成品预览

不好意思，拿错了。

这张才是我做的（超声波模块被我拔了）：

电路图

在Bluetooth App-Controlled Dual Motor Device基础上进行修改：

材料

Arduino UNO 一块(和毕设老师要的)
L298N 电机驱动一个(淘宝 6 块钱)
三轮小车底座一个（淘宝 15 块钱左右）
铜柱、螺丝、螺母、杜邦线若干
电池四节、电池盒一个
HC-06 蓝牙模块一个
蓝牙串口助手 app
HC_SR04 超声波模块一个
差速电机两个，一般买底盘会带，为了防止烧坏建议多备用一个
Arduino 开发工具

Arduino UNO 片上资源

其中，左下角部分支持模拟量（Analog）的 PIN（A0 到 A5）的编号是 14 到 19。

L298N 模块 PWM 调速

如何理解 PWM

PWM，英文全称 Pulse Width Modulation，中文脉冲宽度调制。脉冲宽度调制是将模拟信号变换为脉冲的一种技术。

假设一个场景：一个电灯接在电路中正常工作。突然，好巧不巧，电路中的开关虚接了，导致电灯忽明忽暗。如果闪烁的频率足够快，那么人眼是无法分辨出来电灯的闪烁的，电影、视频都是这个原理。但是有一点，电灯的亮度一定会下降。当灯亮的时间占总时间的比例大的时候，人眼的感觉灯会变得亮一些，灯暗的时间占得比例越大，那么人眼的感觉自然会是灯变暗了。

如果理解上面的场景，那么就能够理解 PWM 的精髓了。PWM 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。上述场景中提到的电灯亮的时间占总时间的比例，可以类比 PWM 中的“占空比”概念。“占空比”是指一个脉冲循环内，通电时间占总时间的比例。例如脉冲宽度 0.001ms，信号周期 0.004ms 的脉冲序列，占空比为 0.25。

如果脉冲（方波）的峰值电压为 5V，在脉冲占空比为 0.25 时候，等效电压值为方波峰值电压和占空比的乘积 1.25V

PS: 我已经讲得足够简单了，如果还读不懂的话，建议提前去补补课。接下来的部分难度会比这个还要难。

L298N 模块

L298 是 ST 公司生产的双全桥驱动器（DUAL FULL-BRIDGE DRIVER），datasheet。工作电压在 4.8-46V 之间，输出电流高达 2A。可以驱动两个二相电机，一般用来四轮驱动小车，驱动两轮小车的话，真有种杀鸡焉用宰牛刀的感觉。

L298N 模块可以直接与单片机相连，控制起来非常方便。

L298N 逻辑功能表

IN1	IN2	ENA	状态
X	X	0	停止
1	0	1	顺时针
0	1	1	逆时针
1	1	0	停止

其中，IN3、IN4、ENB 的逻辑与上表相同。

HC_SR04 超声波模块测距

HC_SR04 工作原理

观察以上时序图，当提供一个 10us 以上的触发信号，HC_SR04 内部将发出 8 个 40kHz 的周期电平并检测回波。一旦检测出有回波信号，则停止输出回响信号。故回响信号的脉冲宽度和距离成正比。由此则可计算出距离。

取声速 343m/s（干燥、室温 20 度），1 微秒传过的距离是 0.0343 厘米。取倒数，则得到声音每传播 1 厘米，需要 29.15 微秒。

又因为从声音发出到接收回波，声音走过的路程应该是距离的 2 倍，实际距离 1 厘米，需要对应 58.3 微秒，取整 58 即可。

故在程序中可见这样的代码：

int getDistance () {
  digitalWrite(ultrasonicOutputPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(ultrasonicOutputPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(ultrasonicOutputPin, LOW);

  int distance = pulseIn(ultrasonicInputPin, HIGH);
  distance = distance / 58;
  return distance > 0 ? distance: 0;
}

在上述代码中，ultrasonicOutputPin 连接超声波模块的 Trig 引脚，ultrasonicInputPin连接超声波模块的 Echo 引脚。

基于超声波模块的工作原理，故超声波测距适用于坚硬平整的较大物体，其他场景性能不佳。

HC-06（HC-05）蓝牙模块

HC-06 和 HC-05 模块大致差不多，对于 Arduino 的用户，一般从淘宝直接买 JY-MCU，本人也不例外。模块使用起来和串口类似。模块提供的用户指引（User Guide）中提供了丰富详尽的例子，同样在下面的文章中我也会简单介绍。

考虑到小车的拓展性，例如之后可能会接 ESP8266 啥的，暂时先不占用 Arduino 的硬件串口，留着以后使用，蓝牙模块与板子的连接使用软串口的方式。同样软串口相关的内容会在下面进行阐述。

软串口连接蓝牙模块的参考代码如下：

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial bluetoothSerial(11, 12); // RX, TX

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(57600);
  bluetoothSerial.begin(57600);
   bluetoothSerial.print("AT");
  delay(1000);
  bluetoothSerial.println("AT+VERSION");
  delay(1000);
  bluetoothSerial.println("AT+BAUD7");
  delay(1000);
  bluetoothSerial.println("AT+NAMEarduino_car");
  delay(1000);
}
void bluetoothTaskCallback() {
  if (bluetoothSerial.available()) {
    int bluetoothCmd = (int)bluetoothSerial.read();
    Serial.print("bluttooth Command: ");
    Serial.println(bluetoothCmd);

    // TODO: 蓝牙传入参数校验
    motorCtrl(bluetoothCmd);
  }
  if (Serial.available()) {
    Serial.print("Serial available: ");
    Serial.println(Serial.read());
    bluetoothSerial.write(Serial.read());
  }
}

