基于STM32的DIY遥控小船制作.docx
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基于STM32的DIY遥控小船制作.docx
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基于STM32的DIY遥控小船制作
基于STM32的DIY遥控小船制作
[导读]基本构想如下:
stm32驱动两个小电机,小电机上安装两个螺旋桨,可以实现双桨前进、后退,单桨转弯等。
01前言
周末带小朋友去公园玩耍,别的小孩在池塘里玩饮料瓶做的漂流船,看着他欢乐的跟着跑跳,无比羡慕的眼神,却又不能上手的小失落,又回想起儿时用泡沫板和小电机以及电池做的小船,和那时对于电驱动产生的无比兴趣,我决定升级一下儿时的装备,基于STM32给小朋友DIY一个遥控小船,使他成为公园里焦点,同时也期待他对电气控制产生一点点好奇。
基本构想如下:
stm32驱动两个小电机,小电机上安装两个螺旋桨,可以实现双桨前进、后退,单桨转弯等。
供电使用18650电池,通过升压放电板管理电池的充放电。
遥控使用最廉价的红外遥控,来控制小船的各种动作。
同时可以增加一组数码管作为输出设备。
在万能的某宝上可以淘到所有需要的材料,并且价格都十分实惠。
材料
单价
备注
船体
0
废旧收纳盒
驱动电机、螺旋桨
10.5
红外遥控器、红外接收器
3.5
18650电池
0
废旧小电扇拆件
充电升压放电板
5.8
STM32最小系统板
16.2
4位数码管显示器
4.3
电池盒
1.8
线材
0
废线材
电源开关
1.8
合计
43.9
02硬件模块
红外遥控模块
一般遥控玩具使用的是2.4G高频无线遥控模块,但是本着能省则省的原则,选用遥控器带接收头3.5元还包邮的HX1838红外遥控模块。
这种遥控器类似电视遥控器,优点是便宜,开发简单,缺点是控制距离短,并且要像遥控电视一样指着玩具操作,这些缺陷留着下一代产品迭代时升级。
电机驱动模块
电机使用直流小电机,3-6V可驱动,使用一片L298N驱动板驱动。
STM32输出PWM可调速,可正反转。
数码管显示
基于TM1637的四位数码管,用于显示一些简单的信息。
TM1637是天微公司出品的LED驱动专用芯片,集成简单,开发方便。
除了TM1637,天微公司还有一系列TM16XX的芯片,主要区别就是位输出和段输出个数多少。
电池和充放电模块
18650电池具有容量大,寿命长,安全性高等优点,普遍使用在充电宝,笔记本电池、仪器仪表中,甚至特斯拉的电池组也是由7000多节这样的电池组合成的。
充放电线路板,主要的作用是将电池3.7V的输出电压升压到5V,供给STM32及外围电路使用,同时还具备给电池充电的功能。
实际上等同于一个充电宝,充电宝的原理就是若干个18650电池并联,再用一块充放电板管理而已。
03嵌入式软件
红外遥控器驱动
HX1838采用的是NEC编码格式。
载波频率为38khz。
逻辑1是2.25ms,脉冲时间560us;逻辑0为1.12ms,脉冲时间560us。
根据脉冲时间长短来解码。
协议示意图:
一组数据组成:
1.起始是9ms的高电平脉冲
2.4.5ms的低电平
3.8位地址码,低位在前
4.8位地址码的反码,用于校验
5.8位命令码,低位在前
6.8位命令码的反码。
需要注意的是1838红外一体接收头为了提高接受灵敏度。
输入高电平,其输出的是相反的低电平。
实际测量接收到的按键波形如下图,可以看到电平是相反的。
代码实现:
使用下降沿外部中断作为一次按键的检测触发,然后每个20us读取一次数据管脚,按照上述的协议逻辑,读出一个u32的数据。
U8Infrared_Receiver_Process(void){U16nTime_Num=0;U8nData=0;U8nByte_Num=0;U8 nBit_Num =0;nTime_Num=Infrared_Receiver_GetLowLevelTime();//t0=nTime_Num;if((nTime_Num>=500)||(nTime_Num<=400))//9ms数据头高电平hx1838输入的反的{returnINFRARED_RECEIVER_ERROR;}nTime_Num=Infrared_Receiver_GetHighLevelTime();//4.5ms低电平hx1838输入的反的if((nTime_Num>=250)||(nTime_Num<=200)){returnINFRARED_RECEIVER_ERROR;}for(nByte_Num=0;nByte_Num<4;nByte_Num++)//4个8位码{for(nBit_Num=0;nBit_Num<8;nBit_Num++){nTime_Num=Infrared_Receiver_GetLowLevelTime();//560us高电平hx1838输入的反的nTime_Num=28if((nTime_Num>=60)||(nTime_Num<=20)){returnINFRARED_RECEIVER_ERROR;}nTime_Num=Infrared_Receiver_GetHighLevelTime();//1690us(nTime_Num=84.5)是逻辑1560us是逻辑0nTime_Num=28if((nTime_Num>=60)&&(nTime_Num<100)){nData=1;}elseif((nTime_Num>=10)&&(nTime_Num<50)){nData=0;}else{returnINFRARED_RECEIVER_ERROR;}gInfraredReceiver_Data<<=1;gInfraredReceiver_Data|=nData;}}returnINFRARED_RECEIVER_OK;}
经过调试,得到遥控器的按键键值如下:
KEY_OK=0x38,KEY_UP=0x18,KEY_DOWN=0x4a,KEY_LEFT=0x10,KEY_RIGHT=0x5a,KEY_1=0xa2,KEY_2=0x62,KEY_3=0xe2,KEY_4=0x22,KEY_5=0x02,KEY_6=0xc2,KEY_7=0xe0,KEY_8=0xa8,KEY_9=0x90,KEY_STAR=0x68,KEY_0=0x98,KEY_SHARP=0x80,
另外由于NEC编码格式的红外遥控广泛的用于电视遥控,我们也可以找一个电视遥控器,把键值读出来,写入到stm的程序中,这样就可以用电视遥控器来操作小船了。
数码管显示驱动
