Arduino/stm32 智能小车设计（二）

本节进行Arduino智能小车的代码讲解。

一、I/O口定义与初始化函数

如下图RGB指示灯用到10、11、12三个I/O口，分别对应蓝色、红色、绿色。当给对应的I/O口低电平时，对应颜色的灯亮。也可以用PWM进行调色，实现不同的颜色。这里先把控制端的原理图粘贴上来以便后面原理说明。

Arduino封装了很多底层的细节，使得学习者不需要太多的关注底层电路的原理。
Arduino一共有14个数字I/O口，分别为0-13，定义与初始化看代码；6个模拟I/O口，分别为A0-A5，定义与初始化看代码。
已下是所有I/O端口定义：

//0：TDX蓝牙     1：RXD蓝牙          2：DATA红外遥控
//3：蜂鸣器      4：按键             5：IN2左电机
//6：IN3右电机   7：IN4右电机     8：IN1左电机
//9：悬空       10：RGB_B         11：RGB_R
//12：RGB_G                   13:流水灯
//A0:Echo超声波回声脚             A1:Trig超声波触发脚
//A2:左循迹输入                  A3:右循迹输入
//A4:右壁障输入                  A5：左壁障输入//I/O口 0、1 是Arduino唯一的一组串口通信口（代码里无需定义）。用于蓝牙数据的接发，具体串口通信的知识可以看我的另外一篇博客了解。链接：
https://blog.csdn.net/weixin_43729724/article/details/101287363
//数字端口定义
int DATA= 2;       //红外数据输入端口
int BEEP=3;            //蜂鸣器输出
int KEY=4;             //按键输入
int IN2=5;          //左电机
int IN3=6;          //右电机
int IN4=7;             //右电机
int IN1=8;         //左电机//9脚悬空，不需要定义
int RGB_B=10;       //RGB蓝色
int RGB_R=11;      //RDB红色
int RGB_G=12;          //RGB绿色
int Water_L=13;     //流水灯I/O
//模拟I/O口定义
int Trig =A0;              //Trig 触发脚输出
int Echo = A1;         //Echo回声脚输入
int XunJi_R = A3;      //右寻迹输入
int XunJi_L = A2;      //左寻迹输入
int BiZhang_R = A4;    //右红外避障输入
int BiZhang_L = A5;     //左红外避障输入/************************************************************************* @描述:  Arduino初始化函数* @参数:  None* 功能:  定义I/O口模式，并赋初值* @返回值: None
**********************************************************************/
void setup()
{Serial.begin(9600);    //波特率9600 （蓝牙通讯设定波特率）pinMode(DATA,INPUT);pinMode(BEEP,OUTPUT); pinMode(KEY,INPUT); pinMode(IN2,OUTPUT);pinMode(IN3,OUTPUT);pinMode(IN4,OUTPUT);pinMode(IN1,OUTPUT);  pinMode(RGB_B,OUTPUT);pinMode(RGB_R,UTPUT); pinMode(RGB_G,UTPUT); pinMode(Water_L,OUTPUT);pinMode(Trig,OUTPUT); pinMode(Echo,INPUT);pinMode(XunJi_R,INPUT);pinMode(XunJi_L,INPUT);pinMode(BiZhang_R,INPUT);pinMode(BiZhang_L,INPUT);digitalWrite(BEEP,LOW);  digitalWrite(RGB_B,HIGH);digitalWrite(RGB_R,HIGH); digitalWrite(RGB_G,HIGH); digitalWrite(Water_L,HIGH);
}

二、前进、后退、左转、右转、左旋转、右旋转API函数

原理图如下：
电机驱动原理：L293DD是一款专用的电机驱动芯片，因为I/O口驱动电流受限，而电机运转需要高电流驱动。当8高5低时，电流从OUT1->OUT2驱动做电机正转，反之亦凡。I/O口6、7驱动右电机运动。
代码如下：

