用Android控制Arduino小車

謝作如+++劉正云

用Arduino做一輛小車，原本是一個入門的項目，很多人都做過。但是，這輛小車如果能用Android手機或者平板電腦來控制，無疑就有趣多了。在MIT的App Inventor幫助下，編寫Android系統上的App程序，也能夠以搭積木的形式完成。同樣，Arduino方面的代碼，也能夠采用一款圖形化的編程插件——ArduBlock來編寫。用Android控制Arduino小車，就成為一個技術門檻很低，卻非常具有挑戰性的綜合性任務了。

● 項目描述

本項目指設計一輛能夠通過Android手機控制的小車，小車控制板采用開源硬件Arduino。通過手機屏幕或者手機的重力傳感器，能控制小車的前進、后退、左轉、右轉、原地轉等各種功能。本項目的難度設計為小學生都能完成，所以小車的程序我們選擇用ArduBlock編寫，手機的程序由App Inventor編寫。

因為Arduino機器人的形式很多，如智能燈、機械臂、人形機器人等，所以這個項目具有一定的可擴展性，還可以實現更多的功能。

● 通訊分析

Android手機和Arduino小車的通訊方式很多，但藍牙方式無疑是最簡單、最方便的選擇，因為藍牙已經成為Android手機的標配。App Inventor中有藍牙的編程模塊，能實現通過藍牙來讀取和發送數據。大部分的Arduino控制板，都預設了藍牙模塊的接口，而藍牙模塊的價格也相對低廉，淘寶上隨處可買。

手機控制小車的程序設計分為手機程序和小車程序，即上位機與下位機兩部分。手機（上位機）部分通過手機自帶的藍牙發送控制命令，如前進、后退、左右轉等。小車（下位機）部分則根據藍牙模塊（串口）收到的命令，做出相應的動作。具體的通訊過程如圖1所示。

在這個項目中，設計手機和小車的通訊數據格式是關鍵，即手機發送的數據分別代表什么命令。考慮到ArduBlock教育版只能獲取串口數據中的數字，所以我們設計了下面的通訊協議，分別定義了數據和命令的對應關系，如表1。

● Arduino小車搭建和程序設計

1.硬件搭建

我們選擇了DFrobot公司的RoMeo V1和MiniQ小車底盤，這是我們設計的開源課程《Arduino創意機器人》中使用的機器人套件（如圖2）。《Arduino創意機器人》課程是國內第一個完全開源的STEM課程，所有的教學資源，如微視頻、電子教材、教學設計等都能在網上下載，關于小車的搭建步驟詳見我們的課程資源，這里不再敘述。《Arduino創意機器人》課程資源下載地址：http://pan.baidu.com/s/1qWFJ0EK。

一般而言，藍牙模塊有4條線需要和Arduino連接，分別為5V、GND、TX和RX。5V和GND要與Arduino上的5V和GND一一對應，但是RX接在Arduino的TX上，TX要接在Arduino的RX上。因為我們選擇的藍牙模塊也是同一公司的，小車使用的控制板為RoMeo V1,上面已經集成了藍牙模塊接口，插上就可以直接使用，不用另外接線（如圖3）。

2.程序編寫

小車的程序比較簡單，先將串口讀取到的數值賦值給變量a，再使用“如果”模塊進行判斷即可。這里的數值“1”、“2”、“3”、“4”、“9”分別根據通訊協議（數據和命令對應表）來設置小車的動作，具體代碼見圖4。

注意：①如果電機M1和M2為150時小車沒有前進，反而轉彎了，只要調整電機的接線即可。②如果用Arduino下載程序出現錯誤，請先把藍牙模塊取下，等下載成功后再插入。

3.小車通訊測試

給小車下載程序后，應先做通訊協議方面的測試。這里的測試分為兩步：第一步是使用串口監視器測試。先用Arduino的串口監視器，通過USB串口給小車發送1、2、3、4、9幾個數字，看小車是否能做出相應的動作。別忘了要把小車的輪子懸空哦！第二步是使用手機藍牙串口工具測試。如果你的電腦有藍牙適配器，可以試著連接Arduino的藍牙模塊，然后通過串口監視器發送數據，如果成功，就說明藍牙模塊工作正常。當然也可以直接跳過這一步，直接用手機的藍牙連接，用“藍牙串口助手”發送數據來測試。

