Дистанционное управление робота «Малыша» по Bluetooth с телефона

Введение:

В этом уроке мы дополним робота «Малыш» модулем Bluetooth. Управление направлением и скоростью движения робота будет осуществляться с помощью приложения, установленного на телефон.

Bluetooth модуль телефона будет выполнять роль мастера, а Bluetooth модуль робота - роль ведомого. Сопряжение мастера и ведомого достаточно выполнить только один раз. В дальнейшем, при подаче питания на робота и включении Bluetooth модуля телефона, устройства будут соединяться самостоятельно и всё, что нам будет необходимо сделать, это соединиться с роботом в приложении на телефоне.

Подробно об управлении роботом и сопряжении Bluetooth модулей рассказано ниже, в разделе «Управление».

Видео:

Нам понадобится:

• Робот «Малыш» x1 шт.
• Trema-модуль Bluetooth HC-05 x1 шт.

Для реализации проекта нам необходимо установить библиотеки:

• iarduino_Bluetooth_HC05 - для работы с Trema Bluetooth модулем HC-05.
• Библиотеки SoftwareSerial входит в базовый набор Arduino IDE и не требует установки.

О том, как устанавливать библиотеки, Вы можете ознакомиться на странице Wiki - Установка библиотек в Arduino IDE.

Схема подключения робота «Малыш»:

Соберём механическую и электрическую части, как это описано в проектах № 1-8 в книге "Набор "Малыш"". Далее, на верхнюю стенку установим Bluetooth HC-05; модуль подключается к шине UART (в примере используется программная шина UART).

Воспользуемся схемой сборки из проекта №9 книги "Набор "Малыш"", но, вместо Trema-модуля ИК-приёмник, установим в корпус Trema-модуль Bluetooth (подключается к выводам D13, D9 и D10).

Код программы для «Малыша»:

