使用 Arduino D1 製作 Wifi 自走車(上)

(搭配 AppInventor 2， IpCam）

一.摘要

  本專案將透過Arduino D1開發板作為核心來製作Wifi自走車。Arduino D1為一款擁有WiFi功能的Arduino開發版，相較於Arduino Yun更是便宜了不少，因此成為多數基礎物連開發的首選。然而Arduino D1 並不是沒有缺點，他的最大缺點「類比輸入只有一個腳位」導致許多感應器不能同時連到Arduino D1，不過對本文來說影響並不大，因此還是選擇了Arduino D1。

二.材料

三.D1腳位及運作架構圖

• Arduino D1

  

• 配線圖

  

• 流程圖

  

四.組裝車體

  車體組裝方式一各人有所不同，只要能運作即可，在此提供敝人的組裝方式：

1. 馬達與輪子的部分就直接跳過吧，相信各位不用3分鐘就能組裝完成
2. 底板下方的部分除了輪子外，L9110S馬達控制板也在此，並平行於馬達安裝，有6條杜邦線透過中間的圓孔穿透到底板上方連接Arduino D1及電源供應板。

    

3. 底板上方的部分即是Arduino D1、電源供應板、以及被拖架拖著的HC-SR04 超音波感應模組，電源供應板將電池的7.4~8.4V降為5V供D1使用，另外，馬達控制板(L9110S)使用的是未經變壓過的電源驅動馬達。(詳細腳位接法請見3.D1腳位及運作架構圖)

    

4. 頂板為LCD、電池和一部手機，並使用銅柱固定

    

五.車體Arduino程式碼

  關於Arduino IDE的設定可以參考佑來了的教學影片Arduino教學- WiFi無線入門。開發板須設定為WeMos D1(Retired)本專案以範例檔WifiWebServer的架構改寫(如有註解不當或缺失歡迎留言補充)

宣告部分

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/*函式庫宣告*/
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <Wire.h>

/*常數宣告*/
const char* ssid = "WIFIARD";      //Wifi SSID
const char* password = "12345678"; //Wifi PassWord
const double usPcm = 29.4;         //microSecond Per cm.
const float minDistance=10.00;
//距離下限(若低於距離下限則馬達不得前進)

/*變數宣告*/
String req = "";  //儲存接收到之字串
String stat ="";  //車子狀態
//(B=測距模組失效,W=行進中,N=正常待命,D=距離前方障礙物過近)
int Speed_L = 0 ; //左馬達速度
int Speed_R = 0 ; //右馬達速度
float distance;   //hc-sr04 距離

/*腳位宣告*/
#define hc_trig    D10
#define hc_echo    D11
#define motor_L_A  D0
#define motor_L_B  D1
#define motor_R_A  D2
#define motor_R_B  D5
#define lcd_SDA    D14
#define lcd_SCL    D15

/*其他宣告*/
WiFiServer server(80);  //伺服器port宣告
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);  //LCD宣告

函式宣告

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String get_process_Message(WiFiClient client){  //接收並處理資料
  req = client.readStringUntil('\r');
  /*
   * req=> GET /資料 HTTP/1.1
   * replace(A, B) A換為B
  */
  req.replace("GET /", "");//去頭
  req.replace("HTTP/1.1", "");//去尾

  client.flush();
  Speed_L =req.substring(0,1).toInt()-5;
  Speed_R =req.substring(1,2).toInt()-5;
}

void dataToHtml(WiFiClient client){  //資訊製網
  String s = "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: 
  text/html\r\n\r\n< !DOCTYPE HTML > < html >,";
  s += String(String(Speed_L) + "," + String(Speed_R) + "," + 
  String(distance) + "," + String(stat) + ",< /html >");
  client.print(s);
}

void printLcd(LiquidCrystal_I2C lcd, int R, int C, String text){  //LCD輸出
  lcd.setCursor(R, C);
  lcd.print(text);
}

float Ranging(){  //測距
  float duration;
  float distance;
  digitalWrite(hc_trig, HIGH);
  delayMicroseconds(200);
  digitalWrite(hc_trig, LOW);
  duration = pulseIn (hc_echo, HIGH);
  distance = duration/2/usPcm;
  return(distance-1);
}

