Блютуз машинка для андроид

Собираем свою Bluetooth машинку с управлением на Android

На последней сессии я как обычно тщательно готовился к экзаменам (то есть не знал, чем себя занять), и как по счастливой случайности, у меня образовалась радиоуправляемая машинка, большая и красивая, хотя и явно рассчитанная на детей. Поигравшись минут десять, я захотел ее модернизировать, а именно вместо неудобного джойстика с радиусом действия в 3 метра использовать коммуникатор с bluetooth. И удобнее, и дальность действия больше, и явно видны дальнейшие улучшения, о которых, как впрочем и о процессе прикручивания коммуникатора к детской машинке, и пойдет речь в данной статье.

Выбираем компоненты

В прошлом мы с приятелями написали собственную прошивку для роботов Lego Mindstorms NXT, поддерживающую удалённое управление роботом по bluetooth с Android-коммуникатора. Для экспериментов тогда была приобретена отладочная плата Olimex SAM7 с ARM7 на борту, которую в этот раз можно использовать в качестве управляющего контроллера.

В качестве шасси используем корпус игрушечной машинки.

Нужен bluetooth-модуль. Результат хотелось получить быстро, поэтому модуль был выбран из единственного доступного в магазине на тот момент BTM-112, хотя он оказался сравнительно дорогим.

Кроме того, оказалось, что управление с платы не может идти напрямую на моторы, нужен усиливающий контроллер (об этом чуть позже).

В сумме наши компоненты:

• Машинка
• Управляющий контроллер Olimex SAM7
• Bluetooth-модуль BTM-112
• Контроллер для управления моторами L298N

Теперь все необходимое у нас есть.

Соединяем bluetooth с управляющей платой

Для начала настроим доставку команд управляющему блоку. Схема соединения bluetooth-модуля и контроллера простая: по сути дела это UART с некоторыми управляющими ножками, то есть надо лишь присоединить модуль к интегрированному UART-контроллеру.

Программная составляющая не сильно сложнее. При соединении модуль пишет строку вида «CONNECT RE:MO:TE:BT:MA:CC xxx \r\n» , а при отсоединении — «DISCONNECT xxx \r\n» . Задача драйвера состоит в наблюдении за потоком символов и, в случае если сейчас активно соединение, передаче потока управляющему приложению. В итоге драйвер представляет собой конечный автомат, у которого переключение состояния означает переключение функции-обработчика.

Удалённое управление

Как было обещано, удаленное управление осуществляется с помощью Android-коммуникатора.

Наше прошлое приложение для Android (которое управляло Lego Mindstorms NXT, тоже посредством bluetooth) с помощью акселерометра отслеживало наклон коммуникатора и посылало соответствующие команды управления на NXT. Так что наиболее простым решением стало добавление протокола управления машинкой в уже существующее приложение. Сам протокол достаточно примитивен: фиксированная длина команды, фиксированный заголовок, после чего управление по осям X и Y.

Итак, на данном этапе мы можем “порулить” нашей платкой, правда моторы пока не подключены, так что индикация движений производится встроенными светодиодами (видео, к сожалению, нет, в этот момент снял только фотку), но всё равно прогресс есть, он виден, и это греет душу.

Соединяем управляющую плату с моторами

Изначально я думал, что смогу использовать управление со старой платы (зашитой в саму машинку), но оказалось, что использовать её в чистом виде нельзя, поскольку управление моторами было крепко сцеплено с радиочастью. Управлять моторами напрямую с ног головного контроллера тоже не получится из-за малой выходной мощности микросхемы. К сожалению, опыта в этой области у меня нет никакого (все-таки я программист, а не схемотехник), поэтому пришлось прибегнуть к помощи знакомых. По совету я взял микросхему усилителя L298N (избыточную для моих нужд, зато работающую из коробки) и собрал референсную схему.

Напомню, препарируемая машинка детская, и управление у нее немного хромает; когда я начал разбираться с моторами, я понял одну из причин. Для механизма поворота используется не сервопривод, а обычный электродвигатель, который может находиться в одном из трех состояний (выкл., вперед и назад). Таким образом, о плавном повороте мечтать не приходится.

