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固件

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我们使用微控制器单元（MCU）作为机器人主体和智能手机之间的桥梁。我们为使用ATmega328P微控制器的Arduino Nano以及ESP32开发套件提供了固件。

功能

MCU的主要任务是处理车辆的低级控制并提供来自低级车载传感器的读数。MCU通过串行连接接收车辆控制和指示信号。它将控制信号转换为电机控制器的PWM信号，并根据指示信号切换LED灯。Arduino程序还通过计算左前轮和右前轮光学传感器的中断次数来跟踪车轮旋转。它通过电压分压电路的测量值的缩放移动平均值计算电池电压。它还可以使用可选的超声波传感器测量车前障碍物的距离。这些测量值通过串行链接发送回Android应用程序。

设置

首先，你需要在代码的开头设置你的硬件配置。如果你是DIY构建（使用L298N电机驱动器），请设置OPENBOT DIY。如果你使用了定制的PCB，请检查版本并设置OPENBOT PCB_V1或OPENBOT PCB_V2。如果你有一个OpenBot套件，请设置OPENBOT RTR_TT。如果你改装了一辆RC卡车，请设置OPENBOT RC_CAR。如果你使用的是用于教育的小型DIY版本，请设置OPENBOT LITE。如果你使用的是带有520电机的OpenBot即插即用套件，请设置OPENBOT RTR_520。如果你构建了多地形车辆，请设置OPENBOT MTV。要使用ESP32运行OpenBot DIY，请设置DIY_ESP32。

蓝牙

你也可以通过蓝牙运行OpenBot，为此你可以通过设置BLUETOOTH 1（禁用：0）来启用蓝牙。要使蓝牙工作，你需要使用ESP32板的OpenBot，例如(RTR_520, MTV, DIY_ESP32)。

配置

接下来，你需要配置要启用的功能。禁用的功能不会被编译，以节省内存并加快代码速度。如果未定义标志，则该功能将被禁用。每个模型都有一些默认设置，可能需要根据你的配置进行更改。

• 通过设置HAS_VOLTAGE_DIVIDER 1（禁用：0）启用电压分压器。如果你有电压分压器，你还应该指定VOLTAGE_DIVIDER_FACTOR，其计算公式为(R1+R2)/R2，VOLTAGE_MIN是驱动电机的最低电压，VOLTAGE_LOW是最低电池电压，VOLTAGE_MAX是最高电池电压。
• 通过设置HAS_INDICATORS 1（禁用：0）启用指示灯LED。
• 通过设置HAS_SPEED_SENSORS_FRONT 1 / HAS_SPEED_SENSORS_BACK 1（禁用：0）启用前/后速度传感器。
• 通过设置HAS_SONAR 1（禁用：0）启用超声波传感器。通过设置USE_MEDIAN 1（禁用：0）启用超声波测量的中值滤波器。
• 通过设置HAS_BUMPER 1（禁用：0）启用用于检测碰撞的保险杠传感器。
• 通过设置HAS_OLED 1（禁用：0）启用OLED显示屏。
• 通过设置HAS_LEDS_FRONT 1 / HAS_LEDS_BACK 1 / HAS_LEDS_STATUS 1（禁用：0）启用前/后/状态LED。

依赖项

如果你启用了速度传感器或超声波传感器，你需要安装PinChangeInterrupt库。Arduino Nano只有两个外部中断引脚（D2和D3），而D3也是仅有的六个支持PWM的引脚之一。幸运的是，它还有三个端口中断，覆盖了Arduino上的所有引脚。这个库解析这些端口中断，使Arduino的所有引脚都可以用作中断。

如果你启用了OLED，你需要安装Adafruit_SSD1306和Adafruit_GFX Library库。

你可以按照以下步骤安装库：

1. 打开库管理器：工具 ➡️ 管理库
2. 在搜索栏中输入库的名称。
3. 选择最新版本并点击安装。如果你已经安装了库，它会显示并且你可能可以更新它。

中国克隆Nano（例如美国链接）

你可能需要从芯片制造商（中国）下载WCH340驱动程序：

• Windows
• Linux
• Mac

ESP32开发套件

要在Arduino IDE中安装ESP32板，请按照以下说明进行操作：

1. 在Arduino IDE中，转到文件>首选项：

2. 在“附加板管理器URLs”字段中输入*https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json*，如图所示。然后，点击“确定”按钮：

**注意：**如果你已经有ESP8266板的URL，你可以用逗号分隔URL，如下所示：

https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json, 
http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

