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Arduino 、 S4A 與藍牙遙控車

Arduino 、 S4A 與藍牙遙控車. 南門國小資訊組 張文宏 wenhong@mail.nmes.tyc.edu.tw. 1 、 Arduino 簡介與序列通信. 1-1 Arduino 環境建置 (1). ( 以 Windows 環境為例 ). 下載開發環境 ：至官網 (arduino.cc) ，點選 download 後，下載 ArduinoIDE ( 目前 1.5.6r2 beta). 安裝開發環境 ：有 2 種下載檔，如下載 installer 檔，直接執行；如為 zip 檔，直接解壓縮後，進入資料夾找執行檔即可使用。

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Arduino 、 S4A 與藍牙遙控車

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  1. Arduino、S4A與藍牙遙控車 南門國小資訊組 張文宏 wenhong@mail.nmes.tyc.edu.tw

  2. 1、Arduino簡介與序列通信

  3. 1-1 Arduino環境建置(1) (以Windows環境為例) • 下載開發環境：至官網(arduino.cc)，點選download後，下載ArduinoIDE(目前1.5.6r2beta) • 安裝開發環境：有2種下載檔，如下載installer檔，直接執行；如為zip檔，直接解壓縮後，進入資料夾找執行檔即可使用。 (可於研習下載檔案直接使用zip檔)

  4. 1-1 Arduino環境建置(2) • 驅動arduino板：電腦連接arduino(若需驅動程式，位置在arduinoIDE安裝資料夾內drivers資料夾) • 找出板子的COM port號碼：於裝置管理員找到「連接埠」，內有Arduino Uno的號碼

  5. 1-2 ArduinoIDE簡介(1) 偏好設定 設定語言 及設定字型大小 (均需重開程式才生效)

  6. 1-2 ArduinoIDE簡介(2) 設定Arduino 板子類型 設定Arduino板子 的com port號碼 (要與裝置管理員內的相同)

  7. 1-3 LED閃爍程式(1) 開啟內建 範例程式 Blink

  8. 1-3 LED閃爍程式(2) 檢驗程式並上傳 至Arduino 訊息區 (回報成功或錯誤訊息) 上傳後檢查pin13旁的 LED燈是否閃爍， 也可以加一個LED如下圖 LED長針腳 正極，接pin13； 短針腳負極接GND

  9. 1-3 LED閃爍程式(3) 函式setup 為初始設定 (只執行一次) (設定pin13為數位輸出) 函式loop為無窮迴圈 digitalWrite(led,HIGH);會亮燈 digitalWrite(led,LOW);會暗燈 Delay(1000);會等待1000毫秒(即1秒)

  10. 1-4 Arduino微電腦板簡介(以UNO為例) 傳送、接收LED 數位輸出/輸入埠D0~D13(有PWM ~可兼類比輸出) USB序列埠 兼電源輸入 5V、500mA (type B) Reset 鈕 ATmega328 處理器 (含記憶體) 7V ~ 12V 電源輸入 (DC接頭) 5V代表正電 GND代表負電 類比輸入埠(A0~A5)

  11. 1-4 Arduino微電腦板簡介(電壓與感應值) 電壓值 數位輸入 數位輸出 類比輸入 類比輸出 (PWM~腳位) 5V 1(HIGH) 255 1023 2.5V 1(HIGH) 約512 約128 0 0 0(LOW) 0

  12. 1-5 韌體(firmware) 維基百科定義 • 韌體（firmware）…是一種嵌入在硬體裝置中的軟體。 • 通常它是位於特殊應用積體電路（ASIC）或可程式邏輯裝置（PLD）之中的快閃記憶體或EEPROM或PROM裡，有的可以讓使用者更新。 3、韌體儲存於 Arduino的Atmega 內的記憶體 2、透過USB線 以序列(Serial)通訊 傳送韌體 1、以ArduinoIDE 編寫韌體程式上傳