В общем, функционально схема простая, один мотор используется как двигатель, второй мотор — как руль (у него стоит блокиратор на определенном угле поворота).
Для управления каждым мотором нужно подать напряжение на соответствующие управляющие ноги (положительное или отрицательное напряжение либо нуль). Напряжение измеряется между двумя точками (входными ногами управления), то есть мне нужно подавать напряжения на пару управляющих ног как-то так:

forward	reverse	off
PIN1	1	0	0	1
PIN2	0	1	0	1

Так как Android-приложение передает плавное управление, состояние моторов изменяется по преодолению заданного порога.
Код получился очень простой, я не буду приводить его здесь, но в конце поста есть ссылки на исходники всего проекта.

Понятно, есть недостатки:

• Дискретное управление лево/право, вперед/назад. Сейчас управление моторами осуществляется с помощью GPIO, но выбранные для управления линии могут быть переназначены под PWM контроллер. Таким образом, повороты и ускорение будут плавным.
• Дорогой усилитель. Тут всё просто, заменить на более дешёвую микросхему или схему на нескольких транзисторах.
• Скромные возможности. Раз управление осуществляется с помощью смартфона, то можно как-либо расширить функциональность по сравнению с просто пультом управления.

Источник

Машинка на Arduino, управляемая Android-устройством по Bluetooth, — полный цикл (часть 1)

Введение

Подробная история того, как из трех двигателей была собрана машина на Arduino, управляемая Android-устройством по Bluetooth. В нескольких десятках абзацев постараюсь максимально пошагово изложить, куда подключить каждый из проводов, как написать фирменное приложение и на каких детских граблях пришлось попрыгать больше недели.

Немного об уровне, авторе и предостережения

Я, автор, пацан 16-17 лет с подмосковной деревни, специализируюсь на написании android-приложений (а там сложнее что-то сжечь), поэтому ответственность за оптимальный подход к решению задач с себя снимаю.

Практически каждый из нижеописанных этапов занимал у меня больше, чем стоило бы, времени. Наверно, именно по этой причине хочу поделиться опытом. И при этом буду очень рад, если поругаете за ошибки и подскажите за оптимизацию.

Задача

Понадобится

Основа конструкции

За основу была взята машина Lego Outdoor Challenger (в реальности выглядит менее пафосно). Все, что от нее осталось: корпус (все элементы украшения сняты) и три двигателя.

У машинки была своя плата, но одна из задач подразумевала универсальность: это сделал я, это смогут повторить другие. Мозги вынул, поставил Arduino Uno.

Установка Arduino

Создатели почему-то не предусмотрели места для Arduino, потому крепил на шурупы, просверлив пластик. Под плату подложил фанеру, чтобы ничего не закоротило. Под шурупы лучше подсунуть что-то пластиковое (кусочек бутылки), ибо плата от железный болтов не защищена.

Поверх платы сразу поставил две motor shiled, так надо. Чтобы управлять второй, придется прокинуть один провод с любого digital порта на H1 (направление) и второй с пина с поддержкой шима (помечены знаком «

», обычно 10, 11) на E1 (скорость).

Определение угла поворота

За поворот машинки отвечает на удивление не сервопривод, а обычный двигатель. Встает проблема: хорошо бы было его не сжечь, ведь угол поворота ограничен, а крутиться двигатель может сколько угодно.

Вариант с методом тыка отпадает, так как при разном уровне батареи количество тока, подаваемое на двигатель, будет изменяться, что приведет к постоянно меняющемуся углу. Крутить до упора тоже нельзя, рано или поздно рассыплются шестеренки.

Решение проблемы: отслеживать угол через замыкание. На фото продемонстрирована небольшая штучка, которая крепится недалеко от поворотного механизма. На часть, которая крутится вместе с колесами влево/вправо двигателем, прикрепляется гребешок с железными контактами.

Принцип работы: к каждой линии припаивается провод (всего их четыре), нижний подключается к плюсу (он зажат гребешком всегда, см. картинку), остальные провода уходят на минус. Когда зубик гребешка попадает и на нижний ряд, и на, допустим, третий, происходит замыкание, ток течет, это замечает Arduino.

