HAUE_2021级计算机科学与技术_大一专业认知实习

2022-07-11 08:59:14 浏览数 (1)

1.环境搭建

1.1 电路模拟环境 3D建模环境

  • 使用老师提供的网站：AUTUDESK
  • 在该网站注册账号即可免费使用，可以最低限度满足本次项目要求

使用说明

  • 电路模拟
    1. 点击创建新电路

  1. 选择相应组件组合即可
  • 3D建模
    1. 点击创建新设计

1.2蓝牙小车控制代码环境

  • 使用Arduino官网的IDE选择对应版本下载即可

Tips

  • 在AUTUDESK模拟电路时，可以将代码导入，测试代码的正确性

  • 基于Arduion电路板使用不同语言的函数的参考文献

  • 对于该项目，我们只需掌握Digital I/O相关的函数即可

2.Arduino串口通信

2.1 Arduino串口

Arduino采用USART通信模式，可以有硬串口，软串口两种实现方式。

通常将Arduino UNO上自带的串口0（RX）、1（TX）称为硬件串口，可与外围串口设备通信。而使用SoftwareSerial类库模拟成的串口，称为软件模拟串口（简称软串口）。如果要连接更多的串口设备，可以使用软串口。

2.2 系统函数

1、初始化程序

setup()函数中的代码只会被运行一次，通常用来做一下初始化工作；

2、循环主程序

loop()函数中的代码会被无限次地重复运行，程序的主体部分会写在这里；

2.3 串口函数

2.3.1.Serial.begin()

描述：开启串口，通常置于setup()函数中。 原型：

  • Serial.begin(speed)
  • Serial.begin(speed, config)

参数：

  • speed：波特率，一般取值9600,115200等。
  • config：设置数据位、校验位和停止位。默认SERIAL_8N1表示8个数据位，无校验位，1个停止位。

返回值：无。

2.3.2.Serial.print()

描述：串口输出数据，写入字符数据到串口。 原型：

  • Serial.print(val)
  • Serial.print(val, format)

参数： val：打印的值，任意数据类型。 config：输出的数据格式。BIN(二进制)、OCT(八进制)、DEC(十进制)、HEX(十六进制)。对于浮点数，此参数指定要使用的小数位数。 示例：

代码语言：javascript复制
Serial.print(78, BIN) 得到 “1001110”
Serial.print(78, OCT) 得到 “116”
Serial.print(78, DEC) 得到 “78”
Serial.print(78, HEX) 得到 “4E”
Serial.print(1.23456, 0) 得到 “1”
Serial.print(1.23456, 2) 得到 “1.23”
Serial.print(1.23456, 4) 得到 “1.2346”
Serial.print(‘N’) 得到 “N”
Serial.print(“Hello world.”) 得到 “Hello world.”

返回值：返回写入的字节数。 Serial.println()可以实现换行输出

2.3.3.Serial.available()

描述：判断串口缓冲区的状态，返回从串口缓冲区读取的字节数。 原型：Serial.available() 参数：无。 返回值：可读取的字节数。

2.3.4.Serial.read()

描述：读取串口数据，一次读一个字符，读完后删除已读数据。 原型：Serial.read() 参数：无。 返回值：返回串口缓存中第一个可读字节，当没有可读数据时返回-1，整数类型。

2.4 Digital I/O

2.4.1.digitalRead()

描述：从指定的数字引脚读取值，无论是HIGH还是LOW。

原型：digitalRead(pin)

参数：pin：读取的 Arduino 引脚号

返回值：HIGH或者LOW

示例：

将引脚 13 设置为与引脚 7 相同的值，声明为输入。

代码语言：javascript复制
int ledPin = 13;  // LED connected to digital pin 13
int inPin = 7;    // pushbutton connected to digital pin 7
int val = 0;      // variable to store the read value

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);  // sets the digital pin 13 as output
  pinMode(inPin, INPUT);    // sets the digital pin 7 as input
}

void loop() {
  val = digitalRead(inPin);   // read the input pin
  digitalWrite(ledPin, val);  // sets the LED to the button's value
}

2.4.2.digitalWrite()

描述：

将一个HIGH或一个LOW值写入数字引脚。

  • 如果引脚已配置为OUTPUTwith pinMode()，则其电压将设置为相应的值： 5V（或 3.3V 板上的 3.3V）为HIGH， 0V（接地）为LOW。
  • 如果引脚配置为INPUT,digitalWrite()将启用 ( HIGH) 或禁用 ( LOW) 输入引脚上的内部上拉电阻。建议将 设置pinMode()为INPUT_PULLUP启用内部上拉电阻，参考数字引脚教程。
  • 如果不设置pinMode()，OUTPUT将 LED 连接到引脚，调用 时digitalWrite(HIGH)，LED 可能会显得暗淡。没有明确设置pinMode()，digitalWrite()将启用内部上拉电阻，其作用类似于一个大限流电阻。

原型：digitalWrite(pin, value)

参数：

  • pin：Arduino 引脚号。
  • value:HIGH或LOW.

