrite(in3, Speed);
}

void back() {
  analogWrite(in2, Speed);
  analogWrite(in4, Speed);
}

void left() {
  analogWrite(in3, Speed);
  analogWrite(in2, Speed);
}

void right() {
  analogWrite(in4, Speed);
  analogWrite(in1, Speed);
}
void forwardleft() {
  analogWrite(in1, Speedsec);
  analogWrite(in3, Speed);
}
void forwardright() {
  analogWrite(in1, Speed);
  analogWrite(in3, Speedsec);
}
void backright() {
  analogWrite(in2, Speed);
  analogWrite(in4, Speedsec);
}
void backleft() {
  analogWrite(in2, Speedsec);
  analogWrite(in4, Speed);
}

void Stop() {
  analogWrite(in1, 0);
  analogWrite(in2, 0);
  analogWrite(in3, 0);
  analogWrite(in4, 0);
}

void brakeOn() {
  //Here's the future use: an electronic braking system!
  // read the pushbutton input pin:
  buttonState = command;
  // compare the buttonState to its previous state
  if (buttonState != lastButtonState) {
    // if the state has changed, increment the counter
    if (lastButtonState == 'F') {
      if (buttonState == 'S') {
        back();
        delay(brakeTime);
        Stop();
      }
    }
    if (lastButtonState == 'B') {
      if (buttonState == 'S') {
        forward();
        delay(brakeTime);
        Stop();
      }
    }
    if (lastButtonState == 'L') {
      if (buttonState == 'S') {
        right();
        delay(brakeTime);
        Stop();
      }
    }
    if (lastButtonState == 'R') {
      if (buttonState == 'S') {
        left();
        delay(brakeTime);
        Stop();
      }
    }
  }
  // save the current state as the last state,
  //for next time through the loop
  lastButtonState = buttonState;
}
void brakeOff() {

}

На этом всё. Хороших вам проектов.