Благодаря различным комбинациям трех полос, можно определить до семи углов. Например, когда ток есть на всех линиях, колеса повернуты в крайнее правое положение, когда ток есть только на верхней, колеса повернуты максимально влево. В таблице предоставлены все варианты.

Подключение угла и код

Для каждого уровня был выбран свой цвет: нижний – зеленый, первый снизу – красный, второй – черный, третий – белый. На начальном этапе использовались breadboard и светодиоды для визуальной отладки.

Схема подключения показана на рисунке. Плюс тянем к зеленому, остальные протягиваем к минусу. Через резистор, установленный для устранения помех и отсутствия КЗ, подключаем провода к выходам A0-A2. Выбраны они просто из экономии остальных портов.

Код дан с комментариями. Подключаем пины и опрашиваем их через digitarRead(). Если напряжение есть, вернется значение true. Далее смотрим, если результат означает, что колеса в крайних положениях, запрещаем дальнейший поворот в эту сторону.

Небольшая хитрость: поскольку выходы на 5В и 3.3В понадобятся в будущем, можно поставить плюс на один из digital-пинов. Перед каждой проверкой угла выдавать ток через digitalWrite(whitePin), потом проверять угол и убирать ток.

Распараллеливание ходовых колес

Изначально два ходовых двигателя соединены вместе. Их рассоединил по двум причинам: поворот эффективней, если колеса крутятся в разные стороны, и два мощных двигателя одна плата не вытянет.

Проблема: у motor shield два выхода, каждый из которых выдает до 2 ампер. Каждый двигатель ест по 0,7А. Вроде меньше, но не при максимальных нагрузках. Допустим, машинка застряла в песке или уперлась, ток возрастает выше ампера. Не критично, но потенциально опасно.

А вот критичным оказалось то, что плата греется. Через минуты полторы после заезда, motor shield нагревалась и начинала работать безобразно: токи подаются не те, колеса не крутятся и прочее.

Решение обоих проблем: один двигатель подключил к одной motor shield, второй – к другой. Как ни странно, помогло. Температура упала, перегрев отсутствует. Можно было поставить радиатор, но крепить тяжело.

Подключение Bluetooth

Я использовал модель HC-05, что сыграло роковую шутку. Подключаются все блютузы одинаково: один провод на 3.3В (иногда начинал работать только от 5В), второй на минус, еще два на порт 0 и 1 (чтение и отправка соответственно). Провод, подписанный RXD на bluetooth, втыкается в TXD ардуино, а TXD в RXD (если перепутаете, то данных не увидите).

Есть оговорка: порты 0 и 1 по умолчанию используются Serial, через который заливает скетч. То есть, пока воткнут блютуз, скетч не зальется. Есть два выхода: вынимать блютуз на время заливки или переназначить входы и выходы блютуза. Второй вариант осуществляется двумя строчками

Подводный камень, съевший у меня трое суток работы – скорость общения. По привычке установил 9600 и пошел пробовать. То данные не приходили, то была каша символов. И в конце концов ответ – модель HC-05 общается на 38400! Очень сильно обратите внимание на то, что в Setup() я выполню BTSerial.begin(39400), хотя Serial.begin(9600).

Система отправки команд

Статья становится слишком длинной, поэтому рассмотрение кода Arduino и Android вынесу в отдельную вторую часть, а сейчас опишу принцип.

На андроид устройстве есть джойстик (круг, о реализации которого также во второй части). Андроид считывает показания с него и конвертирует их в подходящие для ардуино числа: скорость из пикселей превращает в значение от -255 до 255 (отрицательные – задний ход), а также определяет угол. Я сознательно отдал эту задачу телефону, так как он куда мощнее и спокойно справится с подсчетом нескольких сотен значений в секунду.

