### 第16课 蓝牙遥控智能车
#### 16.1 项目介绍：
在之前的课程中，我们学习了如何使用红外线遥控器来控制智能车。虽然红外遥控很方便，但它有一个缺点：必须对准接收头，且距离有限。
在这节课中，我们将升级我们的智能车，使用**蓝牙（Bluetooth）**技术进行控制。蓝牙是一种无线通信技术，可以让手机和智能车在没有物理连接的情况下“对话”。
**在这个项目中：**
- 控制端（主机）：你的智能手机。我们需要在手机上安装一个专用的蓝牙APP。
- 被控制端（从机）：装有蓝牙模块的智能车。
通过手机APP上的按钮，我们可以发送指令给智能车，让它前进、后退、转弯，甚至可以在车头的8x16 LED点阵屏上显示相应的箭头图案，非常酷！
#### 16.2 工作原理与流程图：
**通信流程**
- 1\. 配对连接：手机蓝牙搜索并连接到智能车上的蓝牙模块。
- 2\. 发送指令：当你按下手机APP上的按钮时，APP会向蓝牙模块发送一个特定的字符（例如按下“前进”发送字符 `F`）。
- 3\. 接收处理：智能车上的Arduino通过串口（Serial）接收到这个字符。
- 4\. 执行动作：程序判断收到的字符是什么，然后控制电机驱动板让车轮转动，同时控制LED点阵屏显示对应的图案。
**调试步骤**
在编写正式代码前，我们需要知道手机APP发出的每个按钮对应什么字符。
- 1\. 先取下蓝牙模块（防止上传代码时干扰串口）。
- 2\. 将测试代码上传到Arduino。
- 3\. 连接蓝牙模块，打开串口监视器，设置波特率为 9600。
- 4\. 用手机APP连接蓝牙，按下不同按钮，观察串口监视器收到的字符。
**按钮功能对照表**
经过测试，我们整理了手机APP按钮、发送字符与小车功能的对应关系：
经过测试，我们得出了手机APP上各个按钮对应的控制字符和各个按钮对应的功能，这里我们整理了一个表格如下：
| 按钮图示 | 功能说明 | 控制字符逻辑 |
| :--: | :--: | :--: |
|  |配对连接蓝牙模块 | - |
|  | 断开蓝牙连接 | - |
|  | 前进 | 按住发送 `F`；松开发送 `S` |
|  |后退| 按住发送 `B`；松开发送 `S` |
|  | 左旋转 |按住发送 `L`；松开发送 `S` |
|  | 右旋转 | 按住发送 `R`；松开发送 `S` |
|  | 加速，最大加到255| 按住发送 `a`；松开发送 `S` |
| | 减速，最小减到0 | 按住发送 `d`；松开发送 `S` |
|  | 方向感应控制开关 | 点击切换开启/退出 |
|  | 避障功能开关 | 点击发送 `Y`，再次点击发送 `S`|
| | 循线功能开关| 点击发送 `X`，再次点击发送 `S` |
| | 跟随功能开关| 点击发送 `U`，再次点击发送 `S` |
| | 画地为牢功能开关 | 点击发送 `G`，再次点击发送 `S` |
**特别提醒：** 本节课主要实现基础的蓝牙遥控运动（前进、后退、左转、右转、停止），对应的核心字符为`F`，`B`，`L`，`R`，`S`。
**流程图**
#### 16.3 项目组件：
| 组装好的智能车(未插上蓝牙模块) *1 |USB线 *1 | 5号(1.5V)电池 *6（电池自备） |
| --- | --- | --- |
|  | | |
| 蓝牙模块 *1 | 手机/平板 *1| |
| || |
#### 16.4 接线图：
⚠️ 特别注意：4WD智能车已经组装好了，这里不需要把舵机、8x16 LED点阵模块和4个电机拆下来又重新组装和接线，这里再次提供接线图，是为了方便您编写代码！
| 蓝牙模块 | 电机驱动扩展板 |
| :--: | :--: |
| EN | - |
| VCC | 5V |
| GND | G |
| TXD | RX |
| RXD | TX |
| STATE | - |
| 8x16 LED点阵模块 | 电机驱动扩展板 |
| :--: | :--: |
| GND | G |
| VCC | 5V |
| SDA | A4 |
| SCL | A5 |
| 舵机 | 电机驱动扩展板 |
| :--: | :--: |
| 棕色线 | G |
| 红色线 | 5V |
| 橙色线 | S（D10）|
| 电机 | 电机驱动扩展板 |
| :--: | :--: |
| 左侧电机（M1） | B2 |
| 左侧电机（M2） | B1 |
| 右侧电机（M3） | A1 |
| 右侧电机（M4） | A2 |
⚠️ **特别注意：**
- **上传示例代码前，蓝牙模块可以先不直插到电机驱动扩展板上！因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果连接到电机驱动扩展板上，示例代码上传会失败。示例代码上传成功后，再插回蓝牙模块。**
- 接线时请确保电源断开(拔掉Arduino主控板上的USB线或将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “**OFF**” 端)，避免短路。
- 电源连接：电池盒电源接到电机驱动扩展板的 BAT 接口（注意正负极不要接反），端口正反面，请勿反插，否则会损坏端口。
- 电池正负极切勿接反，否则可能烧毁电机驱动扩展板。
#### 16.5 示例代码：
⚠️ **重要提示：**
- **上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！ 因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。示例代码上传成功后，再插回蓝牙模块。**
```cpp
/*
keyes 4WD 多功能智能车
课程 16
蓝牙控制机器人
http://www.keyes-robot.com
*/
// 数组，用于存储图案数据，可以自己计算也可以从取模工具中获得
