プロジェクト19: 超音波タンクロボット複合機能
(1)説明:
スマートカーはこれまでの各プロジェクトで単一の機能を実行してきました。
複数の機能を同時に表示することはできますか？できます。
この最後の大型プロジェクトでは、完全なコードを使用してスマートカーを制御し、以前のプロジェクトで紹介したすべての機能を披露することを目指しています。Bluetooth APPのキーを使用して、さまざまな機能を自動的に切り替えます。非常にシンプルで便利です。
(2)フロー図:
(3)接続図:
1. 8x16ボードのGND、VCC、SDA、SCLは、拡張ボードのG（GND）、+（VCC）、A4、A5に接続されています。
2. 超音波センサーのVCC、Trig、Echo、Gndは、5V（V）、12（S）、13（S）、Gnd（G）に接続されています。
3. サーボの茶色のワイヤー、赤色のワイヤー、オレンジ色のワイヤーは、Gnd（G）、5v（V）、D10に接続されています。
4. BTモジュールのRXD、TXD、GND、VCCは、TX、RX、G（GND）、5V（VCC）に接続されています。STATEとBRKは接続する必要はありません。
5. 左側の光センサーモジュールのピン「G」、「V」、SはそれぞれG（GND）、V（VCC）、A1に接続されています。右側の光センサーモジュールはG（GND）、V（VCC）、A2に接続されています。
6. ライントラッキングセンサーの遠端ポートは11、7、8です。
(4)テストコード:
(注意: コードをアップロードする前にBluetoothモジュールを接続しないでください。コードのアップロードにもシリアル通信を使用しており、Bluetoothシリアル通信と競合が発生し、アップロードが失敗する可能性があります。)
/*
Keyestudio Mini Tank Robot V3 (Popular Edition)
lesson 19
Ultrasonic Tank Robot Multiple Functions
http://www.keyestudio.com
*/
#include <IRremote.h>
IRrecv irrecv(3); //
decode_results results;
long ir_rec; //IR値を保存するために使用
/***********/
#define USE_FAN_FUNCTION 0
// 配列、画像データを保存するために使用。自分で計算するかモジュラスツールから取得できます
unsigned char start01[] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x80, 0x40, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01};
unsigned char STOP01[] = {0x2E, 0x2A, 0x3A, 0x00, 0x02, 0x3E, 0x02, 0x00, 0x3E, 0x22, 0x3E, 0x00, 0x3E, 0x0A, 0x0E, 0x00};
unsigned char front[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x24, 0x12, 0x09, 0x12, 0x24, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
unsigned char back[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x24, 0x48, 0x90, 0x48, 0x24, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
unsigned char left[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x44, 0x28, 0x10, 0x44, 0x28, 0x10, 0x44, 0x28, 0x10, 0x00};
unsigned char right[] = {0x00, 0x10, 0x28, 0x44, 0x10, 0x28, 0x44, 0x10, 0x28, 0x44, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
unsigned char Smile[] = {0x00, 0x00, 0x1c, 0x02, 0x02, 0x02, 0x5c, 0x40, 0x40, 0x5c, 0x02, 0x02, 0x02, 0x1c, 0x00, 0x00};
unsigned char Disgust[] = {0x00, 0x00, 0x02, 0x02, 0x02, 0x12, 0x08, 0x04, 0x08, 0x12, 0x22, 0x02, 0x02, 0x00, 0x00, 0x00};
unsigned char Happy[] = {0x02, 0x02, 0x02, 0x02, 0x08, 0x18, 0x28, 0x48, 0x28, 0x18, 0x08, 0x02, 0x02, 0x02, 0x02, 0x00};
unsigned char Squint[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x41, 0x22, 0x14, 0x48, 0x40, 0x40, 0x48, 0x14, 0x22, 0x41, 0x00, 0x00, 0x00};
unsigned char Despise[] = {0x00, 0x00, 0x06, 0x04, 0x04, 0x04, 0x24, 0x20, 0x20, 0x26, 0x04, 0x04, 0x04, 0x04, 0x00, 0x00};
unsigned char Heart[] = {0x00, 0x00, 0x0C, 0x1E, 0x3F, 0x7F, 0xFE, 0xFC, 0xFE, 0x7F, 0x3F, 0x1E, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x00};
