HAUE_2021级计算机科学与技术_大一专业认知实习
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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
- 点击创建新电路
- 选择相应组件组合即可
- 3D建模
- 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：
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。
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
OUTPUTwithpinMode()，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:
//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：
//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：
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
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
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
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
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
#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
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
