Arduino小车系列1 [胡萝卜创客]

写在前面

为什么要写这样一系列文章，网上很早就有并且还很多此类文章了呀，对于电子相关专业的人分分钟可以搞定的事呀。但，我要写一个和那些文章视角不同的系列，就是我的文章的目标读者是小白人士，可以是各行业对编程和电子硬件都不了解的人，可以是正在小学初中读书的学生。让这些人，通过价格低廉、资料丰富的开源硬件和编程来做一些有意思的事情。

做个什么样的小车

目标是一个小车平台，后续可以基于这个平台做巡线小车、语音小车、监控小车等等有意思的事情。这样的话，我选择了4个轮子车架，空间更大。通过arduino板子控制小车，原因是arduino产品丰富，高中低端都有，可以使用价格很低的arduino的pro mini或nano，便宜的10几块钱就可以搞到。并且arduino的资料是相当丰富了，基于它做小车的教程也好多。通信模块选择zigbee，比蓝牙的障碍物穿透性好，隔一堵墙是没有问题的，正好手里有这样的板子，很容易上手。

Step By Step

最基础的车架，我选择了最常见的亚克力材料树莓派小车车架购买链接(42元购入)。包括了4个直流电机，1个18650电池的3节电池盒。这个小车底盘可以多层，也有安装树莓派的地方，当时就是冲着这些可扩展性买的。提醒一点：这个底盘组装并不容易，安装电机的卡槽不是很吻合，我使了好大力气才完成。

小车底盘

第二层车架，用来安装电池盒、控制器、L298N等。

第二层车架
使用L298N电机驱动板购买链接(7.9元入手)。它有两个作用，一是连接控制器和电机，达到控制器编程控制电机的目的。二是把12V的输入降压为5V输出，用来给控制器Zduino供电。具体硬件连接：OUT1连接左侧两个电机的负极，OUT2连接左侧两个电机的正极。OUT3连接右侧两个电机的正极，OUT4连接右侧两个电机的负极。
- L298N本身的供电，它的输入是5V-35V，我选择12V的电源输入。使用3节18650电池购买链接(每节4.9元入手，一节3.7V)串联得到约12V输入。说明：这个电池可以充电，多次使用，绿色环保。相关配套：18650电池充电器购买链接(8.5元)，18650电池盒(3节串联，和小车底盘一并购入)购买链接。
  
  L298N
控制器选择Zduino pro mini购买链接(28元入，它属于Arduino Pro Mini类型)。这款控制器用来控制电机和控制通信模块，可以对它进行编程。

Zduino pro mini
- Zduino本身的供电，它的输入电压是5V，这里使用L298N的5V输出。说一个惨痛经历：在前一天，使用12v电源给Zduino pro mini供电，可以驱动两个电机转动。今天同样连线，通电后电机也转动了一下，然后就不转了，同时闻到焦味，一摸Zduino芯片烫手，看来是板子烧了。然后，尝试使用USB串口写入程序，发现烧录程序失败，看来结果就是这样了。分析原因，第二次使用时，电池是充满了电的，电压达到了12V，之前电池虚电并没有12V那么高。
- 控制电机使用了引脚5,6,9,10, 它们依次连接L298N的IN1，IN2，IN3，IN4这4个输入，IN1和IN2控制输出OUT1和OUT2，IN3和IN4控制输出OUT3和OUT4。
- 控制ZigBee模块(下图1)，有两点，一是给Zigbee模块供电(Zduino输出电压5V，Zigbee模块输入电压3.3V，故用降压板)，二是与Zigbee模块通过串口进行通信。具体连线是：Zduino的VCC，GND，RXI，TXO依次连接Zigbee模块的降压板(下图2)的5V，GND，引脚1，引脚2，降压板的3V3，GND，引脚1，引脚2依次连接Zigbee板的VCC，GND，Tx，Rx。说明一下，串口的连接也就是RXI和TXO，需要对调连接，即RXI连接Tx，TXO连接Rx。这里的名字不太一致，命名规范问题，功能是一样的。
  
  Zigbee
  
  降压板
其他硬件还包括杜邦线，小车还是比较紧凑的，不需要太长的杜邦线，否则显得凌乱，10cm以内刚刚好。杜邦线分为公对公，母对母，公对母，每种都采购一些，非常便宜。面包板，有了它，可以把Zduino的引脚扩展出来，可以很方便与其他硬件模块连接，电源的连接也会方便很多，最大的好处，就是让我们的小车显得很清爽，不至于邋遢。

