基于STM32的DIY遥控小船制作

01

前言

' b. {& C4 M! m0 r6 N/ [
0 R4 R* L* e$ S% u( s2 |9 T4 {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。

6 {5 ^4 k5 v/ e5 I- k" t, X
$ n' B/ K- B- S% ?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。
) K4 w* E6 Q* }/ f: m

0 ^; k& z: I# p* l# Q6 ~; D

在万能的某宝上可以淘到所有需要的材料，并且价格都十分实惠。

% b& a, j5 N, B" i

02

硬件模块

0 _! I1 x/ }& N8 n" e, b" b2 X, @9 [
  a7 W  ~, R" z& [# H4 w

6 S0 y* S& ?: Q) y9 U红外遥控模块
1 R  Z! b/ E: Q! w6 H6 g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
1 _4 Z* E+ n5 W) C& n, u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。
- }9 q) j3 N/ v# V/ R5 E5 p3 `

03

嵌入式软件

& d, X- R! c, N# }' V0 b/ ^
4 w' x2 Q- n) q% e
! c) u' A" u4 I% B( b) C
, ~- K5 c$ b# K. {红外遥控器驱动
, |/ k. @' e" @6 w, ?* p; B/ A/ h+ {HX1838采用的是 NEC 编码格式。载波频率为38khz。
8 I7 ~& b- p7 S7 W9 O! `: q5 r

# V* }* @0 J# M2 n* E

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：

  f) F5 v; P: i. V

一组数据组成：
) \! L3 z6 p, x' u- t  K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
3 }: \" |/ S! I; Q2 N1 ]: }8位地址码的反码，用于校验
5 K5 h6 m: Z$ W4 J8位命令码，低位在前
( ~9 d8 x5 \6 I2 q  M6 X- U8位命令码的反码。
9 @+ n3 ^9 a* E' U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。

7 |) a/ P1 f! K/ e( w# s

5 T: f6 U/ e- H2 S) E) C7 X* W代码实现：
5 t/ O7 r, e, ^8 j, z# o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。

1. 
   
2. U8 Infrared_Receiver_Process(void)
   8 Y8 |+ T1 ^1 z6 ?& L9 m) Q9 t
3. {
   
4.   U16 nTime_Num = 0;
   
5.   U8 nData = 0;
   
6.   U8 nByte_Num = 0;
   " T8 @0 }6 d8 v8 [5 _
7.   U8 nBit_Num = 0;
   ) ?; M! r4 g) ^8 K4 h/ r" v+ W
8.   
   ' \5 W/ S7 z! Z- b
9. nTime_Num = Infrared_Receiver_GetLowLevelTime();
   
10. //t0=nTime_Num;
    
11. if((nTime_Num >= 500) || (nTime_Num <= 400))//9ms 数据头高电平 hx1838输入的反的
    
12. {
    ; e$ ^5 k% b% L& u. o4 N
13.   return INFRARED_RECEIVER_ERROR;
    
14. }
    ) h  H. I/ W' I* v* ?; M
15. nTime_Num = Infrared_Receiver_GetHighLevelTime();//4.5ms 低电平 hx1838输入的反的
    * C" U" y* ]& w1 U
16. if((nTime_Num >= 250) || (nTime_Num <= 200))
    
17. {
    " e$ }& v2 [" Z1 m- P" \
18.   return INFRARED_RECEIVER_ERROR;
    
19. }
    
20. 
    
21. for(nByte_Num = 0; nByte_Num < 4; nByte_Num++)//4个8位码
    6 L# y  Q& _/ C# S: e
22. {
    % e3 l5 {$ L- E+ [( K# d
23.   for(nBit_Num = 0; nBit_Num < 8; nBit_Num++)
    . Z9 T& V) a6 K0 g
24.   {
    . E$ e3 w, [) Z
25.     nTime_Num = Infrared_Receiver_GetLowLevelTime();//560us 高电平  hx1838输入的反的 nTime_Num=28
    
26.     if((nTime_Num >= 60) || (nTime_Num <= 20))
    