/************************************************************************* @描述:  * @参数:  speed:控制速度0-255* 功能:  小车前进* @返回值: None
**********************************************************************/
void run(int speed)
{analogWrite(IN1,speed);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减digitalWrite(IN2,LOW);analogWrite(IN4,speed);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减digitalWrite(IN3,LOW);
}
/************************************************************************* @描述:  * @参数:  None* 功能:    刹车* @返回值: None
**********************************************************************/
void brake()
{digitalWrite(IN1,LOW);digitalWrite(IN2,LOW);digitalWrite(IN3,LOW);digitalWrite(IN4,LOW);
}
/************************************************************************* @描述:  左转(左轮不动，右轮前进)* @参数:  speed:控制速度0-255* 功能: 小车左转* @返回值: None
**********************************************************************/
void left(int speed)
{digitalWrite(IN1,LOW);digitalWrite(IN2,LOW);analogWrite(IN4,speed);//PWM比例0~255调速，右轮前进digitalWrite(IN3,LOW);
}
/************************************************************************* @描述:  左旋转(左轮后退，右轮前进)* @参数:  speed:控制速度0-255* 功能:    小车左旋转* @返回值: None
**********************************************************************/
void spin_left(int speed)
{digitalWrite(IN1,LOW);analogWrite(IN2,speed);analogWrite(IN4,speed);digitalWrite(IN3,LOW);
}
/************************************************************************* @描述:  右转(左轮前进，右轮不动)* @参数:  speed:控制速度0-255* 功能: 小车右转* @返回值: None
**********************************************************************/
void right(int speed)
{analogWrite(IN1,speed);digitalWrite(IN2,LOW);digitalWrite(IN4,LOW);digitalWrite(IN3,LOW);
}
/************************************************************************* @描述:  右旋转(左轮前进，右轮后退)* @参数:  speed:控制速度0-255* 功能:    小车右旋转* @返回值: None
**********************************************************************/
void spin_right(int speed)
{analogWrite(IN1,speed);digitalWrite(IN2,LOW);digitalWrite(IN4,LOW);analogWrite(IN3,speed);
}
/************************************************************************* @描述:  * @参数:  speed:控制速度0-255* 功能: 小车后退* @返回值: None
**********************************************************************/
void back(int speed)
{digitalWrite(IN1,LOW);analogWrite(IN2,speed);digitalWrite(IN4,LOW);analogWrite(IN3,speed);
}

三、红外避障与红外寻迹API函数

红外避障原理：如图红外对管D24由一个发射管和一个接收管组成，发射管发出红外线，当遇到障碍物时反射红外线由接收管接收，使运放IN1-端口电压变化，当调节R16电位器使IN1+电压变化，当IN1+ 的电压大于IN1-的电压时，OUT1输出高电平，被A5接收。
红外寻迹原理：如图红外对管U8由一个发射管和一个接收管组成，发射管发出红外线，当没有探测到黑线时，一直反射红外线被接收管接受，IN4-端口输入固定电压，当探测到黑线时，红外线被吸收，接受管接受不到红外线，IN4-电压降低，对比IN4-、IN4+两端电压，OUT4输出高低电平，被A2接收。

代码如下:

int BiZhang_L_S;    //左红外传感器状态
int BiZhang_R_S;    //右红外传感器状态
/************************************************************************* @描述:  当没有探测到障碍物时，A4、A5为高电平，当探测到高电平时为低电平* @参数:  speed:控制速度0-255* 功能:  红外避障* @返回值: None
**********************************************************************/
void Infrared_Avoid(int speed)
{//有信号为LOW  没有信号为HIGHBiZhang_R_S = digitalRead(BiZhang_R);BiZhang_L_S = digitalRead(BiZhang_L);if (BiZhang_L_S == HIGH && BiZhang_R_S == HIGH)run(speed);else if (BiZhang_L_S == HIGH & BiZhang_R_S == LOW)left(speed);else if (BiZhang_R_S == HIGH & BiZhang_L_S == LOW)right(speed);else // 都是有障碍物spin_right(speed);
}
int XunJi_L_S;      //左循迹红外传感器状态
int XunJi_R_S;      //右循迹红外传感器状态
/************************************************************************* @描述:  当没有探测到黑线时，A4、A5为高电平* @参数:  speed:控制速度0-255* 功能:   红外寻迹* @返回值: None
**********************************************************************/
void Find_Tracking(int speed)
{ XunJi_R_S = digitalRead(XunJi_R);XunJi_L_S = digitalRead(XunJi_L);if (XunJi_R_S ==LOW && XunJi_L_S == LOW)run(speed); else if (XunJi_L_S == LOW & XunJi_R_S == HIGH)right(speed);else if (XunJi_R_S == LOW & XunJi_L_S ==  HIGH) left(speed);elsebrake();
}

四、超声波测距原理

超声波模块如图：

产品特色：
1、典型工作用电压：5V。
2、超小静态工作电流：小于2mA。
3、感应角度：不大于15 度。
4、探测距离：2cm-400cm
5、高精度：可达0.3cm。
6、盲区（2cm）超近。
超声波时序如图：

原理图如下：

代码如下：

/************************************************************************* @描述:  * @参数:  None* 功能: 量出前方距离* @返回值: int:距离（单位：CM）
**********************************************************************/
int Ultrasonic_Distance()
{digitalWrite(Trig, LOW);   //给触发脚低电平2μsdelayMicroseconds(2);digitalWrite(Trig, HIGH);  //给触发脚高电平12μs，这里至少是10μsdelayMicroseconds(12);digitalWrite(Trig, LOW);   //持续给触发脚低电float Time = pulseIn(Echo, HIGH);  //读取高电平时间(单位：微秒)return Time/58; //公式：us/58 = CM
}

