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        Arduino 無線控制小車誕生- 基于FIRA小車平臺

        作者:huqin   來源:本站原創   點擊數:  更新時間:2014年04月03日   【字體:

        在“當圓夢小車遇上 Arduino ……”一文中,就提出了設計一款 Arduino 小車控制器的想法,如今兌現了!

           在設計過程中,隨著對 Arduino 了解的深入,又發現了一個基于PC機的開源平臺:

        Processing!

           基于這個編程感覺又回到了 DOS 時代的 Basic,環境十分簡潔,不像目前基于 Windows 的開發環境,光環境設置就足以讓初學者卻步。

           Processing 雖說延續了 Basic 的那種簡潔,但對 windows 帶來的資源優勢卻絲毫沒有忽略,可以十分方便的操控屏幕畫圖,獲取鼠標信息,乃至方便的視覺處理……,并未因簡單而“無能”,摒棄了繁瑣的環境設置后,可以讓你將思維集中于控制邏輯的構思以及算法和數據結構的嘗試。

           最美好的是,Processing 和 Arduino 有著密切的關聯,它們同出一門。

           為了讓它們之間能夠“親密無間”,小車設計了一個無線通道,對應的在PC側設計了無線適配器,使之通過無線可以暢快的交流。

           小車由以下兩部分組成:

           控制板核心是 Arduino 控制器,使用Mega328P:

           從圖中可以看出,用無線通道代替了Arduino標準的USB轉UART接口,使通訊和程序下載均變為無線方式。

           PC側的無線適配器細節如下:

           可以看出,相當于將原來的UART連線斷開,兩側各插入了一個無線模塊,是有線方式的UART連接變成無線方式。這對小車很重要,因為小車需要移動,拖著尾巴會大大降低使用體驗。

           注意:小車控制板元件是安裝在背面的,表面很“平整”,為何?
           是為了這個:


           看了后面的內容就知道了^_^

           小車使用 4節 7號 NiH 電池供電,因為 4 節充電電池電壓不足 5V,為保證 Arduino 控制器可靠工作,配置了電源管理電路,內含升壓穩壓,保證 5V 供應。同時為方便使用,內置了充電電路,可以方便的直接在小車上充電。

         

          之所以沒有選擇鋰電池,主要是從安全角度考慮,尤其是自帶充電。


        小車設計初衷:
          首先:
              為學習編程者提供有趣的編程素材。

           未來是軟件的世界,硬件設計已由少數人所完成,多數人只是基于現成的硬件編寫軟件,使其具有不同的功能。PC 時代已見端倪,而 iPhone、iPad 則將此推向極致。

           從就業角度,未來軟件外包將成趨勢,國人在軟件上就業的機會將大于其它任何形式。

           而編程學習通常很枯燥,無工作需求時少有人問津,導致編程水平難以提高。

           期望小車能使編程變得有趣,讓你在娛樂中不斷提高自己。

          其次:
             創建首款(至少我沒有聽說過)將編程作為PK內容的娛樂平臺。

           如今娛樂東西很多,有PK反應的,PK智力的,PK手眼協調的,還有一些完全滿足身體需求的……
           在無處不使用電腦的世界中,卻獨缺一個PK編程水平的游戲,希望這個平臺能補上這個缺!

         

        小車主要“娛樂”模式

        一、全局視覺定位
           用PC攝像頭拍攝小車的活動區域,基于小車上的色標獲取小車的位置,通過無線通道發送給小車。


          典型的項目就是“機器人足球”:

               

        二、局部視覺導航
           將無線攝像頭(建議選用模擬的)安裝在小車上,攝像頭的無線通道將圖像傳送至PC,由PC上的程序負責圖像識別等處理,將處理
        結果再通過小車的無線通道送回小車。實現一般傳感器所能達到的功能,如走軌跡,避障。

           利用與 Arduino 同門的 PC 開源平臺:Processing ,就可以方便的實現上述需求,有很多愛好者分享的視覺處理庫可以嘗試,由于是開源,會不斷有新資源分享,使你的學習過程可以不斷持續、深入。

         

        為何如此構思?
           智能小車算是“機器人”的一種。而提到“機器人活動”,立刻想到的是“走軌跡”、“避障”等,糾纏于各類傳感器,編程反被忽
        視。由于傳感器的局限性(缺錢、沒時間),很多想法只能放棄,使活動總在低水平上重復。

           此次小車設計放棄了傳感器,將機器視覺作為小車的全部信息來源,相當于人的眼睛。

           小車使用傳感器主要是知道自己的位置及環境,如今機器視覺已不稀罕,借助于PC和攝像頭,很容易實現圖像識別。為降低難度,還可在小車上貼色標,圖像識別變成了最簡單的色塊捕捉。

           微軟的Kinect出現,證明了這是趨勢。

           之所以將小車設計的很小,就是為了便于攝像頭的捕捉,因為攝像頭的拍攝區域有限。

           以往 Windows 下實現圖像采集和識別是比較專業的事,使用了 Processing,事情變得極為簡單。
           無線通訊也是為此服務,實現PC 和小車的信息交互。

           之所以沒有采用藍牙,是因為藍牙實現廣播困難,而所構思的活動形式需要以廣播方式發送坐標。

        特別聲明!

           本小車所期望構建的是娛樂平臺,而非應對專業的“機器人足球”比賽!按照目前的價位,連一個專業足球機器人的電機都買不來,當然性能也就沒法和專業的足球機器人相比。

           在所有機器人活動中,唯有“機器人足球”最有趣,最具挑戰性,同時也最有延伸的空間,不會像許多比賽內容,很快進入“飽和”狀態,很難再提升。目前的“智能車大賽”就有此跡象。

           做此小車是想讓“機器人足球”比賽走下圣殿,成為像棋、牌、桌球一樣的百姓娛樂內容,在娛樂中順帶提高素質,實現“學有趣,玩有益”!


          不過,可能還是有客戶希望加裝傳感器,這個小車上可以嗎?

           以下方式供參考:

           1、在前后壁上打孔,固定銅柱:


           2、有了這些支點,傳感器可以按如下方式安裝:


         

          如果想加裝小機械手之類的設施,可利用:

           Arduino 控制板上的2個固定螺絲是經過銅柱固定在底盤上的,所以比較牢固。

           還可以:

           在這樣一個小平臺上,做上述擴展應該夠了吧?

        結語:

           小車只是一個平臺。

            作為學生,可以把它看成一個工程“應用題”,期望能幫助你學會運用所學知識去解決問題,但不失趣味!

            作為玩家,可以把它看成一個“可編程玩具”,讓你隨時可以活動活動大腦,但不完全是消遣!就像打球,娛樂之外還可健身。

            換一種心態編程,或許能更好的發揮,刺激出靈感。 Arduino 是開源的,雖說所服務的是非專業人士,但編寫 Arduino的絕非等閑之輩,源程序中也許有你需要的思想。

            由于 Arduino的簡化,使很多不想糾纏于Datasheet、但又想操控硬件與現實交互的人有了可能。

            同時還是很好的啟蒙手段,可以陪孩子玩。目前教育中怪題、難題將孩子訓練得熱衷于“劍走偏鋒”,而大量的選擇式答題導致孩子思維無序,編程將使孩子“跳躍”的思維重歸條理。

           但愿小車能物盡其用!

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