27.     {
    
28.       return INFRARED_RECEIVER_ERROR;
    ; U  I- o; u/ b5 Z# j8 V/ s
29.     }
    ( a5 K5 }) D& R7 i$ W2 n, X
30. 
    # u0 V7 q5 N# V" n9 C
31.     nTime_Num = Infrared_Receiver_GetHighLevelTime();//1690us（nTime_Num=84.5） 是逻辑1 560us是逻辑0 nTime_Num=28
    8 f# N0 O) \: F. E: d
32.     if((nTime_Num >=60) && (nTime_Num < 100))
    9 j! L. E( ^+ E" a$ L: f% ^/ [
33.     {
    
34.       nData = 1;
    
35.     }
    
36.     else if((nTime_Num >=10) && (nTime_Num < 50))
    
37.     {
    
38.       nData = 0;
    
39.     }
    2 a1 i2 _6 D9 }+ z/ g
40.     else
    # h: h6 T; d& }2 f0 B% N
41.     {
    ' D/ i; O) z8 m- s5 n: w
42.       return INFRARED_RECEIVER_ERROR;
    " K; q/ k2 o9 d8 i7 f% I1 k
43.     }
    
44.    
    
45.     gInfraredReceiver_Data <<= 1;
    
46.     gInfraredReceiver_Data |= nData;
    : a! w0 p+ [5 _( E+ i( W! D
47.   }
    2 F* ~* r) I/ A4 X; q
48. }
    ) P) T, Z% B8 }1 N6 u6 G3 l
49. 
    
50. return INFRARED_RECEIVER_OK;
    8 X* f) H$ _$ m6 F! y( z
51. }

复制代码

& @1 |& h9 a. S! O+ g
$ k( o9 A* U4 f; H* ?' f$ G经过调试，得到遥控器的按键键值如下：
4 V# C1 f( K4 G- s7 c  M

1. 
   
2. <font size="3">KEY_OK = 0x38,
   6 r& L5 j: W/ [  F; V1 d: G
3. KEY_UP = 0x18,
   0 a( r& b, Y1 y& z8 T, a; Q. e
4. KEY_DOWN = 0x4a,
   
5. KEY_LEFT = 0x10,
   7 m( b* J) _) r' N8 B4 V8 i
6. KEY_RIGHT = 0x5a,
   
7. KEY_1 = 0xa2,
   
8. KEY_2 = 0x62,
   
9. KEY_3 = 0xe2,
   , M, G, L  h9 S0 t
10. KEY_4 = 0x22,
    * ?3 z, S+ X" M! D% O) P! y
11. KEY_5 = 0x02,
    
12. KEY_6 = 0xc2,
    1 |$ {4 \% E- b9 L- A. A! p
13. KEY_7 = 0xe0,
    
14. KEY_8 = 0xa8,
    
15. KEY_9 = 0x90,
    
16. KEY_STAR = 0x68,
    
17. KEY_0 = 0x98,
    
18. KEY_SHARP = 0x80,</font>

复制代码

' y2 n- r! I# L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。


- f( R3 `; ?( N5 r/ _, R>>数码管显示驱动
, O1 b; ?# h1 U, i: xTM1637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。
  N% r7 T2 x% F* i& a) E% w+ ]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。
% j  T, u! E. g$ A! q: I1 d

+ E0 t6 S, Q/ \7 N: |$ Z  w, Z. \

+ ~, A+ v! s6 ?. k; _6 ?: ~代码实现：

1. 
   
2. <font size="3">void start(void){
     B+ p6 Z+ ~# f" Q6 G$ u
3. dio_output();
   - Y0 R( f! I7 e& A; T; i
4. GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
   
5. GPIO_SetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);
   
6. Delay();
   " s8 ^5 C  t9 `/ s) F5 E4 n# k
7. GPIO_ResetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);
   ' L0 @2 R6 B7 ?& @; i& p, j) P8 V
8. Delay();
   
9. }
   4 Q0 l. ^! p& e* l' Z* B' L
10. 
    
11. 
    
12. void stop(void){
    
13. dio_output();
    7 \; S( h) `% f% s0 s
14. /*GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
    . L9 Q& N2 w4 g- L* ~5 u3 K
15. Delay();*/
    
16. GPIO_ResetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);
    + Y6 N  ?( k# l0 z
17. Delay();
    
18. GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
    # w4 S- L, _! n) c8 |7 d' @
19. Delay();
    
20. GPIO_SetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);
    7 y& B0 r8 P5 y0 s: S. e9 Z
21. Delay();
    : Z) C! `" h6 T2 S/ s; @0 o
22. }
    $ H, N2 T! }5 L5 d5 r
23. 
    