  13. 1-6 線材介紹(1) 杜邦單排母座 (一公頭一母頭) 麵包板跳線 (雙公頭) 大小麵包板 (可接公頭線或針腳)

  14. 1-6 線材介紹(2) 杜邦線 (雙母頭) 杜邦線 (公母頭) 鱷魚夾 杜邦接頭

  15. 1-7 LED閃爍(序列通信控制) • 請開啟「研習範例程式diy1_7BlinkBySerial」 • 將程式上傳至Arduino • 開序列埠監視螢幕 (Serial Monitor) PC端傳送 PC端接收 • 由Serial Monitor傳送命令控制Arduino • (0是關，1是開，2是連續閃爍) PC端速率

  16. 1-8LED閃爍程式(序列通信控制)—概念探討 數位輸出 D13 燈光閃爍韌體 D0(Rx)、D1(Tx) 序列通信(Serial) 傳送ascii字元 速度9600BPS 序列通信程式 (ArduinoIDE Serial Monitor)

  17. 1-9 延伸閱讀 • 書籍：超圖解 Arduino 互動設計入門(旗標) • Youtube:Arduino入門套件中文字幕教學 • Arduino官網語法參考網頁(英文) • 葉難:Arduino簡介 • CooperMaa:Arduino 入門教學

  18. 2、Scratch for Arauino (S4A)

  19. 2-1 S4A環境建置(1) • S4A是一個Scratch的修改版本，提供額外積木以支援Arduino，檔案與原Scratch不相容。 • 至S4A官網下載(網址s4a.cat)，有兩個要下載，一個是S4A程式(pc用)及另一個是S4A韌體(arduino用) S4A程式(PC用) S4A韌體(Arduino用)

  20. 2-1 S4A環境建置(2) • S4A程式：於PC端安裝 • S4A韌體：以ArduinoIDE開啟S4A韌體(S4AFirmware15.ino)，並上傳至Arduino • 接線測試：用USB線連接電腦與Arduino，若看到以下畫面(有感應器數字會跳動)，即成功。 連結Arduino的com port號碼 類比輸入的值會一直跳動 (因有浮動訊號)

  21. 2-2 燈光閃爍(S4A版本) S4A程式與S4A韌體的連結 • (用search board或選擇序列埠均可) S4A程式與S4A韌體的 連線關閉 • 用左方積木即可達到控制燈光閃爍的功能

  22. 2-3 S4A概念探討(1) 數位輸出 D13 S4A韌體 D0(Rx)、D1(Tx) 序列通信(Serial) 傳送資料及控制Arduino(每75ms傳送1次) 速度38400BPS S4A程式(PC端)

  23. 2-3 S4A概念探討(2) 找出S4A預設接腳、Arduino、S4A擴充板的對應位置 註：上圖摘自臺中市數位教學平台 課程: S4A介紹與入門

  24. 2-4 S4A 擴充板(S4A sensor board)(1) 安裝與拆下時 注意兩邊力量要平均 不然針腳會歪掉 • 優點 • 免去麵包板 • 免插線 • 整合7個元件 • 適合初學者 • 缺點 • 腳位功能 • 被限制

  25. 2-4 S4A 擴充板(S4A sensor board)(2) 上圖摘自苗栗縣政府教育處資訊中心 SmetA科技玩創作網站

  26. 2-5 S4A小專案(RGB LED小小燈光師)(1)

  27. 2-5 S4A小專案(RGB LED小小燈光師)(2) • S4A小小燈光師程式位於研習範例檔案

  28. 2-6 延伸閱讀 • 書籍：程式設計邏輯訓練：使用Scratch (松崗) • 臺中市數位教學平台-科技教育開放硬體 • SmetA科技玩創作(苗栗縣) • S4A小專案:小小燈光師 • youtube:人體樂器(S4A實作makey)

  29. 3、藍牙遙控車

  30. 3-0 遙控車套件材料介紹(1) 杜邦線 ArduinoUNO Sensor Shield 5.0擴充板 超音波模組(不使用) 藍牙模組 車體層板 18650鋰充電池 銅柱、鏍絲