unsigned char START_01[] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x80, 0x40, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01};
unsigned char FRONT[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x24, 0x12, 0x09, 0x12, 0x24, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
unsigned char BACK_01[] = {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 STOP_01[] = {0x2E, 0x2A, 0x3A, 0x00, 0x02, 0x3E, 0x02, 0x00, 0x3E, 0x22, 0x3E, 0x00, 0x3E, 0x0A, 0x0E, 0x00};
unsigned char CLEAR[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
#define SCL_PIN A5 // 时钟引脚 A5
#define SDA_PIN A4 // 数据引脚 A4
#define MA_PIN 2 // 电机M3,M4方向控制引脚 D2
#define PWMA_PIN 6 // 电机M3,M4速度控制引脚 D6
#define MB_PIN 4 // 电机M1,M2方向控制引脚 D4
#define PWMB_PIN 5 // 电机M1,M2速度控制引脚 D5
char blueVal;
void setup() {
Serial.begin(9600); // 设置波特率为9600
pinMode(MA_PIN, OUTPUT); // 配置电机引脚为输出模式
pinMode(PWMA_PIN, OUTPUT);
pinMode(MB_PIN, OUTPUT);
pinMode(PWMB_PIN, OUTPUT);
pinMode(SCL_PIN, OUTPUT); // 设置点阵屏IIC引脚为输出
pinMode(SDA_PIN, OUTPUT);
matrixDisplay(CLEAR); // 清屏
matrixDisplay(START_01);
}
void loop() {
if (Serial.available() > 0) { // 接收到蓝牙信号
blueVal = Serial.read(); // 读取蓝牙信号
Serial.println(blueVal); // 串口监视器显示蓝牙信号
switch (blueVal) {
case 'F': advance(); matrixDisplay(FRONT); break; // 前进
case 'B': back(); matrixDisplay(BACK_01); break; // 后退
case 'L': turnLeft(); matrixDisplay(LEFT); break; // 左旋转
case 'R': turnRight();matrixDisplay(RIGHT); break; // 右旋转
case 'S': stopCar(); matrixDisplay(STOP_01); break; // 停止
}
}
}
/* 功能：小车前进 */
void advance() {
digitalWrite(MA_PIN, HIGH); // 电机A正转
analogWrite(PWMA_PIN, 200); // 电机A速度为200
digitalWrite(MB_PIN, HIGH); // 电机B正转
analogWrite(PWMB_PIN, 200); // 电机B速度为200
}
/* 功能：小车后退 */
void back() {
digitalWrite(MA_PIN, LOW); // 电机A反转
analogWrite(PWMA_PIN, 200); // 电机A速度为200
digitalWrite(MB_PIN, LOW); // 电机B反转
analogWrite(PWMB_PIN, 200); // 电机B速度为200
}
/* 功能：小车左旋转 */
void turnLeft() {
digitalWrite(MA_PIN, HIGH); // 电机A正转
analogWrite(PWMA_PIN, 200); // 电机A速度为200
digitalWrite(MB_PIN, LOW); // 电机B反转
analogWrite(PWMB_PIN, 200); // 电机B速度为200
}
/* 功能：小车右旋转 */
void turnRight() {
digitalWrite(MA_PIN, LOW); // 电机A反转
analogWrite(PWMA_PIN, 200); // 电机A速度为200
digitalWrite(MB_PIN, HIGH); // 电机B正转
analogWrite(PWMB_PIN, 200); // 电机B速度为200
}
/* 功能：小车停止 */
void stopCar() {
analogWrite(PWMA_PIN, 0); // 电机A速度为0
analogWrite(PWMB_PIN, 0); // 电机B速度为0
}
/* 功能：点阵屏显示 */
void matrixDisplay(unsigned char matrixValue[]) {
IICStart(); // 开始数据传输
IICSend(0xc0); // 选择地址
for (int i = 0; i < 16; i++) { // 发送16字节图案数据
IICSend(matrixValue[i]); // 传输图案数据
}
IICEnd(); // 结束数据传输
IICStart();
IICSend(0x8A); // 显示控制，选择脉宽为4/16
IICEnd();
}
/* 功能：IIC数据传输开始条件 */
void IICStart() {
