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01
前言
周末带小朋友去公园玩耍，别的小孩在池塘里玩饮料瓶做的漂流船，看着他欢乐的跟着跑跳，无比羡慕的眼神，却又不能上手的小失落，又回想起儿时用泡沫板和小电机以及电池做的小船，和那时对于电驱动产生的无比兴趣，我决定升级一下儿时的装备，基于STM32给小朋友DIY一个遥控小船，使他成为公园里焦点，同时也期待他对电气控制产生一点点好奇。
基本构想如下：stm32驱动两个小电机，小电机上安装两个螺旋桨，可以实现双桨前进、后退，单桨转弯等。供电使用18650电池，通过升压放电板管理电池的充放电。遥控使用最廉价的红外遥控，来控制小船的各种动作。同时可以增加一组数码管作为输出设备。
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材料
单价
备注
船体
0
废旧收纳盒
驱动电机、螺旋桨
10.5
红外遥控器、红外接收器
3.5
18650电池
0
废旧小电扇拆件
充电升压放电板
5.8
STM32最小系统板
16.2
4位数码管显示器
4.3
电池盒
1.8
线材
0
废线材
电源开关
1.8
合计
43.9
02
硬件模块
红外遥控模块
一般遥控玩具使用的是2.4G高频无线遥控模块，但是本着能省则省的原则，选用遥控器带接收头3.5元还包邮的HX1838红外遥控模块。这种遥控器类似电视遥控器，优点是便宜，开发简单，缺点是控制距离短，并且要像遥控电视一样指着玩具操作，这些缺陷留着下一代产品迭代时升级。
电机驱动模块
电机使用直流小电机，3-6V可驱动，使用一片L298N驱动板驱动。STM32输出PWM可调速，可正反转。
数码管显示
基于TM1637的四位数码管，用于显示一些简单的信息。TM1637是天微公司出品的LED驱动专用芯片，集成简单，开发方便。除了TM1637，天微公司还有一系列TM16XX的芯片，主要区别就是位输出和段输出个数多少。
电池和充放电模块
18650电池具有容量大，寿命长，安全性高等优点，普遍使用在充电宝，笔记本电池、仪器仪表中，甚至特斯拉的电池组也是由7000多节这样的电池组合成的。充放电线路板，主要的作用是将电池3.7V的输出电压升压到5V，供给STM32及外围电路使用，同时还具备给电池充电的功能。实际上等同于一个充电宝，充电宝的原理就是若干个18650电池并联，再用一块充放电板管理而已。
03
嵌入式软件
红外遥控器驱动
HX1838采用的是 NEC 编码格式。载波频率为38khz。
逻辑1是2.25ms，脉冲时间560us；逻辑0为1.12ms，脉冲时间560us。根据脉冲时间长短来解码。
协议示意图：
一组数据组成：
起始是9ms的高电平脉冲
4.5ms的低电平
8位地址码，低位在前
8位地址码的反码，用于校验
8位命令码，低位在前
8位命令码的反码。
需要注意的是1838红外一体接收头为了提高接受灵敏度。输入高电平，其输出的是相反的低电平。实际测量接收到的按键波形如下图，可以看到电平是相反的。
代码实现：
使用下降沿外部中断作为一次按键的检测触发，然后每个20us读取一次数据管脚，按照上述的协议逻辑，读出一个u32的数据。
U8 Infrared_Receiver_Process(void)
{
U16 nTime_Num = 0;
U8 nData = 0;
U8 nByte_Num = 0;
U8 nBit_Num = 0;
nTime_Num = Infrared_Receiver_GetLowLevelTime();
//t0=nTime_Num;
if((nTime_Num >= 500) || (nTime_Num <= 400))//9ms 数据头高电平 hx1838输入的反的
{
return INFRARED_RECEIVER_ERROR;
}
nTime_Num = Infrared_Receiver_GetHighLevelTime();//4.5ms 低电平 hx1838输入的反的
if((nTime_Num >= 250) || (nTime_Num <= 200))
{
return INFRARED_RECEIVER_ERROR;
}
for(nByte_Num = 0; nByte_Num < 4; nByte_Num++)//4个8位码
{
for(nBit_Num = 0; nBit_Num < 8; nBit_Num++)
{
nTime_Num = Infrared_Receiver_GetLowLevelTime();//560us 高电平 hx1838输入的反的 nTime_Num=28
if((nTime_Num >= 60) || (nTime_Num <= 20))
{
return INFRARED_RECEIVER_ERROR;
}
nTime_Num = Infrared_Receiver_GetHighLevelTime();//1690us（nTime_Num=84.5） 是逻辑1 560us是逻辑0 nTime_Num=28
if((nTime_Num >=60) && (nTime_Num < 100))
{
nData = 1;
}
else if((nTime_Num >=10) && (nTime_Num < 50))
{
nData = 0;
}
else
{
return INFRARED_RECEIVER_ERROR;
}
gInfraredReceiver_Data <<= 1;
gInfraredReceiver_Data |= nData;
}
}
return INFRARED_RECEIVER_OK;
}
经过调试，得到遥控器的按键键值如下：
KEY_OK = 0x38,
KEY_UP = 0x18,
KEY_DOWN = 0x4a,
KEY_LEFT = 0x10,
KEY_RIGHT = 0x5a,
KEY_1 = 0xa2,
KEY_2 = 0x62,
KEY_3 = 0xe2,
KEY_4 = 0x22,
KEY_5 = 0x02,
KEY_6 = 0xc2,
KEY_7 = 0xe0,
KEY_8 = 0xa8,
KEY_9 = 0x90,
KEY_STAR = 0x68,
KEY_0 = 0x98,
KEY_SHARP = 0x80,
另外由于NEC编码格式的红外遥控广泛的用于电视遥控，我们也可以找一个电视遥控器，把键值读出来，写入到stm的程序中，这样就可以用电视遥控器来操作小船了。
数码管显示驱动
TM1637与其他的一些TM芯片有一些区别，没有同步通信的STB脚，控制时序也有相应改变。