  31. 3-0 遙控車套件材料介紹(1) L298N馬達模組 3組紅外線開關 (不使用) 車體底座 馬達、車輪、 減速齒輪組 18650電池盒 萬向輪

  32. 3-1 Sensor Shield V5.0擴充板(1) 安裝與拆下時 注意兩邊力量要平均 不然針腳會歪掉 找出Arduino與 Sensor Shield V5.0擴充板 的對應位置 G：GND 接地 負電 V：VCC 5V 正電 S：SIGNAL 訊號

  33. 3-1 Sensor Shield V5.0擴充板(2) • 優點 • 免去麵包板(多組V和G) • 使用杜邦線(母頭) • 可彈性使用 • 預留模組位置 • 缺點 • 複雜 • 要有Arduino • 腳位基本認知

  34. 3-2 直流DC馬達模組概念 正極 若正負極反接會如何? 負極 L298N雙H橋電路直流馬達模組 (控制2組直流馬達正反轉) H橋電路可控制直流馬達正反轉

  35. 3-3 L298N馬達模組控制右馬達實作(1) 右馬達紅黑線無固定，先試接，相反再交換 ENA:接擴充板V IN1:接擴充板D10 IN2:接擴充板D11 接線示意圖 VMS:接電池盒紅線 GND:接電池盒黑線 GND:接擴充板G +5V:接擴充板V 先調整右輪 馬達要依下方表格動作 (若不行，馬達紅黑電線要交換) S4A控制積木

  36. 3-3 L298N馬達模組控制右馬達實作(2) 實作圖 右馬達及電池盒接線 站立車體以測試右馬達 馬達模組與Arduino接線

  37. 3-4 L298N馬達模組控制左馬達實作 IN3:接擴充板D12 IN4:接擴充板D13 ENB:接擴充板V 接線示意圖 左馬達紅黑線無固定，先試接，相反再交換 先調整右輪 馬達要依下方表格動作 (若不行，馬達紅黑電線要交換) S4A控制積木 可試著做出可用上下左右鍵控制車子的程式，並建議要存檔供後面使用

  38. 3-5 遙控車供電(1) Arduino端電源 18650電池盒電源 (3.7V x 2 = 7.4V) USB電源輸入 5V 可接Arduino 外部電源 7V ~ 12V 外部電源輸入 接馬達模組 供應馬達電力 5V_EN 開關(jumper) 左端電源 右端電源 情況一： 若5V_EN開關相連， 左端與右端電源會相連 情況二： 若5V_EN開關斷開， 左端與右端電源獨立

  39. 3-5 遙控車供電(2) 5V_EN 開關(jumper) 要連接 線控模式 供電建議 使用情況： 　　◎組裝測試時使用 　　◎電池沒電時使用 優缺點： 　　◎可免用電池 　　◎以USB線當開關 　　◎USB長度受限制 遙控模式 供電建議 圓形接頭可接上 Arduino外部電源 使用情況： 　 ◎無線遙控使用 優缺點： 　 ◎以圓形接頭當開關 ◎用電池車速較快 　 ◎電池容量受限制 5V_EN 開關(jumper) 要斷開

  40. 3-6 組裝遙控車 一、拆除Arduino杜邦線及擴充板，並將Arduino固定於上層板。 二、將sensor board擴充板安裝於Arduino上。 四、鎖好上層板並連接好杜邦線 三、在車體底座加上四個銅柱。 五、以S4A透過USB線控方式測試車子

  41. 3-7 藍牙模組設定與安裝(1) 藍牙模組的預設速率是9600 bps，但S4A的通信速率是定在38400 bps。 如何改變藍牙模組傳輸速率？ 作法二：把ArduinoUNO當成 USB to TTL轉換器(以下說明採作法二) 作法一：USB to TTL轉換器(需另購)