TM1637与其他的一些TM芯片有一些区别,没有同步通信的STB脚,控制时序也有相应改变。
在输入数据时当CLK是高电平时,DIO上的信号必须保持不变;只有CLK上的时钟信号为低电平时,DIO上的信号才能改变。
数据输入的开始条件是CLK为高电平时,DIO由高变低;结束条件是CLK为高时,DIO由低电平变为高电平。
TM1637的数据传输带有应答信号ACK,当传输数据正确时,会在第八个时钟的下降沿,芯片内部会产生一个应答信号ACK将DIO管脚拉低,在第九个时钟结束之后释放DIO口线。
代码实现:
voidstart(void){dio_output();GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);GPIO_SetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);Delay();GPIO_ResetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);Delay();}voidstop(void){dio_output();/*GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);Delay();*/GPIO_ResetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);Delay();GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);Delay();GPIO_SetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);Delay();}voidack(void){u8i;dio_input();GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);Delay();while(readDio()==1&&(i<250))i++;GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);Delay();GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);dio_output();}voidwrite_data(u8wr_data){u8i;for(i=0;i<8;i++)//开始传送8位数据,每循环一次传送一位数据{GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);if(wr_data&0x01){GPIO_SetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);}else{GPIO_ResetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);}Delay();wr_data>>=1;GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);Delay();}ack();}voidtm1637_DispStr(u8*str){u8i;u8ledCode[5];for(i=0;i<4;i++){ledCode[i]=GetLedCode(str[i]);}start();write_data(0x44);//固定地址模式stop();start();write_data(LED_GRID1);write_data(ledCode[0]);stop();start();write_data(LED_GRID2);write_data(ledCode[1]);stop();start();write_data(LED_GRID3);write_data(ledCode[2]);stop();start();write_data(LED_GRID4);write_data(ledCode[3]);stop();start();write_data(0x89);stop();}
小船控制逻辑
目前的逻辑比较简单,就是收到按键后控制电机的转停。
voiddealIrKeyDown(){u8len;len=irKeyfifo_count;if(len>0){irKeyDataOut=irKeyfifo_DataOut();//按键显示U8ToHexstr(irKeyDataOut.index,dispStr);U8ToHexstr(irKeyDataOut.cmd,dispStr+2);tm1637_DispStr(dispStr);switch(irKeyDataOut.cmd){caseKEY_OK:
caseKEY_OK_CHANGHONG:
motor1_Stop();motor2_Stop();break;caseKEY_UP:
caseKEY_UP_CHANGHONG:
motor1_ForwardRun();motor2_ForwardRun();break;caseKEY_DOWN:
caseKEY_DOWN_CHANGHONG:
motor1_BackwardRun();motor2_BackwardRun();break;caseKEY_LEFT:
caseKEY_LEFT_CHANGHONG:
motor1_ForwardRun();motor2_Stop();state=SHIP_LEFT;break;caseKEY_RIGHT:
caseKEY_RIGHT_CHANGHONG:
motor2_ForwardRun();motor1_Stop();state=SHIP_RIGHT;break;default:
motor1_Stop();motor2_Stop();state=SHIP_STOP;break;}}}
04DIY成品展示和演示视频
05总结存在的问题
遥控不灵敏
毕竟红外遥控的使用场合并不是移动的物体上,再加上距离近,经常会出现遥控要按多次的情况。
后期考虑改进stm的协议处理方法,增加容错性,如果还是不行就考虑升级为2.4G专用的玩具遥控。
防水性问题
正常使用不会有水进入,但是在没有大人的情况下交给小孩操作,就没那么保险了。
后期考虑升级防水性能。
没有声光电,不够酷炫。
考虑升级,增加led灯条。
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