在输入数据时当CLK是高电平时，DIO上的信号必须保持不变；只有CLK上的时钟信号为低电平时，DIO上的信号才能改变。数据输入的开始条件是CLK为高电平时，DIO由高变低；结束条件是CLK为高时，DIO由低电平变为高电平。TM1637的数据传输带有应答信号ACK，当传输数据正确时，会在第八个时钟的下降沿，芯片内部会产生一个应答信号ACK将DIO管脚拉低，在第九个时钟结束之后释放DIO口线。
代码实现：
void start(void){
dio_output();
GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
GPIO_SetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);
Delay();
GPIO_ResetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);
Delay();
}
void stop(void){
dio_output();
/*GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
Delay();*/
GPIO_ResetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);
Delay();
GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
Delay();
GPIO_SetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);
Delay();
}
void ack(void)
{
u8 i;
dio_input();
GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
Delay();
while(readDio()==1&&(i<250))i++;
GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
Delay();
GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
dio_output();
}
void write_data(u8 wr_data)
{
u8 i;
for(i=0;i<8;i++)//开始传送8位数据，每循环一次传送一位数据
{
GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
if(wr_data & 0x01){
GPIO_SetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);
}else{
GPIO_ResetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);
}
Delay();
wr_data >>= 1;
GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
Delay();
}
ack();
}
void tm1637_DispStr(u8 *str)
{
u8 i;
u8 ledCode[5];
for(i = 0;i < 4;i++)
{
ledCode[i] = GetLedCode(str[i]);
}
start();
write_data(0x44); //固定地址模式
stop();
start();
write_data(LED_GRID1);
write_data(ledCode[0]);
stop();
start();
write_data(LED_GRID2);
write_data(ledCode[1]);
stop();
start();
write_data(LED_GRID3);
write_data(ledCode[2]);
stop();
start();
write_data(LED_GRID4);
write_data(ledCode[3]);
stop();
start();
write_data(0x89);
stop();
}
小船控制逻辑
目前的逻辑比较简单， 就是收到按键后控制电机的转停。
void dealIrKeyDown(){
u8 len;
len = irKeyfifo_count;
if(len > 0){
irKeyDataOut = irKeyfifo_DataOut();
//按键显示
U8ToHexstr(irKeyDataOut.index,dispStr);
U8ToHexstr(irKeyDataOut.cmd,dispStr+2);
tm1637_DispStr(dispStr);
switch(irKeyDataOut.cmd){
case KEY_OK:
case KEY_OK_CHANGHONG:
motor1_Stop();
motor2_Stop();
break;
case KEY_UP:
case KEY_UP_CHANGHONG:
motor1_ForwardRun();
motor2_ForwardRun();
break;
case KEY_DOWN:
case KEY_DOWN_CHANGHONG:
motor1_BackwardRun();
motor2_BackwardRun();
break;
case KEY_LEFT:
case KEY_LEFT_CHANGHONG:
motor1_ForwardRun();
motor2_Stop();
state = SHIP_LEFT;
break;
case KEY_RIGHT:
case KEY_RIGHT_CHANGHONG:
motor2_ForwardRun();
motor1_Stop();
state = SHIP_RIGHT;
break;
default:
motor1_Stop();
motor2_Stop();
state = SHIP_STOP;
break;
}
}
}
04
DIY成品展示和演示视频
05
总结存在的问题
遥控不灵敏
毕竟红外遥控的使用场合并不是移动的物体上，再加上距离近，经常会出现遥控要按多次的情况。后期考虑改进stm的协议处理方法，增加容错性，如果还是不行就考虑升级为2.4G专用的玩具遥控。
防水性问题
正常使用不会有水进入，但是在没有大人的情况下交给小孩操作，就没那么保险了。
后期考虑升级防水性能。
没有声光电，不够酷炫。
考虑升级，增加led灯条。
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