После установки сокета данные отправляются в следующем формате: @скорость#*угол#. @ — говорит о том, что следующие цифры содержат скорость, # — извещает об окончании значения скорости, * — начало значения угла, # — закончить запись угла. Цикл бесконечен, команды отправляются каждые 100 миллисекунд (цифра подобрана оптимальная). Если ничего не нажато на андроиде, то ничего и не отправляется.

Алгоритм приема данных подробно описан в коде скетча. Он не раз переписывался и, как по мне, работает идеально.

Заключение первой части

В этой статье я попытался раскрыть все, что касается физической части машинки. Вероятнее всего, что-то упустил, так что обязательно спрашивайте.

Но самое интересное, как по мне, осталось на второе – программа Arduino и приложение на Android, там творится настоящая магия, по крайней мере, для молодого меня.

Источник

Bluetooth машинка на Arduino с двумя моторами

Самая простая машинка на Arduino с дистанционным управлением со смартфона по Bluetooth. Лёгкая схема, простой скетч. Едет на двух электромоторах, питается от кроны. Рама, на которой всё держится, изготавливается из подручных материалов и ограничивается лишь фантазией.

Комплектующие

1. Arduino Uno — https://bit.ly/2P3rCI5​
2. драйвер моторов L298N — https://bit.ly/3dvbDMg​
3. Bluetooth модуль HC-06 или HC-05 или подобный — https://bit.ly/3x4nhFX​
4. моторы постоянного тока с редуктором и с колёсами — 4 шт — https://bit.ly/2P4e9Qr​
5. провода папа-папа, мама-мама, папа-мама 10-30 см — https://bit.ly/3n3z0jl​
6. аккумулятор 9В, я использовал с разъёмом micro-USB для зарядки — https://bit.ly/2QeFbF6​
7. зажим для аккумулятора 9В — https://bit.ly/32rmwZi​
8. тумблер — 1 шт — https://bit.ly/3artZfr

Для изготовления рамы машинки можно использовать разнообразные материалы:

• листовой лёгкий материал, который легко обрабатывать — оргстекло, фанера, текстолит, оргалит и т.п.
• третье колесо, которое будет опорным — оно должно уметь ехать во всех стороны (хорошо подходят мебельные колёсики);
• крепёжные элементы — болты, гайки, шурупы.

Схема подключения

Питание платы берётся от «Кроны» и подаётся на Arduino через пины VIN и GND. Также подаётся отдельно на драйвер двигателей через порты +12V и GND.

Blutooth модуль HC-06 получает питание в 3,3 вольта от Arduino. Если подключить к 5 вольтам, то тоже работает нормально. Выход RX модуля подключается к TX на Arduino, а TX — в RX, то есть наоборот.

На драйвере двигателей нужно снять две боковые перемычки — Enable. Пины под ними позволят нам управлять скоростью вращения двигателей. И эти пины подключаются к Arduino обязательно к ШИМ-портам (обозначенные знаком

). На схеме это порты 3 и 5.

Питание моторов подаётся на Input драйвера от Arduino с портов 2 и 4, 6 и 7. А сами моторы подключаются к Output A и Output B драйвера.

Если после сборки и прошивки, вы подаёте на машинку сигнал двигаться вперёд, а оба колеса при этом вращаются в разных направления, то нужно поменять местами провода на одном из моторов в выходе Output.

Если при движении вперёд машинка едет назад, то нужно поменять местами провода Output обоих двигателей (хотя, кто знает, где у ней перед, а где зад…).

Если при повороте налево, машинка едет направо, то нужно поменять местами Output A и Output B.

Если подключить всё по схеме, то скетч переделывать не нужно будет.

Скетч

Перед прошивкой обаятельно отключите питание у Blutooth модуля. Для этого надо просто отсоединить один из его проводов питания.

В скетче прописанные необходимые поясняющие комментарии.

Движение и остановка колёс осуществляется за счёт функций. А в дальнейшем нужные комбинации функций просто вызываются в нужных местах кода одной строкой. Получается просто и компактный код. Ниже фрагмент кода примером двух таких функций:

Со смартфона приложение по Bluetooth посылает сигналы в виде латинских букв (W, S, E и т.д.). В зависимости от пришедшей команды, с помощью оператора if, вызываются комбинации тех или иных функции. Если вы будете использовать другое приложение, не то, которое я предоставлю ниже, то оно будет посылать другие команды, другие буквы. Соответственно, придётся переписать их в скетче.