小车最终形象

我又重新按照上面文章的步骤，重新组装了一遍小车，一次成功。

whole2.png

whole1.png

整体原理介绍

L298N用来控制4个电机，比如，向前转、向后转，左侧轮子向前转而右侧向后转，从而实现向右转弯，控制电机转速快慢。但是，光有L298N是完不成这么多复杂动作的，它只是执行具体任务的小兵，还需要一个指挥官来指挥它才行。这个指挥官就是arduino板子，它可以支持编写程序，通过程序来给L298N下发指令，叫它完成响应的动作。arduino板子程序编写完成后，这个指挥官就有了一些控制电机的技能了。但是，我们希望可以再指挥arduino这个指挥官，比如，我说“启动”，它就让小车开动起来；我说“停止”，它就让小车停下来。要想arduino这个指挥官可以随时听从我的指挥，就需要zigbee这个通讯员了，它可以进行无线数据传输，我们就可以把我们的指令通过zigbee告诉给arduino这个指挥官了。

软件编程

本文对应的Arduino代码github地址

// hardware:Zduino pro mini
//Zduino pro mini only has one serial.

// this program is used to control car
// zigbee as communication protocol throgh DL-LN33

unsigned char returnFlag[8] = {0xfe, 0x05, 0x91, 0x90, 0x14, 0x10, 0x01, 0xff};
int input1 = 5; // 定义uno的pin 5 向 input1 输出   
int input2 = 6; // 定义uno的pin 6 向 input2 输出  
int input3 = 9; // 定义uno的pin 9 向 input3 输出  
int input4 = 10; // 定义uno的pin 10 向 input4 输出  
int carState = 1;

void setup() {
  Serial.begin(115200); //RX TX serial port
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  pinMode(8, OUTPUT);

  //初始化各IO,模式为OUTPUT 输出模式  
    pinMode(input1,OUTPUT);  
    pinMode(input2,OUTPUT);  
    pinMode(input3,OUTPUT);  
    pinMode(input4,OUTPUT);  

}

String myPtHex(int g){ // 把 g 最右邊 byte 印成 Hex 倆位
  String ret = "";
   int a = g& 0xf0;  // 左邊 4 bits
   a = a >> 4;  // 右移 4 bits
   int b = g& 0x0f;  // 右邊 4 bits
   char c = a < 10 ? a + '0' : a + 'A' - 10;
//   Serial.print(c);
   ret += c;
   c = b < 10 ? b + '0' : b + 'A' - 10;
//   Serial.print(c);
   ret += c;
//   Serial.print("#" + ret + "#");
   return ret;
}

void blinkLed(int pinNumber){
  digitalWrite(pinNumber, HIGH);
  delay(1);
  digitalWrite(pinNumber, LOW);
}

void loop() {

  // have zigbee data to come
  int dataIndex = 1;
   if (Serial.available()) {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); 

    //send back to zigbee board.
//    Serial.write(returnFlag, 8);
    
    myPtHex((char)Serial.read());  
    dataIndex ++;
    while(Serial.available()){
      String dataFlag = myPtHex((char)Serial.read()); 
      if(dataIndex == 7){
//        Serial.print("$"+dataFlag);

//if zigbee send data 01, start car.
        if(dataFlag == "01"){
          blinkLed(8);
          carState = 1;
        }
        // if zigbee send data 00, start car.
        if(dataFlag == "00"){
          blinkLed(8);
          carState = 0;
        }
      }
      dataIndex ++;
      
    }

    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
    
   }

    
  if(carState == 0){
    stopCar();
  }
  
  if(carState == 1){
    startCar();
  }

}



void startCar(){
  //forward 向前转  
      digitalWrite(input1,HIGH); //给高电平  
      digitalWrite(input2,LOW);  //给低电平  
      digitalWrite(input3,HIGH); //给高电平  
      digitalWrite(input4,LOW);  //给低电平
      delay(1000);  //延时0.5秒    
}

void stopCar(){
     digitalWrite(input1,LOW);  
     digitalWrite(input2,LOW);    
     digitalWrite(input3,LOW);  
     digitalWrite(input4,LOW);
     delay(1000);  //延时0.5秒      
}

以上程序如何烧录到Zduino板子中呢，需要两个工具，一是需要一个硬件USB转串口模块购买地址(25元购入，现在12.5元)。二是需要Arduino的开发工具Arduino IDE下载地址。
- USB转串口模块和Zduino的连线方式，该模块的GND，VCC，DTR/RTS，TX，RX依次连接Zduino的GND，VCC，DTR，RXI，TXO。
  
  USB转串口模块连接
- 打开Arduino IDE，点击IDE的菜单：工具(tools)-->开发板(board)，选择Arduino Pro or Pro Mini，然后点击这个菜单的下一个：端口(port)，选择/dev/ttyUSB0。
  
  Arduino_IDE.png
- 把上面的代码粘贴到编辑区，点击菜单：项目-->上传。
  
  上传成功.png

电池通电，4个强劲的轮子转起来