在上述代码中，Arduino 软串口的接收引脚（RX）为 11，与蓝牙模块的发送引脚（TX）连接。发送引脚（TX）为 12，与蓝牙模块的接收引脚（RX）。

在板子初始化过程中，使用 AT 指令对蓝牙模块进行了一些设置：

AT+BAUD7 设置蓝牙模块的波特率为 57600bps（对于 Arduino 软串口的最高速率）。只有两边波特率设置的一样，才可以正常通信。
AT+NAMEarduino_car 设置蓝牙的名称为“arduino_car”，方便我们使用蓝牙调试助手进行连接。

软件模拟串口

除了硬件串口（板子上的 D0、D1 口），Arduino 还提供了 SoftwareSerial 类库，支持用户将其他数字引脚（D*）通过程序模拟成串口通讯引脚。

软件模拟串口简称软串口，使用方法和硬件串口基本一样。类库的详细介绍见Arduino Reference SoftwareSerial Libray。

在 Reference 中指出，软串口有着以下一系列的局限性：

The library has the following known limitations:

If using multiple software serial ports, only one can receive data at a time.

Not all pins on the Mega and Mega 2560 support change interrupts, so only the following can be used for RX: 10, 11, 12, 13, 14, 15, 50, 51, 52, 53, A8 (62), A9 (63), A10 (64), A11 (65), A12 (66), A13 (67), A14 (68), A15 (69).

Not all pins on the Leonardo and Micro support change interrupts, so only the following can be used for RX: 8, 9, 10, 11, 14 (MISO), 15 (SCK), 16 (MOSI).

On Arduino or Genuino 101 the current maximum RX speed is 57600bps

On Arduino or Genuino 101 RX doesn't work on Pin 13

If your project requires simultaneous data flows, see Paul Stoffregen's AltSoftSerial library. AltSoftSerial overcomes a number of other issues with the core SoftwareSerial, but has it's own limitations. Refer to the AltSoftSerial site for more information.

翻译过来的话，大意如下：

这个类库有以下已知限制：

如果使用多个软串口，则一次只能接收到一个数据，串口之间会相互干扰。

因为 Mega 和 Mega2560 板子上并不是所有的引脚都支持更改中断（interrupt），所以只有以下引脚能做软串口的接收引脚（RX）： 10, 11, 12, 13, 14, 15, 50, 51, 52, 53, A8 (62), A9 (63), A10 (64), A11 (65), A12 (66), A13 (67), A14 (68), A15 (69)。

在 Arduino 和 Genuino 101 上，最大的接收速率是 57600bps。

在 Arduino 和 Genuino 101 上，接收引脚（RX）不能是 13 号引脚。

如果你的项目中需要同步数据流，那么请参阅 Paul Stoffregen 的 AltSoftSerial 库。AltSoftSerial 还解决了 SoftwareSerial 中一些其他的问题，但是它也有着自己的局限性。更多信息请参考 AltSoftSerial 网站。

蓝牙串口助手

为了方便，我选择使用 Android 手机作为蓝牙主机（Master），蓝牙串口模块做从机（Salve）。或者叫 Leader 和 Follower 会更好，Master 和 Salve 有违反人权之嫌疑。

蓝牙串口助手的设置过程比较繁琐，我在设置过程中参考了 CSDN 博主“不懂音乐的欣赏者”的 Arduino 智能小车——蓝牙小车一文。

通过手机的蓝牙串口助手，可以给小车下达一系列指令，指令的内容如下：

指令	含义	备注
01	停止
02	前进
03	后退
04	左转
05	右转
06	调速

具体的控制函数有些复杂，之后可以考虑单独用一篇文章阐述一下。

任务调度

目前来讲，小车支持蓝牙遥控、调速，并且在前进的方向放置了超声波模块检测距离，防止碰撞。两个任务可以放在 void loop() 中，通过 delay() 控制时间。这种方式貌似可以解决问题（虽然有些 low），但是如果任务多起来的话，显然会力不从心。

为了更好地协调两个任务，保证两个任务有条不紊的运行，故引入了调度器。调度器可以以特定的周期执行任务。

代码中使用的调度器 Github Repo:https://github.com/arkhipenko/TaskScheduler

调用的参考代码：

#include <TaskScheduler.h>

Scheduler runner;

void ultrasonicTaskCallback();
void bluetoothTaskCallback();

Task bluetoothTask(150,TASK_FOREVER,&bluetoothTaskCallback, &runner, true);
Task ultrasonicTask(500,TASK_FOREVER,&ultrasonicTaskCallback, &runner,true);

void loop() {
  runner.execute();
}

结语

文章当中涉及到很大一部分内容是工科学生基本学习过的内容，比如 PWM、串口通信、超声波测距、电机控制等等。但是在写作的过程中，发现通过短短的几千个字就讲清楚如何做一个 Arduino 小车，并让它跑起来恐怕还是有些困难。因为这些东西看起来简单，但是涉及到的知识范围还是蛮广的。

在实验的过程中，如果有什么问题的话，可以通过公众号或者评论区联系到我。

完整代码

获取公众号对话框回复“arduino 小车”获取完整源码+电路图

结语

文章当中涉及到很大一部分内容是工科学生基本学习过的内容，比如 PWM、串口通信、超声波测距、电机控制等等。但是在写作的过程中，发现通过短短的几千个字就讲清楚如何做一个 Arduino 小车，并让它跑起来恐怕还是有些困难。因为这些东西看起来简单，但是涉及到的知识范围还是蛮广的。

在实验的过程中，如果有什么问题的话，可以通过公众号或者评论区联系到我。

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