Например, когда по Bluetooth приходит ‘ W ‘ вызываются две функции rightWheelForward (); и leftWheelForward (); что заставит оба мотора крутится вперёд.

А если приходит ‘E’, то вызываются функции rightWheelStop (); и leftWheelForward (); что заставит остановиться правый мотор и вращаться вперёд только левый, от чего машинка поведет вперёд вправо.

Есть три вида скорости, которые включаются, когда приходят команды ‘1’, ‘2’ и ‘3’. Скорость можно задавать от 0 до 250. На каждую и трёх команд в скетче прописаны скорости 120, 170 и 250, соответственно.

Если у вас уровень заряда аккумулятора уже на исходе, то при скорости 120 может не поехать или поехать, но не стабильно. Тогда лучше увеличить значение для первой скорости.

Скорость приходит в виде переменной motorSpeed в функцию analogWrite() и запускает двигатель с заданными оборотами.

Приложение

Так как я не владею навыком написания приложение под Anroid, то для создания пульта управления использовать уже известный у многих начинающих разработчиков инструмент визуального программирования — App inventor.

Что-то подсмотрел у других в интернете, что доработал, и получилось такое простое приложение.

Сначала нужно включить машинку и сделать сопряжение по Bluetooth со смартфоном. Пароль модуля 0000 или 1234. После этого откройте приложение и нажмите «Подключиться к машинке». Подключитесь к модулю HC-06. Светодиод на нём должен перестать мигать.

Если сразу начать нажимать на стрелки направлений движения, то не поедет. В первую очередь нужно нажать на одну из трёх скоростей, а уже потом на стрелки направления. Тогда поедет.

И, так как я не публиковал это приложение в Google Play, смартфон может ругаться на его безопасность. Но можно смело устанавливать. В нём всё работает безопасно.

Сборка

Можно купить готовое шасси для машинки сразу вместе с моторами и колёсами. Останется только установить электронику и всё подключить.

Но намного интереснее создать это самому. Для изготовления подойдёт любой листовой материал, который вам будет легко обрабатывать, и который достаточно лёгкий. Например, оргалит, текстолит, фанера. Я выбрал оргстекло, что сделало мою машинку даже очень похожей на шасси из магазина.

Из инструментов могут понадобиться:

• Ручной или электрический лобзик (я пользовался ручным), чтобы отрезать нужные куски от материала.
• Дрель или шуроповёрт, свёрла.
• Крепёжные элементы — болты, гайки и саморезы любого подходящего диаметра.

Получилось дёшево и сердито. А главное работает.

Паять я тоже ничего не стал, чтобы потом можно было бы легко разобрать эту машинку и модернизировать. Припаивал только провода к моторам.

В магазинном наборе для крепления моторов используются специальный кронштейны, к которым сам мотор прикручивается болтами диаметром 3 мм. Но болтов нужного диаметра и длины у меня не оказалось, хоть и можно было изготовить аналогичный кронштейн. Поэтому пришлось изощряться и использоваться даже детали детского конструктора, чтобы надёжно прикрепить моторы. На видео крепление моторов рассмотрено лучше.

Платы в идеале лучше прикручивать короткими болтами с диаметром 3 мм. Но и таких у меня не оказалось. Поэтому пришлось делать в оргстекле отверстия 2 мм и прикручивать платы саморезами. Держится вполне нормально.

У модуля Bluetooth особая проблема крепления — там отверстий для крепления нет вообще. Пришлось прижимать плату к раме другой деталью из оргстекла. Тут главное не сжать слишком сильно, чтобы не повредить.

Аккумулятор крепится аналогично Bluetooth модулю, только снизу.

И обязательно прикручиваем мебельное поворотное колесо, которое станет опорным, и не будет приводным. Следите за тем, чтобы вся конструкция была в горизонтальном положении, когда стоит на всех трёх колёсах.

Видео

Источник