#include                                                       //  Подключаем библиотеку SoftwareSerial для общения с модулем по программной шине UART
#include                                              //  Подключаем библиотеку iarduino_Bluetooth_HC05 для работы с Trema Bluetooth модулем HC-05
SoftwareSerial          softSerial(9, 10);                                       //  Создаём объект softSerial указывая выводы RX, TX (можно указывать любые выводы Arduino UNO). Вывод 2 Arduino подключается к выводу TX модуля, вывод 3 Arduino подключается к выводу RX модуля
iarduino_Bluetooth_HC05 hc05(13);                                                //  Создаём объект hc05 указывая любой вывод Arduino, который подключается к выводу K модуля
                                                                                 //  
uint8_t  pinShield_H2 = 4;                                                       //  Вывод, подключенный к драйверу, для задания направления вращения левым мотором
uint8_t  pinShield_E2 = 5;                                                       //  Вывод ШИМ, подключенный к драйверу, для задания скорости левого мотора
uint8_t  pinShield_E1 = 6;                                                       //  Вывод ШИМ, подключенный к драйверу, для задания скорости правого мотора
uint8_t  pinShield_H1 = 7;                                                       //  Вывод, подключенный к драйверу, для задания направления вращения правым мотором
uint8_t  pinLED_RED   = 12;                                                      //  Вывод с красным светодиодом
uint8_t  pinLED_BLUE  = 11;                                                      //  Вывод с синим светодиодом
uint16_t time_period  = 200;                                                     //  Частота мигания светодиодов (в миллисекундах)
uint8_t  valSpeed     = 255;                                                     //  Максимальная скорость ШИМ (число от 0 до 255)
bool     arrRoute[2]  = {1, 1};                                                  //  Направление движения для каждого мотора ([0]- правый мотор, [1] - левый мотор)
uint16_t arrSpeed[2];                                                            //  Скорость для каждого мотора ([0]- правый мотор, [1] - левый мотор)
uint32_t tmrLED;                                                                 //  Время  последнего включения светодиодов
uint32_t flgTime;                                                                //  Флаг для задания времени принятия пакетов от Bluetooth телефона
uint8_t  flg;                                                                    //  Флаг кнопок
uint32_t tmrWait;                                                                //  Время до начала сопряжения с новыми устройствами
bool     flg_LED;                                                                //  Флаг включения светодиодов
                                                                                 //  
void setup() {                                                                   //  
    // BLUETOOTH МОДУЛЬ                                                          //  
    Serial.begin  (9600);                                                        //  Инициируем передачу данных по аппаратной шине UART для вывода результата в монитор последовательного порта
    Serial.print  ("begin: ");                                                   //  Выводим текст "begin: " в монитор последовательного порта
    if (hc05.begin(softSerial))     {Serial.println("Ok");}                      //  Инициируем работу с Trema модулем hc05, указывая объект softSerial через который осуществляется связь по шине UART
    else                            {Serial.println("Error");}                   //  Если работа с модулем не инициирована, то выводим сообщение об ошибке
    tmrWait = millis();                                                          //  Устанавливаем таймер ожидания сопряжения
    while (!hc05.checkConnect() && millis() time_period) {                                       //  мигаем светодиодами с заданной частотой
      tmrLED = millis();                                                         //  сохраняем время
      digitalWrite(pinLED_RED, digitalRead(pinLED_BLUE));                        //  управляем питанием красного светодиода
      digitalWrite(pinLED_BLUE, !digitalRead(pinLED_BLUE));                      //  управляем питанием синего светодиода
      }                                                                          //  
    } else {                                                                     //  если флаг сброшен, то
      digitalWrite(pinLED_RED, LOW);                                             //  гасим светодиоды
      digitalWrite(pinLED_BLUE, LOW);                                            //  
      }                                                                          //  
  if (flgTime > millis()) {                                                      //  Если millis() переполнен, то 
    flgTime = 0;                                                                 //  сбрасываем флаг в ноль
    }                                                                            //  
// ПОДАЧА ЗНАЧЕНИЙ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ НА ВЫВОДЫ                     //  
  if (flgTime > (millis() - 500)) {                                              //  Если сигналы с телефона приходят (в течении 50 мс)
    digitalWrite(pinShield_H2, arrRoute[1]);                                     //  тогда задаем направление вращения правого мотора
    digitalWrite(pinShield_H1, arrRoute[0]);                                     //  и левого мотора
    analogWrite(pinShield_E2, arrSpeed[1]);                                      //  Задаём скорость вращения для правого мотора
    analogWrite(pinShield_E1, arrSpeed[0]);                                      //  и для левого мотора
    } else {                                                                     //  Если пакеты не приходят
    analogWrite(pinShield_E2, 0);                                                //  Останавливаем работу моторов
    analogWrite(pinShield_E1, 0);                                                //  
    }                                                                            //  
}                                                                                //  

Ссылка для скачивания скетча.

В данном коде управление роботом осуществляется в три основных этапа: получение данных с телефона; изменение значений переменных arrSpeed, arrRoute; подача питания на моторы и задание направления их вращения. Так же в коде присутствуют дополнительные блоки: включение/выключение светодиодов; изменение скорости вращения колёс; вход в режим сопряжения.