24. 
    8 m% m# e% m$ D9 E
25. void ack(void)
    
26. {
    
27. u8 i;
    
28. dio_input();
    
29. GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
    
30. Delay();
    
31. while(readDio()==1&&(i<250))i++;
    
32. GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
    : Z2 I# B; p8 F- }. L
33. Delay();
    + h3 J" `0 l& t6 c* Q
34. GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
    
35. dio_output();
    + N( x; T& k  s4 h& O' \
36. }
    
37. void write_data(u8 wr_data)
    2 f3 Y2 r4 ]) G! e2 W
38. {
    
39. u8 i;
    
40. 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
    
41. {
    ) y+ y% b- d- }# S+ v: o9 r
42.   GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
    8 \( F, x: u; c6 p( B' c0 K
43.   if(wr_data & 0x01){
    
44.   GPIO_SetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);
    
45.   }else{
    ' a/ d4 H( P' F, R/ n" c# |. x
46.   GPIO_ResetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);
    
47.   }
    " _7 f5 P6 x* z, J/ `4 ^1 i
48.   Delay();
    
49.   wr_data >>= 1;
    
50.   GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);
    - ]& V8 K) L) x: b
51.   Delay();
    
52. }
    
53. ack();
    
54. }
    6 q' k! M# ~6 l8 k) _$ o. h4 `
55. void tm1637_DispStr(u8 *str)
    
56. {
    3 V9 S, ^  P: e$ b0 T$ d
57. u8 i;
    5 ?' Q9 c! l5 u3 D5 V! K
58. u8 ledCode[5];
    
59. 
    
60. 
    
61. for(i = 0;i < 4;i++)
    ! V5 V; A9 T$ B% d" E
62. {
    " m& {' D* m7 j% Y; r5 W
63. ledCode[i] = GetLedCode(str[i]);
    . I4 k  [4 m: N; q
64. }
    . i: M2 h: T. @: O- ?3 J+ L2 ~! j
65. start();
    / W+ q# h" F, k
66. write_data(0x44);    //固定地址模式
    
67. stop();
    
68. start();
    ( u% ]( z, D- q
69. write_data(LED_GRID1);
    
70. write_data(ledCode[0]);
    
71. stop();
    
72. start();
    
73. write_data(LED_GRID2);
    
74. write_data(ledCode[1]);
    
75. stop();
    
76. start();
    
77. write_data(LED_GRID3);
    & K+ r& y1 R! u- G
78. write_data(ledCode[2]);
    
79. stop();
    5 `$ o: {7 ^5 x1 }9 B  P  o9 k
80. start();
    
81. write_data(LED_GRID4);
    : [$ J0 @5 U( r" W" K
82. write_data(ledCode[3]);
    
83. stop();
    
84. start();
    
85. write_data(0x89);
    ) K! w) L- k6 u
86. stop();
    
87. }</font>

复制代码

小船控制逻辑
0 w. W" \9 O, F目前的逻辑比较简单， 就是收到按键后控制电机的转停。
" _& Q2 {9 i. a4 ~

1. 
   
2. void dealIrKeyDown(){
   
3. u8 len;
   
4. len = irKeyfifo_count;
   
5. if(len > 0){
   
6.   irKeyDataOut = irKeyfifo_DataOut();
   
7.   //按键显示
   8 {* a  Z; Z4 f' Y) |2 d4 [' s/ v" x
8.   U8ToHexstr(irKeyDataOut.index,dispStr);
   
9.   U8ToHexstr(irKeyDataOut.cmd,dispStr+2);
   : O+ M8 A' h# Q2 b* K
10.   tm1637_DispStr(dispStr);
    & f' G  X" T% a5 \0 C* _
11.   switch(irKeyDataOut.cmd){
    2 T. v) a: @$ B4 i# g7 C8 M+ L
12.     case KEY_OK:
    
13.     case KEY_OK_CHANGHONG:
    
14.     motor1_Stop();
    
15.     motor2_Stop();
    : J5 d( Q2 D: I+ y% `1 l
16.     break;
    