五、蓝牙控制原理

由于蓝牙通信用的是 0、1两个通用串行通信I/O口，Arduino官方提供了，串口通信的专用API函数供用户使用，这里我们用的是Serial.available()
函数说明见链接：https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/communication/serial/available/
手机APP或者电脑上位机通过蓝牙发送字符串给给蓝牙模块（蓝牙模块就相当于是一个中转站），Arduino控制板用过0、1串行端口读取到来自蓝牙的数据。然后，我们根据来自APP或者上位机的字符串来判断功能。比如，手机发送：0X00代表前进、0X01 代表后退等等。这样我们只需要用一个switch语句实现蓝牙API函数。
我的代码如下：

int speed = 150;    //小车运动速度
/************************************************************************* @描述:  * @参数:  None* 功能:    蓝牙控制* @返回值: int:距离（单位：CM）
**********************************************************************/
void Bluetooth_Control()
{     if (Data_Received){switch(IN_String[1]){case '1':   run(speed);break;case '2':    back(speed);break;case '3':   left(speed);break;case '4':   right(speed);break;case '0':      brake();break;default:  brake();break;}if(IN_String[3] == '1')  //旋转{spin_left();}else if(IN_String[3] == '2')  //旋转{spin_right();}if(IN_String[5] == '1')  //鸣笛0.5S{digitalWrite(BEEP,HIGH);//发声音delay(500);digitalWrite(BEEP,LOW);//不发声音}if(IN_String[7] == '1')  //加速{speed +=50;if(speed > 255)  speed = 255;}if(IN_String[9] == '1')  //减速{speed -= 50;if(speed < 50)    speed = 100;}           IN_String = "";   // clear the stringData_Received = false;    }
}
int Bluetooth_Data;             //接收蓝牙的数据
String IN_String = "";       //用来储存接收到的内容
boolean Start_flag = false;        //数据开始接收的状态标志
boolean Data_Received = false;     //接收数据结束标志
/************************************************************************* @描述:  串口中断函数* @参数:  None* 功能:  接收来自蓝牙模块的数据* @返回值: None
**********************************************************************/
void serialEvent()
{while (Serial.available()) {    Bluetooth_Data= Serial.read();if(Bluetooth_Data== '$'){Start_flag = true;}if(Start_flag == true){IN_String += (char) Bluetooth_Data;}  if (Bluetooth_Data== '#') {Data_Received = true; Start_flag = false;}}
}

还有红外遥控的代码不想敲了，个人感觉蓝牙遥控更加方便实用。
接下来写一个综合例程：

#define KEYMODE_1   1  // 定义模式1
#define KEYMODE_2   2  // 定义模式2
#define KEYMODE_3   3  // 定义模式3
#define KEYMODE_4   4  // 定义模式4
int keyMode = 1;
/************************************************************************* @描述:  按键模式切换* @参数:  None* 功能:  按键子程序* @返回值: None
**********************************************************************/
void KeyScanTask()
{static u8 keypre = 0;if((keypre == 0 ) && !digitalRead(KEY)){keypre = 1; //置1，避免持续按下按键时再次进入此函数。switch(keyMode){case KEYMODE_1:keyMode = KEYMODE_2; break;case KEYMODE_2:keyMode = KEYMODE_3; break;case KEYMODE_3:keyMode = KEYMODE_4; break;case KEYMODE_4:keyMode = KEYMODE_1; break;default: break;}}if(digitalRead(KEY))  //按键被放开{keypre = 0;//置0，允许再次切换LED模式}
}
/************************************************************************* @描述: 模式处理函数* @参数:  None* 功能:   任务程序* @返回值: None
**********************************************************************/
void LEDTask()
{switch(keyMode){case KEYMODE_1:    digitalWrite(RGB_B,LOW);digitalWrite(RGB_R,HIGH); digitalWrite(RGB_G,HIGH);Infrared_Avoid(200); //红外避障break;case KEYMODE_2: digitalWrite(RGB_B,HIGH);digitalWrite(RGB_R,LOW); digitalWrite(RGB_G,HIGH);Find_Tracking(200); //红外寻迹break;case KEYMODE_3:  digitalWrite(RGB_B,HIGH);digitalWrite(RGB_R,HIGH); digitalWrite(RGB_G,LOW);Bluetooth_Control(); //红外寻迹break;case KEYMODE_4: digitalWrite(RGB_B,LOW);digitalWrite(RGB_R,LOW); digitalWrite(RGB_G,LOW);//红外寻迹，此处可以写一个超声波避障的API break;default:break;}
}
/************************************************************************* @描述: * @参数:  None* 功能: loop函数相当于 Arm的main函数* @返回值: None
**********************************************************************/
void loop()
{ KeyScanTask();LEDTask();
}