unsigned char clear[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
#define SCL_Pin A5 //クロックのピンをA5に設定
#define SDA_Pin A4 //データピンをA4に設定
#define ML_Ctrl 4 //左モーターの方向制御ピンを4に定義
#define ML_PWM 6 //左モーターのPWM制御ピンを定義
#define MR_Ctrl 2 //右センサーの方向制御ピンを定義
#define MR_PWM 5 //右モーターのPWM制御ピンを定義
char ble_val; //Bluetooth値を保存するために使用
byte speeds_L = 200; //左モーターの初期速度は200
byte speeds_R = 200; //右モーターの初期速度は200
String speeds_l, speeds_r; //PWM文字を受信してPWM値に変換
//ラインセンサーの配線
#define L_pin 11 //左
#define M_pin 7 //中央
#define R_pin 8 //右
int L_val, M_val, R_val;
#if USE_FAN_FUNCTION /****ファンを使用*******/
int flame_L = A1; //左炎センサーのアナログポートをA1に定義
int flame_R = A2; //右炎センサーのアナログポートをA2に定義
int flame_valL, flame_valR;
//130モーターのピン
int INA = 12;
int INB = 13;
#else /****超音波センサーを使用*******/
#define servoPin 10 //サーボのピン
#define light_L_Pin A1 //左光センサーのピンを定義
#define light_R_Pin A2 //右光センサーのピンを定義
int left_light;
int right_light;
#define Trig 12
#define Echo 13
float distance;//追従用に超音波で検出した距離値を保存
//障害物回避用に超音波で検出した距離値を保存
int a;
int a1;
int a2;
#endif
bool flag; //フラグ変数、モードへの出入りに使用
void setup()
{
Serial.begin(9600);
irrecv.enableIRIn(); //IRリモコンのライブラリを初期化
pinMode(SCL_Pin, OUTPUT);
pinMode(SDA_Pin, OUTPUT);
pinMode(ML_Ctrl, OUTPUT);
pinMode(ML_PWM, OUTPUT);
pinMode(MR_Ctrl, OUTPUT);
pinMode(MR_PWM, OUTPUT);
pinMode(L_pin, INPUT); //センサーのピンをINPUTに定義
pinMode(M_pin, INPUT);
pinMode(R_pin, INPUT);
matrix_display(clear); //画面をクリア
matrix_display(start01); //スタートを表示
#if USE_FAN_FUNCTION/****ファンを使用*******/
pinMode(INA, OUTPUT);//INAをOUTPUTに設定
pinMode(INB, OUTPUT);//INBをOUTPUTに設定
//炎センサーの入力を定義
pinMode(flame_L, INPUT);
pinMode(flame_R, INPUT);
#else/****超音波センサーを使用*******/
pinMode(servoPin, OUTPUT);
pinMode(light_L_Pin, INPUT);
pinMode(light_R_Pin, INPUT);
pinMode(Trig, OUTPUT);
pinMode(Echo, INPUT);
procedure(90); //サーボの角度を90°に設定
#endif
}
void loop()
{
if (Serial.available()) //シリアルバッファにデータがある場合
{
ble_val = Serial.read();
Serial.println(ble_val);
switch (ble_val)
{
case 'F': Car_front(); break; //前進コマンド
case 'B': Car_back(); break; //後退コマンド
case 'L': Car_left(); break; //左折コマンド
case 'R': Car_right(); break; //右折コマンド
case 'S': Car_Stop(); break; //停止
case 'e': Tracking(); break; //ライントラッキングモードに入る
case 'f': Confinement(); break; //コンファインメントモードに入る
#if USE_FAN_FUNCTION/****ファンを使用*******/
case 'j': Fire(); break; //消火モードを有効にする
case 'c': fan_begin(); break; //ファンを有効にする
case 'd': fan_stop(); break; //ファンをオフにする
#else/****超音波センサーを使用*******/
case 'g': Avoid(); break; //障害物回避モードに入る
case 'h': Follow(); break; //追従モードに入る
case 'i': Light_following(); break; //光追従モードに入る
#endif
case 'u':
speeds_l = Serial.readStringUntil('#');
speeds_L = String(speeds_l).toInt();
break; //uで受信開始、#文字で受信終了して整数に変換
case 'v':
speeds_r = Serial.readStringUntil('#');
speeds_R = String(speeds_r).toInt();
break; //uで受信開始、#文字で受信終了して整数に変換