3. 打开板管理器。转到工具 > 板 > 板管理器：

4. 搜索ESP32并按下“ESP32 by Espressif Systems”的安装按钮：

5. 你现在应该拥有成功使用Arduino开发环境刷写OpenBot的ESP32板所需的一切

6. 要用新代码刷写OpenBot，只需在菜单工具 > 板 > ESP32 Arduino中选择ESP32 Dev Module。请注意，ESP32刷写过程的其他内容以及故障排除可以在以下链接中找到。

上传

设置（Arduino nano设置）

• 工具 ➡️ 板 ➡️ Arduino AVR Boards ➡️ Arduino Nano
• 工具 ➡️ 处理器 ➡️ ATmega328P (Old Bootloader)
• 工具 ➡️ 端口 ➡️ *选择USB端口*

📝 注意：目前，大多数便宜的Arduino Nano板都带有旧引导程序。但是，根据卖家，你也可能会得到一个带有新引导程序的板。因此，如果你无法上传固件，很可能需要将处理器更改为ATmega328P。

设置（ESP32设置）

• 工具 ➡️ 板 ➡️ ESP32 Arduino ➡️ ESP32 Dev Module
• 工具 ➡️ 端口 ➡️ *选择USB端口*

上传固件

现在可以通过草图 ➡️ 上传或按上传按钮（右箭头）上传固件。

测试

本节解释了在成功刷写固件后如何测试汽车的所有功能。

1. 确认：
   1. 车轮未连接到汽车
   2. Arduino已连接到计算机
   3. 选择了正确的USB端口
2. 打开串行监视器：工具 ➡️ 串行监视器

向OpenBot发送消息

你还可以通过在顶部的输入字段中输入命令然后按发送来向Arduino发送消息。以下命令可用（前提是机器人支持必要的功能）：

• c<left>,<right>，其中<left>和<right>都在范围[-255,255]内。值为0将停止电机。值为255将以最大电压驱动电机全速前进。较低的值会导致成比例较低的电压和速度。负值会以相反的极性应用相应的电压，驱动电机倒退。
• i<left>,<right>，其中<left>和<right>都在范围[0,1]内，对应于左侧和右侧指示灯LED。例如，i1,0打开左侧指示灯，i0,1打开右侧指示灯，i1,1打开两个指示灯。启用的指示灯每秒闪烁一次。值为i0,0将关闭指示灯。一次只能有一个状态。
• l<front>,<back>，其中<front>和<back>都在范围[0,255]内，对应于前后LED的亮度。
• s<time_ms>，其中<time_ms>对应于触发超声波测量之间的时间（默认=1000）。获取超声波读数后，消息将发送到机器人。如果超时，将发送指定的MAX_SONAR_DISTANCE。
• w<time_ms>，其中<time_ms>对应于发送到机器人的车轮里程测量之间的时间（默认=1000）。车轮速度会被连续监控，并且rpm会作为指定时间间隔的平均值计算。
• v<time_ms>，其中<time_ms>对应于发送到机器人的电压测量之间的时间（默认=1000）。电压会被连续监控，并通过大小为10的移动平均滤波器进行滤波。除了设置电压读数的时间间隔外，发送此命令还会触发报告驱动电机的最低电压（vmin:<value>）、最低电池电压（vlow:<value>）和最高电池电压（vmax:<value>）的消息。
• h<time_ms>，其中<time_ms>对应于在未收到新的心跳消息后机器人停止的时间（默认=-1）。
• b<time_ms>，其中<time_ms>对应于在保险杠触发重置后的时间（默认=750）。
• n<color>,<state>，其中<color>对应于状态LED（b=蓝色，g=绿色，y=黄色），state对应于其值（0=关闭，1=打开）。
• f将向OpenBot发送请求，返回带有机器人类型及其功能的消息，例如电压测量（v）、指示灯（i）、超声波（s）、保险杠传感器（b）、车轮里程计（wf、wb）、LED（lf、lb、ls）等。例如，对于OpenBot的RTR_V1版本，消息将如下所示：fRTR_V1:v:i:s:b:wf:wb:lf:lb:ls:。

从OpenBot接收消息

根据你的配置，你可能会看到不同的消息。

• 以v开头的消息报告电池电压。如果你将电池连接到汽车（即打开开关），它应该显示电池电压。如果你断开电池（即关闭开关），它应该显示一个小值。
• 以w开头的消息报告速度传感器的读数，以每分钟转数（rpm）为单位。编码盘上的每个孔将根据方向将计数器增加或减少一个。你可以使用参数DISK_HOLES设置孔的数量。如果你使用的是带有20个孔的标准盘，每转动一次车轮将有20个计数。
• 以s开头的消息报告超声波传感器前方的估计空闲空间，以厘米为单位。
• 以b开头的消息报告碰撞。代码lf（左前）、rf（右前）、cf（中前）、lb（左后）、rb（右后）表示哪个传感器触发了碰撞。