17.     case KEY_UP:
    
18.     case KEY_UP_CHANGHONG:
    - _  b4 f7 y- R8 u# J0 C3 K) ^
19.     motor1_ForwardRun();
    + g- P- u6 @5 M6 J9 P* S+ G. o
20.     motor2_ForwardRun();
    ; H1 M8 t2 y! B
21.     break;
    9 ]# n4 e/ [2 L9 r: g* G
22.     case KEY_DOWN:
    # ?+ ]/ S- s; ?5 J9 W! T# C' Z
23.     case KEY_DOWN_CHANGHONG:
    
24.     motor1_BackwardRun();
    ' b) |9 I" c% U5 v8 ]( O% D
25.     motor2_BackwardRun();
    ; n9 b* u7 _( L
26.     break;
    & A3 s  K$ t7 f- C4 a8 Q. U( y4 Y
27.     case KEY_LEFT:
    
28.     case KEY_LEFT_CHANGHONG:
    4 O* M9 c' I6 Z6 n+ z+ b7 N7 T
29.     motor1_ForwardRun();
    4 L6 [3 H8 c3 N& O9 v- n
30.     motor2_Stop();
    
31.     state = SHIP_LEFT;
    
32.     break;
    6 S6 N5 J: c- ?
33.     case KEY_RIGHT:
    $ N! q6 q3 T" X. j$ c5 Z: e
34.     case KEY_RIGHT_CHANGHONG:
    
35.     motor2_ForwardRun();
    + v# e! l. H/ d) R4 l9 \
36.     motor1_Stop();
    
37.     state = SHIP_RIGHT;
    
38.     break;
    
39.     default:
    $ d' e2 {/ D9 u- y# |
40.     motor1_Stop();
    $ ?, B' e5 a8 C% `; l% k
41.     motor2_Stop();
    
42.     state = SHIP_STOP;
    & `' [4 Q1 K: s
43.     break;
    % l+ \( R: d3 D0 ?7 \- U* G1 T
44.     }
    
45.   }
    
46. }

复制代码

04

DIY成品展示和演示视频

7 }) T& M% j$ y" ?

05

总结存在的问题

! @# `, O! ~  ~  \' U
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。

9 D" x+ L$ L) `7 E$ R
防水性问题
. N, D& M# N4 g1 h4 s6 M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。
2 G+ m  i2 q+ U+ x. o  |后期考虑升级防水性能。

- I5 D0 n$ @; |+ ?" ?4 z" [
* U; N/ i# A6 H: V- k5 T没有声光电，不够酷炫。
4 h% ^6 V$ P/ S/ j* Z6 ?$ `考虑升级，增加led灯条。

2 D  I/ ^  E/ }) d2 t9 y- e% j/ L
2 o9 T! s) T$ H


1 p- u* f9 w( m0 R: ^5 V

更换遥控器
6 P4 ^  ?) _2 U  ]0 E! p01
% P- X2 J/ I6 r前言
) c: m7 Q2 V- l1 R* F
前面的文章《基于STM32的DIY遥控小船制作》中使用的HX1838红外遥控模块确实是足够便宜，但是实际用下来遥控距离太短，大概只有2米左右。外加必须指着才能遥控，在公共场合操作起来有些奇怪。
02
升级改造
. E* C  S$ k  V! _
在某宝上寻到了便宜的27Mhz四通道玩具遥控器。
% X1 a5 I& {& }. ?# w7 C  w
接收小板供电电压4.5-6v，直接接到电池组输出的5V上。小板输出是4个控制信号，按下遥控按键后，由0V变为5V。注意信号接到stm32的ft耐5v管脚上。程序中定时扫描4个gpio的电平，当电平变化时就收到了遥控按键，控制电机做出相应的响应即可。

实际使用下来，比红外遥控器强多了，稳定性大大加强，遥控距离4-5m，可玩性提升很多。但是遥控距离还是不够远，后面再升级2.4GHz遥控器。
另外还提升防水性能，把小船原来的收纳盒盖子盖上，只露出开关和天线，即使小朋友用水枪喷小船，也算能过关。
' b4 f5 o6 U/ Y6 u; T% y
: _( h# Q3 o8 E7 P

好 好 好