case 'k': matrix_display(Smile); break; //"笑顔"を表示
case 'l': matrix_display(Disgust); break; //"嫌悪"の顔を表示
case 'm': matrix_display(Happy); break; //"幸福"の顔を表示
case 'n': matrix_display(Squint); break; //"悲しい"の顔を表示
case 'o': matrix_display(Despise); break; //"軽蔑"の顔を表示
case 'p': matrix_display(Heart); break; //ハートビート画像を表示
case 'z': matrix_display(clear); break; //画像をクリア
default: break;
}
}
#if (USE_FAN_FUNCTION != 1)/****ファンを使用しない機能*******/
//以下の3つのシグナルは主に循環印刷に使用
if (ble_val == 'x')
{
distance = checkdistance(); Serial.println(distance);
delay(50);
}
else if (ble_val == 'w')
{
left_light = analogRead(light_L_Pin);
Serial.println(left_light);
delay(50);
}
else if (ble_val == 'y')
{
right_light = analogRead(light_R_Pin);
Serial.println(right_light);
delay(50);
}
#endif
if (irrecv.decode(&results)) //赤外線リモコンの値を受信
{
ir_rec = results.value;
Serial.println(ir_rec, HEX);
switch (ir_rec)
{
case 0xFF629D: Car_front(); break; //前進
case 0xFFA857: Car_back(); break; //後退
case 0xFF22DD: Car_left(); break; //左回転
case 0xFFC23D: Car_right(); break; //右回転
case 0xFF02FD: Car_Stop(); break; //停止
default: break;
}
irrecv.resume();
}
}
#if (USE_FAN_FUNCTION != 1)/****超音波センサーを使用*******/
//超音波センサーを制御
float checkdistance()
{
float distance;
digitalWrite(Trig, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(Trig, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(Trig, LOW);
distance = pulseIn(Echo, HIGH) / 58.20; //
delay(10);
return distance;
}
//サーボを制御する関数
void procedure(int myangle)
{
int pulsewidth;
pulsewidth = map(myangle, 0, 180, 500, 2000); //パルス幅の値を計算。500〜2500のマッピング値にすべきところ、赤外線ライブラリの影響を考慮して500〜2000を使用。
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
digitalWrite(servoPin, HIGH);
delayMicroseconds(pulsewidth); //ハイレベルの持続時間がパルス幅
digitalWrite(servoPin, LOW);
delay((20 - pulsewidth / 1000)); //周期は20msなので、ローレベルは残りの時間
}
}
/*****************障害物回避******************/
void Avoid()
{
flag = 0;
while (flag == 0)
{
a = checkdistance(); //前方の距離をaに設定
if (a < 20) //前方の距離が20cm未満の場合
{
Car_Stop(); //停止
delay(500); //500msの遅延
procedure(180); //サーボが左に回転
delay(500); //500msの遅延
a1 = checkdistance(); //左側の距離をa1に設定
delay(100); //値を読む
procedure(0); //サーボが右に回転
delay(500); //500msの遅延
a2 = checkdistance(); ///右側の距離をa2に設定
delay(100); //値を読む
procedure(90); //90°に戻る
delay(500);
if (a1 > a2) //左側の距離が右側の距離より大きい場合
{
Car_left(); //ロボットが左に曲がる
delay(700); //700ms左折
}
else
{
Car_right(); //右折
delay(700);
}
}
else //前方距離≧20cmの場合、ロボットは前進
{
Car_front(); //前進
}
//Bluetooth値を受信してループを終了
if (Serial.available())
{
ble_val = Serial.read();
if (ble_val == 'S') //Sを受信
{
flag = 1; //flagを1に設定してループを終了
Car_Stop();
}
}
}
}
/*******************追従***************/
void Follow()
{
flag = 0;
while (flag == 0)
{
distance = checkdistance(); //距離値をdistanceに設定