测试程序

在继续之前，请确保轮胎已移除。你需要打开串行监视器以发送命令，并且你将看到从OpenBot接收到的消息。如果你安装了OLED显示屏，你还将在更易于阅读的格式中看到车辆状态显示。以下测试程序可用于测试汽车的所有功能：

1. 启动车辆并观察电池电压（v 后的数字）。你可以用万用表验证读数，并在必要时调整 VOLTAGE_DIVIDER_FACTOR。
2. 如果你安装了超声波传感器：
   1. 将手放在传感器前面并来回移动。你应该会看到读数（s 后的数字）相应变化。
   2. 我们观察到超声波传感器对振动非常敏感！因此建议通过以下测试确保在操作期间获得可靠的读数：
      1. 将安装了超声波传感器的 OpenBot 放置在前方至少有 200 厘米自由空间的地方。你应该看到 200 或更多的读数。
      2. 在串行监视器上观察读数一段时间，然后输入命令 c128,128。
      3. 如果传感器读数显著变化，你需要减弱从底盘传递到超声波传感器的振动（例如添加一些硅胶，调整安装位置）。
3. 如果你安装了速度传感器：
   1. 确保超声波传感器前方有足够的自由空间。读数（s 后的数字）需要至少高于默认值 10 的 STOP_DISTANCE。
   2. 发送命令 c128,128。电机将以慢速（50% PWM）开始旋转。速度传感器读数（w 后的值）以 rpm 为单位报告，取决于电池的 SOC，RTR_TT 版本应在 250 到 300 之间。如果你使用 DIY 版本或较弱的电池，值可能会更低。检查所有电机是否向前旋转，速度传感器读数是否为正。
   3. 尝试发送不同的控制命令并观察速度传感器读数。例如，命令 c-128,-128 将以慢速（50% PWM）使所有电机向后旋转。命令 c255,-255 将使左侧电机向前旋转，右侧电机向后旋转，以快速（100% PWM）速度运行。命令 c-192,192 将使左侧电机向后旋转，右侧电机向前旋转，以正常速度（75% PWM）运行。
4. 通过发送命令 c0,0 或将手放在超声波传感器前停止电机。
5. 如果你安装了指示灯 LED，发送命令 i1,0 并观察左侧指示灯闪烁。然后发送命令 i0,1 并观察右侧指示灯闪烁。最后，通过发送命令 i0,0 关闭指示灯。

无手机模式

在使用安装了 OpenBot 应用程序的智能手机测试车辆之前，你也可以先在没有手机的情况下测试车辆。只需将选项 NO_PHONE_MODE 设置为 1。车辆现在将以正常速度（75% PWM）行驶，并在检测到障碍物时减速。一旦接近 TURN_THRESHOLD（默认：50 厘米），它将开始随机方向转弯并打开该侧的 LED。如果估计的车前自由空间低于 TURN_THRESHOLD，它将慢慢倒退并打开两个 LED。请注意，车辆和 Arduino 都需要供电。Arduino 可以通过将 5V 引脚连接到 L298N 电机驱动器的 5V 输出，或通过将 USB 电缆连接到电源（例如手机）来供电。

在运行车辆之前，我们建议移除轮胎，将 Arduino 连接到计算机并观察串行监视器，如测试部分所述。串行监视器上的输出更容易解析（与 OLED 相同），显示电池电压、左右电机的 rpm 以及估计的车前自由空间。你可以在超声波传感器前来回移动一个大物体，并观察电机速度的变化。

⚠️ 警告：如果你没有安装超声波传感器或它被禁用，车辆将以正常速度（75% PWM）向前行驶，并最终发生碰撞。即使安装了传感器，由于噪声读数，车辆也可能偶尔发生碰撞。

使用其他 MCU（要求）

你可以使用具有以下功能的任何其他 MCU：

• 1 个 USB-to-TTL 串行（与智能手机通信）
• 4 个 PWM 输出（控制电机）
• 1 个模拟引脚用于电池监控
• 2 个数字引脚用于速度传感器
• 1 个数字引脚用于超声波传感器（可选）
• 2 个数字引脚用于指示灯 LED（可选）

下一步

编译并运行 Android 应用程序