Arduino 智能小车 - 蓝牙控制（20180504实训课--华清远见）

1.cc2541 蓝牙模块

• 蓝牙（ Bluetooth®）是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波).

• 在 Arduino 小车上我们使用的蓝牙模块是基于 cc2541 蓝牙芯片构成的.

• 在 cc2541 芯片内部已经实现了 蓝牙协议,我们不需要开发调试蓝牙协议,一般的蓝牙模块都是采用的串口协议与外部设备进行通讯,当需要通过蓝牙模块发送数据时,直接使用串口即可,蓝牙模块会自动通过蓝牙协议发送给配对好的蓝牙设备.

2.串口通讯

2.1 uart 简介

• 一般我们所说的串口都是表示 uart 口,即通用异步串行收/发装置.
• UART 有4个引脚分别为: 
  
  • VCC : 电源
  • GND : 接地
  • RX : 接收
  • TX : 发送

2.2 TTL 电平

• UART 在传输数据时使用的是 TTL 电平,即 0(0v) 表示低电平 1(3.3v或5v) 表示高电平.
• 具体可以参考下图: 
  

2.3 RS232 电平

• RS232 主要是为了解决 TTL 电平抗干扰能力不强的问题,提高了电平的范围,并使用了负逻辑电平 
  

3.Arduino 串口通讯

• 由于蓝牙模块与 Arduino 开发板通过串口通讯,所以我们必须先了解 Arduino 的串口.
• Arduino 开发板上有一个串口,在操作时要调用 Arduino 对应的库函数.

• 相关的库函数如下:

  • begin() 用于设置串口波特率.

    1. Serial.begin(speed)

  • end() 函数用于关闭串口通讯

    1. Serial.end();

  • available() 函数用于判断串口缓冲区是否有数据输入

    1. Serial.available();

  • read() 函数用于读取串口数据

    1. Serial.read();

  • print() 函数用于将数据写入到串口中

    1. Serial.print();

  • println() 函数用于将数据(包括'\n')写入到串口中

    1. Serial.println();

• 一般 Arduino 串口编程步骤如下:

  • 设置串口波特率,一般在 setup() 中添加即可

    1. void setup() {
    2. Serial.begin(115200);//设置串口0的波特率
    3. }

  • 调用 print 或者 println 函数可以通过 Arduino 串口发送给 pc,可以通过串口监视器可以查看，具体编码如下

    1. void loop() {
    2. //每隔 1s 输出字符串
    3. Serial.println("Hello,HQYJ.");
    4. delay(1000);
    5. }

  • 具体在调试窗口上显示的如下图: 
    

4.Arduino 与 蓝牙模块连接

• Arduino 与蓝牙模块主要有以下的引脚需要连接: 
  
  • +5v : 接5v电源
  • GND ：接地
  • RX : 与 Arduino TX 引脚连接
  • TX : 与 Arduino RX 引脚连接
• 在 TX / RX 引脚在连接时, 可以选择任意引脚,这里选择的引脚8,9，可以根据实际情况进行选择

5.Arduino 软串口

5.1 Arduino 软串口

• 由于 Arduino 的物理串口只有一个,一般用于调试,当有更多的设备需要使用串口时,则需要通过普通的 IO 口模拟,在 Arduino 提供了相应的函数接口用于将普通的 IO 口编程串口的 RX/TX 功能.

5.2 Arduino 软串口编程

5.2.1 Arduino 软串口定义

• 在 Arduino 库函数中使用 SoftwareSerial 来定义一个软串口,一般定义如下:

1. SoftwareSerial bluetoothSerial(8,9);

• 在上述语句中,将 Arduino 的引脚 8,9 设置为与蓝牙模块串口通讯的 RX 与 TX 的功能.

5.2.2 Arduino 软串口监听

• 在使用 Arduino 的软串口时,需要调用 listen() 函数进行监听,具体编程如下:

1. char recv;
2. //监听蓝牙串口数据
3. bluetoothSerial.listen();

5.2.3 Arduino 软串口数据判断

• 在读取串口数据之前需要调用 available() 函数来判断是否有数据.

1. //判断串口是否产生数据
2. while(bluetoothSerial.available() > 0){
3. }

5.2.4 Arduino 软串口数据读取

• 当读取串口数据时需要调用 read() 函数来获取串口的数据.