if (distance >= 20 && distance <= 60) //前進
{
Car_front();
}
else if (distance > 10 && distance < 20) //停止
{
Car_Stop();
}
else if (distance <= 10) //後退
{
Car_back();
}
else //停止
{
Car_Stop();
}
if (Serial.available())
{
ble_val = Serial.read();
if (ble_val == 'S')
{
flag = 1; //ループを終了
Car_Stop();
}
}
}
}
/****************光追従******************/
void Light_following()
{
flag = 0;
while (flag == 0)
{
left_light = analogRead(light_L_Pin);
right_light = analogRead(light_R_Pin);
if (left_light > 650 && right_light > 650) //前進
{
Car_front();
}
else if (left_light > 650 && right_light <= 650) //左折
{
Car_left();
}
else if (left_light <= 650 && right_light > 650) //右折
{
Car_right();
}
else //それ以外は停止
{
Car_Stop();
}
if (Serial.available())
{
ble_val = Serial.read();
if (ble_val == 'S')
{
flag = 1;
Car_Stop();
}
}
}
}
#else/****ファンを使用*******/
/***************ファンを有効にする*****************/
void fan_begin()
{
digitalWrite(INA, LOW);
digitalWrite(INB, HIGH);
}
/***************ファンを停止する*****************/
void fan_stop()
{
digitalWrite(INA, LOW);
digitalWrite(INB, LOW);
}
/***************消火****************/
void Fire()
{
flag = 0;
while (flag == 0)
{
//炎センサーのアナログ値を読む
flame_valL = analogRead(flame_L);
flame_valR = analogRead(flame_R);
if (flame_valL <= 700 || flame_valR <= 700)
{
Car_Stop();
fan_begin();
}
else
{
fan_stop();
L_val = digitalRead(L_pin); //左センサーの値を読む
M_val = digitalRead(M_pin); //左センサーの値を読む
R_val = digitalRead(R_pin); //右センサーの値を読む
if (M_val == 1) //真ん中のセンサーが黒線を検出
{
if (L_val == 1 && R_val == 0) //左で黒線を検出し、右では検出しない場合、左折
{
Car_left();
}
else if (L_val == 0 && R_val == 1) //右で黒線を検出し、左では検出しない場合、右折
{
Car_right();
}
else //前進
{
Car_front();
}
}
else //真ん中のセンサーが黒線を検出しない
{
if (L_val == 1 && R_val == 0) //左で黒線を検出し、右では検出しない場合、左折
{
Car_left();
}
else if (L_val == 0 && R_val == 1) //右で黒線を検出し、左では検出しない場合、右折
{
Car_right();
}
else //それ以外は停止
{
Car_Stop();
}
}
}
if (Serial.available())
{
ble_val = Serial.read();
if (ble_val == 'S')
{
flag = 1;
Car_Stop();
}
}
}
}
#endif
/***************ライントレース*****************/
void Tracking()
{
flag = 0;
while (flag == 0)
{
L_val = digitalRead(L_pin); //左センサーの値を読み取る
M_val = digitalRead(M_pin); //中央センサーの値を読み取る
R_val = digitalRead(R_pin); //右センサーの値を読み取る
if (M_val == 1) //真ん中のセンサーが黒線を検出
{
if (L_val == 1 && R_val == 0) //左で黒線を検出し、右では検出しない場合、左折
{
Car_left();
}
else if (L_val == 0 && R_val == 1) //右で黒線を検出し、左では検出しない場合、右折
{
Car_right();
}
else //前進
{
Car_front();
}
}
else //真ん中のセンサーが黒線を検出しない
{
if (L_val == 1 && R_val == 0) //左で黒線を検出し、右では検出しない場合、左折
{
Car_left();
}
else if (L_val == 0 && R_val == 1) //右で黒線を検出し、左では検出しない場合、右折
{
Car_right();
}
else //それ以外は停止
{
Car_Stop();
}
}
if (Serial.available())
{
ble_val = Serial.read();
if (ble_val == 'S')
{
flag = 1;
Car_Stop();
}
}
}
}
/***************エリア制限*****************/
void Confinement()