• Получение данных с пульта:
  • Данный блок начинается с оператора if , в условии которого написано softSerial.available(). Это условие будет верно, если в последовательный порт будут приходить данные с телефона, в противном случае условие будет ложно;
  • Далее следует еще один оператор while, условием которого опять является softSerial.available(). Если условие верно, то значение, поступившее в последовательный порт, будет записано в переменную str; задержка в 5 миллисекунд сделана для того, чтобы при низкой скорости передачи Arduino успел полностью прочитать значение из последовательного порта в переменную str;
• Изменение значений переменных arrSpeed, arrRoute:
  • Данный блок начинается с оператора if, в условии которого написано str == XX. В зависимости от значения XX, которое принимает переменная str (одно из 9 для основных функций), сбрасывается flgTime - таймер начала выполнения функции, а так же устанавливается значение флага flg(от 1 до 9);
  • Далее следует конструкция switch...case, в которой оператор switch сравнивает значение флага flg с оператором case и, в зависимости от значения флага flg, выполняет код, где задаётся, на какой мотор будет подано питание (переменнаяarrSpeed ) и с каким направлением вращения ( переменная arrRoute);
• Подача питания на моторы и задание направления их вращения:
  • Данный блок начинается с оператора if, в условии которого написано flgTime > (millis() - 50). Это условие будет верно в течении 50 миллисекунд после начала приёма сигнала от телефона и установит на выводах Arduino значения переменных arrSpeed и arrRoute. Если же сигнала в течении 50 миллисекунд не поступит, то оператор else сбросит значение скорости в 0 и робот остановится;
• Включение/выключение светодиодов:
  • Данный блок включает в себя 2 части: получение сигнала с телефона и изменение флага flg_LED; включение/выключение светодиодов;
  • Первая часть начинается с оператора if, в условии которого написано ( str == "SWS" || str == "SwS"). Условие будет верно, если значение переменной str будет равно SWS ИЛИ SwS, что приведёт к установке флага flg_LED в противоположное от нынешнего значение;
    
  • Вторая часть начинается с оператора if, в условии которого написано (flg_LED). Условие будет верно, если значение флага flg_LED будет true, что приведёт к включению светодиодов. Если же значение флага flg_LED будет false, то светодиоды погаснут.
• Изменение скорости вращения колёс:
  • Данный бок включает в себя 2 части: получение сигнала с телефона и изменение флага flg; изменение значения переменной valSpeed;
  • Первая часть начинается с оператора if, в условии которого написано str == XX. В зависимости от значения XX, которое принимает переменная str (одно из 11 для дополнительных функций), устанавливается значение флага flg(от 10 до 20);
  • Вторая часть начинается с оператора if, в условии которого написано flg == XX. В зависимости от значения XX, которое принимает переменная flg (одно из 11 для дополнительных функций), устанавливается значение переменнойvalSpeed(от 5 до 255);
• Вход в режим сопряжения (выполняется при подаче питания на робота):
  • Данный блок находится в коде void setup() и начинается с оператора if , в условии которого написано hc05.begin(softSerial). Это условие будет верно, если произошла успешная инициализация с Bluetooth модулем по шине UART, о чём будет выведено сообщение в монитор последовательного порта;
  • Далее происходит сброс таймера tmrWait и идёт проверка условия !hc05.checkConnect() && millis() в операторе циклаwhile . До тех пор, пока не произойдёт сопряжения Bluetooth модуля робота и телефона И не истечёт минута(60 сек), модуль будет выполнять пустой цикл.
  • После цика while следует оператор if, в условии которого написано millis() . Условие будет верно, если одно из условие !hc05.checkConnect() цикла while изменится на противоположное и произойдёт это раньше, чем через 60 секунд от подачи питания на робота. Тогда в монитор последовательного порта будет выведено сообщение о том, что сопряжение произошло с ранее созданной парой из памяти устройства.
  • Если по истечении минуты не произошло сопряжение ранее созданной пары, то далее следует оператор else, который выполняет вызов функции createSlave("BT_CAR", "1234") объекта hc05, которая назначает Bluetooth модулю робота роль ведомого с именем "BT_CAR" и PIN-кодом "1234", разрывает ранее установленную связь с мастером (если она была) и стирает список ранее созданных пар. После этого модуль начинает ожидать подключения мастера, который правильно укажет имя и PIN-код модуля. Об успешном или, наоборот, неудачном выполнении функции будет выведено сообщение в монитор последовательного порта.

Получение данных и работа с Trema-модулем Bluetooth HC-05 осуществляется через функции и методы объекта hc05 библиотеки iarduino_Bluetooth_HC05, с подробным описанием которых можно ознакомиться на странице Wiki - Trema-модуль bluetooth HC-05.