void set_Motor(int Speed_L, int Speed_R){   //設定馬達速度
  if(Speed_L>0){//設定左輪
    analogWrite(motor_L_A,map(Speed_L,0,4,300,800));
    analogWrite(motor_L_B,0);
  }else if(Speed_L<0){
    analogWrite(motor_L_A,0);
    analogWrite(motor_L_B,map(Speed_L,0,-4,300,800));
  }else{//(Speed_L==0)
    analogWrite(motor_L_A,0);
    analogWrite(motor_L_B,0);
  }

  if(Speed_R>0){//設定右輪
    analogWrite(motor_R_A,map(Speed_R,0,4,300,800));
    analogWrite(motor_R_B,0);
  }else if(Speed_R<0){
    analogWrite(motor_R_A,0);
    analogWrite(motor_R_B,map(Speed_R,0,-4,300,800));
  }else{//(Speed_R==0)
    analogWrite(motor_R_A,0);
    analogWrite(motor_R_B,0);
  }
}

初始化部分

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void setup() {
  pinMode (hc_trig  , OUTPUT);
  pinMode (hc_echo  , INPUT );
  pinMode (motor_L_A, OUTPUT);
  pinMode (motor_L_B, OUTPUT);
  pinMode (motor_R_A, OUTPUT);
  pinMode (motor_R_B, OUTPUT);
  
  Wire.begin(lcd_SDA, lcd_SCL);
  lcd.begin();
  printLcd(lcd, 0, 0, "WELCOME");
  delay(1000);
  lcd.clear();
  printLcd(lcd, 0, 0, "Connect to WIfi");
  printLcd(lcd, 0, 1, "SSID:");
  printLcd(lcd, 5, 1, ssid);
  WiFi.begin(ssid, password);//連線至指定wifi
  
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {  //連線中
    delay(500);
  }
  server.begin();  //啟用伺服器
  lcd.clear();
  printLcd(lcd, 0, 0, "WiFi connected!");
  printLcd(lcd, 0, 1, WiFi.localIP().toString());
  delay(1000);
}

迴圈部分

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void loop() {
  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {  //檢查連線
    lcd.clear();
    printLcd(lcd, 0, 0, "Lose connected!");
    delay(2000);
    return;
  }
  WiFiClient client = server.available();
  if (!client) { //未接收訊息要做的事
    distance =Ranging();
    if(distance == -1.00){
      stat="B";
    }else if(distance < minDistance){
    //若車子距離前方障礙物過近則馬達不得前進
      if(Speed_L>0){
        Speed_L=0;
        }
      if(Speed_R>0){
        Speed_R=0;
      }
      stat="D";
    }else if(Speed_L!=0 | Speed_R!=0){
      stat="W";
    }else{
      stat="N";
    }
    set_Motor(Speed_L, Speed_R);
    lcd.clear();
    printLcd(lcd, 0, 0, String(distance));
    printLcd(lcd, 10, 0, String(Speed_L));
    printLcd(lcd, 13, 0, String(Speed_R));
    dataToHtml(client);
    delay(100);
    return;
  }

  while(!client.available()){
    delay(1);
  }  //接收到資料要做的事
  get_process_Message(client);
  distance =Ranging();
  if(distance == -1.00){
    stat="B";
  }else if(distance < minDistance){
    //若車子距離前方障礙物過近則馬達不得前進
    if(Speed_L>0){
        Speed_L=0;
    }
    if(Speed_R>0){
        Speed_R=0;
    }
    stat="D";
  }else if(Speed_L!=0 | Speed_R!=0){
    stat="W";
  }else{
    stat="N";
  }
  set_Motor(Speed_L, Speed_R);
  lcd.clear();
  printLcd(lcd, 0, 0, String(distance));
  printLcd(lcd, 10, 0, String(Speed_L));
  printLcd(lcd, 13, 0, String(Speed_R));
  dataToHtml(client);
  delay(10);
}

以下三部分請見 使用 Arduino D1 製作 Wifi 自走車(下)

• 六.即時影像傳輸
• 七.手機控制端App介面
• 八.手機控制端程式碼

感謝您閱讀本文章