{
flag = 0;
while (flag == 0)
{
L_val = digitalRead(L_pin); //左センサーの値を読み取る
M_val = digitalRead(M_pin); //中央センサーの値を読み取る
R_val = digitalRead(R_pin); //右センサーの値を読み取る
if ( L_val == 0 && M_val == 0 && R_val == 0 ) //黒線が検出されない場合は前進
{
Car_front();
}
else
{
Car_back();
delay(700);
Car_left();
delay(800);
}
if (Serial.available())
{
ble_val = Serial.read();
if (ble_val == 'S')
{
flag = 1;
Car_Stop();
}
}
}
}
/***************ドットマトリクス******************/
//この関数はドットマトリクスの表示に使用される
void matrix_display(unsigned char matrix_value[])
{
IIC_start(); //データ送信を開始するための関数を使用
IIC_send(0xc0); //アドレスを選択
for (int i = 0; i < 16; i++) //画像データは16文字ある
{
IIC_send(matrix_value[i]); //画像を送信するデータ
}
IIC_end(); //画像のデータ送信を終了
IIC_start();
IIC_send(0x8A); //表示制御とパルス幅 4/16 を選択
IIC_end();
}
//データ送信開始の条件
void IIC_start()
{
digitalWrite(SDA_Pin, HIGH);
digitalWrite(SCL_Pin, HIGH);
delayMicroseconds(3);
digitalWrite(SDA_Pin, LOW);
delayMicroseconds(3);
digitalWrite(SCL_Pin, LOW);
}
//データを送信する
void IIC_send(unsigned char send_data)
{
for (byte mask = 0x01; mask != 0; mask <<= 1) //各文字は8ビットあり、1ビットずつ検出される
{
if (send_data & mask) //各ビット（0または1）に応じてHIGHまたはLOWレベルを設定
{
digitalWrite(SDA_Pin, HIGH);
}
else
{
digitalWrite(SDA_Pin, LOW);
}
delayMicroseconds(3);
digitalWrite(SCL_Pin, HIGH); //クロックピン SCL_Pin をHIGHにしてデータ送信を終了
delayMicroseconds(3);
digitalWrite(SCL_Pin, LOW); //クロックピン SCL_Pin をLOWにしてSDAの信号を変更
}
}
//データ送信終了のサイン
void IIC_end()
{
digitalWrite(SCL_Pin, LOW);
digitalWrite(SDA_Pin, LOW);
delayMicroseconds(3);
digitalWrite(SCL_Pin, HIGH);
delayMicroseconds(3);
digitalWrite(SDA_Pin, HIGH);
delayMicroseconds(3);
}
/***************モーター動作****************/
void Car_back()
{
digitalWrite(MR_Ctrl, LOW);
analogWrite(MR_PWM, speeds_R);
digitalWrite(ML_Ctrl, LOW);
analogWrite(ML_PWM, speeds_L);
matrix_display(back); //後退の画像を表示
}
void Car_front()
{
digitalWrite(MR_Ctrl, HIGH);
analogWrite(MR_PWM, 255 - speeds_R);
digitalWrite(ML_Ctrl, HIGH);
analogWrite(ML_PWM, 255 - speeds_L);
matrix_display(front); //前進の画像を表示
}
void Car_left()
{
digitalWrite(MR_Ctrl, HIGH);
analogWrite(MR_PWM, 255 - speeds_R);
digitalWrite(ML_Ctrl, LOW);
analogWrite(ML_PWM, speeds_L);
matrix_display(left); //左折の画像を表示
}
void Car_right()
{
digitalWrite(MR_Ctrl, LOW);
analogWrite(MR_PWM, speeds_R);
digitalWrite(ML_Ctrl, HIGH);
analogWrite(ML_PWM, 255 - speeds_L);
matrix_display(right); //右折の画像を表示
}
void Car_Stop()
{
digitalWrite(MR_Ctrl, LOW);
analogWrite(MR_PWM, 0);
digitalWrite(ML_Ctrl, LOW);
analogWrite(ML_PWM, 0);
matrix_display(STOP01); //停止の画像を表示
}
(5)テスト結果:
プログラムコードをアップロードする前に、Bluetoothモジュールを取り外す必要があります。取り外さないと、コードのアップロードに失敗します。
コードのアップロードが完了したら、デバイスの位置情報サービスをオンにし、Bluetoothモジュールに接続してください。
Bluetoothモジュールを接続して電源を入れ、モバイルAPPがBluetoothへの接続に成功したら、モバイルAPPを使ってタンクロボットを操作できます。
リモコンを使ってロボットを操作することもできます。