Подключение:

Настройка Bluetooth-модуля телефона:

Зайдите в настройки телефона и выберите настройки модуля Bluetooth;

Переведите модуль Bluetooth из состояния выключен в состояние включен.

В строке поиска оборудования выберите появившееся после включения "Малыша" новое устройство.

При первом сопряжении программа попросит Вас ввести код. Данный код указывается в скетче при создании ведомой роли Bluetooth-модуля "Малыша". В нашем скетче это "1234";

После удачного подключения в списке сопряженных устройств должен появиться "Малыш";

Установка приложения на телефон

Войдите в меню магазина приложений Google Play Market;

Обратите внимание на строку поиска в верхней части экрана, где написано Google Play;

Нажмите на строку поиска и наберите Arduino Bluetooth RC Car и выберите первую появившуюся стоку с именем приложения;

В окне установки приложения нажмите кнопку Установить;

В появившемся окне нажмите кнопку Подтвердить установку;

После успешной установки иконка программы появится у вас на рабочем столе телефона;

Для запуска приложения достаточно один раз нажать кнопку Открыть или выбрать иконку приложения на рабочем столе;

Настройка приложения Bluetooth RC Controller на телефоне:

При запуске приложения вы попадёте на главный экран. Красный мигающий сигнал в верхнем левом углу означает отсутствие сопряжения приложения и "Малыша". Для начала работы с "Малышом" нажмите на иконку шестерёнки  - крайнюю правую в верхнем ряду кнопок;

После нажатия на кнопку в появившемся меню Вам необходимо нажать на строку "Подключиться к машинке (Connect to car)";

В появившемся окне будет указано устройство, с которым телефон сопряжен в данный момент. Нажмите на строку с именем "BT_CAR";

После всех указанный действий Вы увидите, что сигнал в верхнем левом углу с красного мигающего изменился на постоянный зелёный - сопряжение прошло удачно. Со стороны "Малыша" Вы увидите, что синий светодиод с надписью "Подключен" горит постоянным светом.

Интерфейс программы на телефоне:

Номер	Функция
1	Индикация сопряжения с роботом
2	Блок клавиш "движение вперёд-назад"
3	Блок клавиш "движение вправо-влево"
4	Индикация нажатия клавиш движения
5	Ползунок регулировки скорости робота
6	Клавиша включения/выключения светодиодов
7	Клавиша входа в меню настроек

Управление:

Сразу после сборки, загрузки скетча и подачи питания на «Малыша» он не будет реагировать на команды с телефона, так как Bluetooth модулям требуется сопряжение (создание пары). Сопряжение достаточно выполнить только один раз, bluetooth модули запомнят созданную пару в своей энергонезависимой памяти и будут пытаться соединится друг с другом при каждой последующей подаче питания.

• Подключите питание робота (если оно не было подано). После подачи питания  Bluetooth модуль робота будет в течении минуты (60 сек) ждать сопряжения с последним удачно подключенным устройством, а если сопряжения не произойдёт, то модуль назначит себе роль ведомого с именем «BT_CAR» и PIN-кодом «1234» и будет ожидать подключение мастера.
• Если Вы отключите телефон, то робот сразу остановится.

Управление роботом с телефона выполняется следующим образом:

• Нажимая на клавиши "вперёд/назад" (2) и "вправо/влево"(3) вы можете выбрать одно из 9 направлений движения, указанных стрелками в центре(4).
• Нажимая на клавишу (6) вы можете включить или выключить светодиоды, имитирующие спецсигнал полицейской машины;
• Зажав кнопку (5) и двигая её пальцем вправо или влево, вы можете регулировать скорость движения робота;

Ссылки:

• Робот «Малыш».
• Trema-модуль Bluetooth HC-05.
• Библиотека iarduino_Bluetooth_HC05.
• Wiki - Установка библиотек в Arduino IDE.
• Wiki - Trema-модуль bluetooth HC-05.
• Код программы для робота.