digitalWrite(SCL_PIN, HIGH);
delayMicroseconds(3);
digitalWrite(SDA_PIN, HIGH);
delayMicroseconds(3);
digitalWrite(SDA_PIN, LOW);
delayMicroseconds(3);
}
/* 功能：IIC传输一个字节数据 */
void IICSend(unsigned char sendData) {
for (char i = 0; i < 8; i++) { // 每个字节8位
digitalWrite(SCL_PIN, LOW); // 时钟拉低，准备改变数据线状态
delayMicroseconds(3);
if (sendData & 0x01) { // 判断最低位是1还是0
digitalWrite(SDA_PIN, HIGH);
} else {
digitalWrite(SDA_PIN, LOW);
}
delayMicroseconds(3);
digitalWrite(SCL_PIN, HIGH); // 时钟拉高，数据传输
delayMicroseconds(3);
sendData = sendData >> 1; // 右移一位，准备传输下一位
}
}
/* 功能：IIC数据传输结束条件 */
void IICEnd() {
digitalWrite(SCL_PIN, LOW);
delayMicroseconds(3);
digitalWrite(SDA_PIN, LOW);
delayMicroseconds(3);
digitalWrite(SCL_PIN, HIGH);
delayMicroseconds(3);
digitalWrite(SDA_PIN, HIGH);
delayMicroseconds(3);
}
```
#### 16.6 项目结果：
⚠️ **重要提示：**
- **上传示例代码前，请务必拔掉蓝牙模块！ 因为蓝牙模块也占用Arduino的串口通信（TX/RX），如果不拔掉，示例代码上传会失败。示例代码上传成功后，再插回蓝牙模块。**
外接电源，将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “**OFF**” 端。选择好正确的开发板板型（Arduino Uno）和 适当的串口端口（COMxx），然后单击  按钮上传示例代码至Arduino控制板。
- 打开电源：将电机驱动扩展板上的拨码开关拨到 “**ON**” 端。
- 插上蓝牙模块，确认接线无误。
- 连接好蓝牙模块，上电后，蓝牙模块上的LED闪烁。
⚠️ **特别提醒：这里是以安卓系统(Android)手机/平板操作为例，苹果系统(IOS)在这里就不多讲，自己可以参照。**
- 打开手机/平板上的蓝牙。
- 点击手机/平板上的APP图标，进入APP界面，显示如下图：
- 点击APP界面左上角的图标 “**CONNECT**”，搜索到对应的蓝牙设备（**BT24**--针对UNO-PLUS版本 // **HMSoft**--针对UNO-R3版本），上下滑动找到对应的蓝牙设备（**BT24**--针对UNO-PLUS版本 // **HMSoft**--针对UNO-R3版本），显示如下图：
- 点击 “**connect**” 来连接蓝牙，蓝牙连接成功后，“**connect**” 字样会变成 “**is connected**” 字样，显示如下图。这时，蓝牙模块上的LED变为常亮。
- 操控4WD智能车：
- 按住  键，小车向前移动，8x16 LED点阵屏显示向上箭头。
- 按住  键，小车向后移动，8x16 LED点阵屏显示向下箭头。
- 按住  键，小车左转，8x16 LED点阵屏显示向左箭头。
- 按住  键，小车右转，8x16 LED点阵屏显示向右箭头。
- 松开按键，小车停止，屏幕显示停止标志。
- 点击  键，开启手机方向感应控制，再次点击  键，退出方向感应控制。
#### 16.7 代码解析：
1\. 变量定义：
- `START_01`，`FRONT`等数组：这些十六进制数据代表了LED点阵屏上要显示的图案（如箭头、停止符号）。
- `blueVal`：用来存放从手机蓝牙接收到的单个字符。
2\. setup()初始化：
- Serial.begin(9600)：启动串口通信，波特率必须与蓝牙模块默认波特率一致（通常为9600）。
- pinMode：设置所有电机控制引脚和IIC通信引脚为输出模式。
3\. loop()主循环：
- Serial.available() > 0：这是一个非常重要的判断。它检查是否有数据从蓝牙传过来。如果没有数据，程序不会卡在读取上，而是继续运行。
- Serial.read()：读取缓冲区中的第一个字符。
- switch...case：结构清晰地根据收到的字符（'F', 'B', 'L', 'R', 'S'）调用不同的函数。
4\. 运动控制函数：
- `advance()`，`back()`等函数通过digitalWrite控制方向（HIGH/LOW），通过analogWrite控制速度（0-255）。
- 例如，左转时，左边电机反转，右边电机正转，车子就会原地向左旋转。
5\. 点阵屏显示：
- `matrixDisplay()`函数使用软件模拟IIC协议，将图案数据发送给LED驱动芯片。这让我们无需额外的库文件就能控制屏幕。
#### 16.8 注意事项：
1\. 电源充足：高速运转时电机消耗电流较大，请确保电池电量充足，否则4WD智能车可能会因为电压不足而行动迟缓或重启。
2\. 上传代码问题：由于蓝牙模块占用了 Arduino 的 D0 (RX) 和 D1 (TX) 引脚，在上传代码前，务必拔掉蓝牙模块的 TX 和 RX 连线，否则会出现“上传错误”。上传完成后再插回。
3\. 速度范围：PWM 值必须在 0-255 之间。如果代码逻辑错误导致数值溢出，电机可能无法正常工作。
4\. 地面摩擦：在不同的地面（如地毯、瓷砖）上，4WD智能车的实际速度感会有所不同，这是正常现象。