  42. 3-7 藍牙模組設定與安裝(2) 以作法二為例：把Arduino當成USB to TTL轉換器，在pc上用序列通訊軟體作設定 接線： 　一、接一條線在Arduino的GND與RESET，讓 Arduino停留在reset mode。 　二、將藍牙模組接上Arduino(針腳依上頁圖片說明， 注意VCC與GND不能接錯，不然會損壞模組（若 不成功，可試著將TX與RX交換看看）。 　三、將Arduino接上PC。 用AT命令更改藍牙模組設定： 　一、使用ArduinoIDE的Serial Monitor下命令，速率先設為9600 bps 　　（也可用範例檔案中的AccessPort軟體）。 　二、連接後，先輸入AT，若成功會收到OK。 　三、更改藍牙名稱的指令AT+NAMExxxxxx( xxxxxx為自定名稱）。 　四、更改藍牙速率的指令AT+BAUD6(會設成38400 bps)。 　五、Serial斷線，移除Arduino，即完成藍牙模組設定，建議將新設定 以小貼紙貼在藍牙模組上。下次要再連接，速率要改38400

  43. 3-7 藍牙模組設定與安裝(3) 藍牙模組接上Sensor Board擴充板 ◎接擴充板上bluetooth的下面4個針腳(不是+的那邊)，注意Vcc的線在最下方 ◎此接法會佔用Arduino的D0與D1來連接藍牙模組 固定於上方 以免拖到地面 遙控車 接上藍牙情形

  44. 3-8 PC端藍牙配對並用S4A連結(1) 實作前注意事項： ◎確認藍牙模組已更改速率(38400 bps)及名稱 ◎確認藍牙模組已正確接上Arduino並等待連結(紅色LED會一直閃爍) ◎確認PC端有藍牙接受器，而且有正確驅動並安裝配對設定程式 (以下以win7環境為例) 首先到控制台新增Bluetooth裝置

  45. 3-8 PC端藍牙配對並用S4A連結(2) 選新增裝置 Win7會找到藍牙模組名稱 選擇 「輸入裝置的配對碼」

  46. 3-8 PC端藍牙配對並用S4A連結(3) 輸入裝置的配對碼1234 (常見的預設配對碼為0000或1234) 配對完成後，右鍵進入 裝置的內容

  47. 3-8 PC端藍牙配對並用S4A連結(4) 配對完成後，右鍵進入 裝置的內容，在硬體標籤處 可查到藍牙模組的com port 號碼 (以上藍牙配對只有在第一次時，才要做配對設定) 開啟S4A，以之前的方法連結Arduino，但com port變為藍牙的號碼(找到後，藍牙的紅LED會固定亮著) (特別注意，在拔掉Arduino電源或關閉藍牙時，一定要先在S4A裡關閉與Arduino的連結，不然會讓S4A當機) 若以上都完成，就可以用前面的S4A程式來遙控車子了。

  48. 3-9 S4A 藍牙遙控車 若以上動作都成功，就可以用前面的S4A程式來無線遙控 S4A藍牙遙控車注意事項： 1、在拔掉Arduino電源或關閉藍牙時，一定要先在S4A裡關閉與Arduino的連結，不然會讓S4A當機，造成S4A程式無法存檔。 2、若要恢復成線控模式，記得要將藍牙模組拔掉(也可只拔掉Vcc接腳)， ，不然USB線會無法傳資料(因為USB與藍牙模組都 是用D0與D1傳送接收資料，故不能兩者同時接上)

  49. 3-10 Android S4A藍牙遙控車(1) 開啟Android端藍牙，並搜尋裝置 找到藍牙模組，並輸入配對碼 完成配對(配對一次後，不需再配對)

  50. 3-10 Android S4A藍牙遙控車(2) 安裝遙控程式S4ARobotCar (此程式以app inventor2寫成，Arduino接線要同本次研習才有作用) 執行並連結藍牙裝置 藍牙模組燈號定住後，就可使用遙控功能

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