1. recv = bluetoothSerial.read();//读取蓝牙串口的数据
2. Serial.println(recv);//通过Arduino 串口进行输出

• 完整的测试程序如下:

1. #include <SoftwareSerial.h>
2. //将8,9引脚设置为串口的rx,tx
3. SoftwareSerial bluetoothSerial(8,9);
5. void setup() {
6. Serial.begin(115200);//设置Arduino开发板的串口的波特率
7. bluetoothSerial.begin(115200);//设置蓝牙的串口的波特率
8. }
10. void loop() {
11. char recv;
12. //监听蓝牙串口数据
13. bluetoothSerial.listen();
14. while(bluetoothSerial.available() > 0){
15. //读取蓝牙串口数据
16. recv = bluetoothSerial.read();
17. Serial.println(recv);
18. }
19. delay(1000);
20. }

5.使用蓝牙助手调试

5.1 ios 平台

• 在 ios 平台下可以下载 LightBlue 软件进行调试,会自动进行搜索,对应的名字为 JDY-08 .
• 当搜索到之后可以选择 write new value 向蓝牙模块传输值
• 当蓝牙模块接收到数据后,可以通过 Arduino 物理串口进行发送至pc上的调试窗口

5.2 Android 平台

• 在 Android 安装 Tools 目录中的 apk 即可,通过这个软件进行控制.
• 在使用时需要注意以下问题: 
  
  • 上下左右发送的值为 10 11 12 13
  • 如果单独发送指令,则需要使用两位的十六进制实现,比如发送1,则需要发送01

6.通过蓝牙控制小车

• 当蓝牙模块可以通讯后,则可以实现通过蓝牙控制小车,具体的代码如下:

1. #include <SoftwareSerial.h>
2. #include <Servo.h>
4. SoftwareSerial bluetoothSerial(8,9);
6. #define STOP 0 //停止
7. #define FORWARD 1 //前进
8. #define BACKWARD 2 //后退
9. #define TURNLEFT 3 //左转
10. #define TURNRIGHT 4 //右转
12. //左边的电机控制引脚
13. int leftMotor_1 = 12;
14. int leftMotor_2 = 13;
16. //右边的电机控制引脚
17. int rightMotor_1 = 10;
18. int rightMotor_2 = 11;
20. void setup() {
21. // put your setup code here, to run once:
22. Serial.begin(115200);
23. bluetoothSerial.begin(115200);
25. pinMode(leftMotor_1, OUTPUT);
26. pinMode(leftMotor_2, OUTPUT);
27. pinMode(rightMotor_1, OUTPUT);
28. pinMode(rightMotor_2, OUTPUT);
29. }
31. void loop() {
32. char cmd;
33. while(bluetoothSerial.available() > 0){
35. cmd = bluetoothSerial.read();
36. //以下指令根据实际情况调整
37. switch(cmd){
38. case 'F':
39. moveForward();
40. delay(2000);
41. stopCar();
42. break;
43. case 'B':
44. moveBackward();
45. delay(2000);
46. stopCar();
47. break;
48. case 'L':
49. moveLeft();
50. delay(500);
51. stopCar();
52. break;
53. case 'R':
54. moveRight();
55. delay(500);
56. stopCar();
57. break;
58. default:
59. stopCar();
60. break;
61. }
62. }
63. }
66. void moveLeft(void)
67. {
68. digitalWrite(leftMotor_1, HIGH);
69. digitalWrite(leftMotor_2, LOW);
70. digitalWrite(rightMotor_1, LOW);
71. digitalWrite(rightMotor_2, HIGH);
72. }
73. void moveRight(void)
74. {
75. digitalWrite(leftMotor_1,LOW);
76. digitalWrite(leftMotor_2, HIGH);
77. digitalWrite(rightMotor_1, HIGH);
78. digitalWrite(rightMotor_2, LOW);
79. }
81. void moveForward(void)
82. {
83. digitalWrite(leftMotor_1, LOW);
84. digitalWrite(leftMotor_2, HIGH);
85. digitalWrite(rightMotor_1, LOW);
86. digitalWrite(rightMotor_2, HIGH);
87. }
89. void moveBackward(void)
90. {
91. digitalWrite(leftMotor_1, HIGH);
92. digitalWrite(leftMotor_2, LOW);
93. digitalWrite(rightMotor_1, HIGH);
94. digitalWrite(rightMotor_2, LOW);
95. }
97. void stopCar(void)
98. {
99. digitalWrite(leftMotor_1, LOW);
100. digitalWrite(leftMotor_2, LOW);
101. digitalWrite(rightMotor_1, LOW);
102. digitalWrite(rightMotor_2, LOW);
103. }