返回值：无

示例:

代码语言：javascript复制
//该代码使数字引脚 13 an并通过在和之间以一秒的速度OUTPUT交替来切换它。

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);    // sets the digital pin 13 as output
}

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH); // sets the digital pin 13 on
  delay(1000);            // waits for a second
  digitalWrite(13, LOW);  // sets the digital pin 13 off
  delay(1000);            // waits for a second
}

2.4.3.pinMode()

描述:

将指定的引脚配置为输入或输出。有关引脚功能的详细信息，参考数字引脚页面。

从 Arduino 1.0.1 开始，可以使用 mode 启用内部上拉电阻INPUT_PULLUP。此外，该INPUT模式明确禁用内部上拉。

原型：pinMode(pin, mode)

参数

  • pin：要设置模式的 Arduino 引脚号。
  • mode: INPUT,OUTPUT或INPUT_PULLUP. 参考数字引脚页面。

返回值：无

示例：

代码语言：javascript复制
//该代码使数字引脚 13OUTPUT和切换它HIGH和LOW

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);    // sets the digital pin 13 as output
}

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH); // sets the digital pin 13 on
  delay(1000);            // waits for a second
  digitalWrite(13, LOW);  // sets the digital pin 13 off
  delay(1000);            // waits for a second
}

3.制作流程

3.1 电路模拟过程

3.1.1 模拟硬件

  • 首先，需要在模拟环境中添加一块Arduino电路板
  • 其次，需要四个直流电机，用于实现行进及转向控制功能

3.1.2 模拟代码

  • 可以先在IDE环境中编译，之后导入虚拟环境中模拟

（1）. 前进、后退及停止功能

实现该功能，需要控制引脚输出的信号，使得两个引脚在直流电机的接口产生电位差，且要保证四个电机的电位差相等，使得小车可以沿着统一方向行驶，当不存在电位差时，电机停止运作，实现停止功能。

前进代码的实现：

代码语言：javascript复制
void car_go(){

 digitalWrite(p1,HIGH);

 digitalWrite(p2,LOW);

 digitalWrite(p3,HIGH);

 digitalWrite(p4,LOW);

}

执行后的结果

可以看到四个电机均向正方向转动

后退代码的实现

代码语言：javascript复制
void car_back(){

 digitalWrite(p1,LOW);

 digitalWrite(p2,HIGH);

 digitalWrite(p3,LOW);

 digitalWrite(p4,HIGH);

}

执行后的结果

可以看到四个电机均向反方向转动

停止代码的实现

代码语言：javascript复制
void car_stop(){

 digitalWrite(p1,LOW);

 digitalWrite(p2,LOW);

 digitalWrite(p3,LOW);

 digitalWrite(p4,LOW);

}

执行后的结果

可以看到四个电机均停止转动

（2）. 转向功能

实现小车转向功能，可以控制两侧电机运作方向相反，同侧电机运作方向同步，通过改变引脚的输出信号，可以实现该功能。

小车左转向代码的实现

代码语言：javascript复制
void car_left(){

 digitalWrite(p1,LOW);

 digitalWrite(p2,HIGH);

 digitalWrite(p3,HIGH);

 digitalWrite(p4,LOW);

}

执行后的结果

可以看到上方同侧电机正向转动，下方同侧电机反向转动

小车右转向代码的实现

代码语言：javascript复制
void car_right(){

 digitalWrite(p1,HIGH);

 digitalWrite(p2,LOW);

 digitalWrite(p3,LOW);

 digitalWrite(p4,HIGH);

}

执行后的结果

可以看到上方同侧电机反向转动，下方同侧电机正向转动

（3）. HC-06蓝牙模块链接功能

对Arduino链接HC-06蓝牙模块后，在启动时需要对串口进行链接

链接图

编辑

代码调试

代码语言：javascript复制
#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial BT(8, 9);  //新建对象，接收脚为8，发送脚为9

char val1;  //存储接收的变量

void setup() {

  Serial.begin(9600);   //与电脑的串口连接

  Serial.println("BT is ready!");

  BT.begin(9600);  //设置蓝牙模块波特率

}

void loop() {

  //如果串口接收到数据，就输出到蓝牙串口

  if (Serial.available()) {

    val 1= Serial.read();

    BT.print(val1);

  }

  //如果接收到蓝牙模块的数据，输出到屏幕

  if (BT.available()) {

    val1 = BT.read();

    Serial.print(val1);

  }

}

（4）. 蓝牙模块数据处理功能

当通过蓝牙向小车板载的HC-06蓝牙模块发出信号时，小车需要对接收到的蓝牙信号进行处理，以实现对小车的控制

小车蓝牙信息处理代码的实现

代码语言：javascript复制
if(Serial.available()>0){ //当接收信号的返回值大于0时说明接收到了信号

  char val=Serial.read(); //读入接收的信号值

  if(val=='f'){ //当信号为’f’时，执行前进的代码

   car_go();

  }

  else if(val=='b'){  //当信号为’b’时，执行后退的代码

   car_back();

  }

  else if(val=='l'){  //当信号为’l’时，执行左转的代码

   car_left();

  }

  else if(val=='r'){  //当信号为’r’时，执行右转的代码

   car_right();

  }

  else{ //当信号非法时，执行停止的代码

   car_stop();

  }

 }

3.2 3D建模过程

3.2.1 模型选择

  • 根据个人风格的不同，选择内置库中自己喜欢的模型组合即可，以下是我的建模成品图

主视图

左视图

俯视图

3.3 焊接过程

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4.成果导出

4.1 导出电路图

4.2 导出3D建模

单片机 图像处理

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