一般來說，如果第一步測試通過而第二步沒有成功，請檢查藍牙模塊的波特率。ArduBlock使用的串口波特率是9600，藍牙模塊的波特率也要設置為9600才能正常通訊。藍牙模塊的波特率可以通過AT命令來設置，請查閱技術文檔或者詢問藍牙產品的技術人員。

注意：如果使用DFRobot的V7擴展板，一定要記著把板子上的小開關扳到“RUN”一檔。

● Android程序設計

1.App界面設計

App Inventor分為在線版和離線版兩種，二者在使用上沒有什么區別。如果網絡夠快，就用在線版吧。不過如果是大班教學，應該自己搭建一個離線版的服務器。

控制Arduino小車的App軟件在編寫上并不難。我們在界面設計上并沒有花多大功夫，主要還是側重于其功能實現（如上頁圖5）。

App中添加的控件有：①Button按鍵（上、下、左、右箭頭以及stop按鍵）:按下后通過藍牙發送相應的數字；②ListPicker(Select Device):按下它，會訪問到一個列表，用來存儲藍牙信息；③HorizontalArrangement/VerticalArrangement：用于排版，使頁面整齊美觀；④BluetoothClient：藍牙連接客戶端控件，主要用于配對藍牙，連接以及通信；⑤Notifier：警示窗口，當軟件運行出現意外時，會提示相關信息，以避免程序崩潰。

2.App功能實現

（1）連接藍牙

點擊Select Device時，應該出現選擇藍牙設備的界面（如圖6）。

選擇ListPicker1控件的BeforePicking事件，編寫如圖7的代碼。

需要說明的是，圖6中列出的是手機已經配對過的藍牙設備。如果還沒有配對，請先使用手機系統自帶的藍牙管理器來配對設備。

為了使App操作更加簡潔，我們可以在選擇設備后，就讓手機開始連接藍牙，連接藍牙的代碼要寫在ListPicker1控件的AfterPicking事件中（如圖8）。

（2）發送數據

App主要通過上下左右四個箭頭控制小車前進、后退、左右轉，通過stop鍵讓小車停止，代碼如圖9。

這樣一來，按下不同的按鈕，手機就會通過藍牙發送不同的數據。雖然上述的代碼并不是很完善，但是已經基本具備了上位機的功能。趕緊編譯程序，安裝到手機上試試吧。

● 拓展應用

這個手機控制小車的項目還是比較簡單的，最大的不足是無法動態調速。當然，我們可以設計一個搖桿來發送更加復雜的數據給Arduino小車，如1200表示前進200，2100表示后退100等。只要設計好通訊協議，編寫代碼并不困難。圖10是筆者設計的一個用搖桿控制小車速度和方向的App界面。

因為Android手機上有重力加速度傳感器（AccelerometerSensor）和方向傳感器（OrientationSensor）。如果利用這兩個傳感器來控制小車的方向和速度，項目的可玩性就更強了。當然，我們要設計的通訊協議也復雜了起來。

● 總結

在這個項目的基礎上，我們還可以實現很多其他的功能，如解決單獨使用語音模塊控制小車聲音干擾的問題，制作出無線控制的語音識別模塊，或者是直接調用Google的語音庫，制作出手機語音控制的機器人小車……不要小看圖形化編程軟件，App Inventor和ArduBlock已經足夠強大了，趕緊動手吧！

endprint

用Arduino做一輛小車，原本是一個入門的項目，很多人都做過。但是，這輛小車如果能用Android手機或者平板電腦來控制，無疑就有趣多了。在MIT的App Inventor幫助下，編寫Android系統上的App程序，也能夠以搭積木的形式完成。同樣，Arduino方面的代碼，也能夠采用一款圖形化的編程插件——ArduBlock來編寫。用Android控制Arduino小車，就成為一個技術門檻很低，卻非常具有挑戰性的綜合性任務了。

● 項目描述

本項目指設計一輛能夠通過Android手機控制的小車，小車控制板采用開源硬件Arduino。通過手機屏幕或者手機的重力傳感器，能控制小車的前進、后退、左轉、右轉、原地轉等各種功能。本項目的難度設計為小學生都能完成，所以小車的程序我們選擇用ArduBlock編寫，手機的程序由App Inventor編寫。

因為Arduino機器人的形式很多，如智能燈、機械臂、人形機器人等，所以這個項目具有一定的可擴展性，還可以實現更多的功能。

● 通訊分析

Android手機和Arduino小車的通訊方式很多，但藍牙方式無疑是最簡單、最方便的選擇，因為藍牙已經成為Android手機的標配。App Inventor中有藍牙的編程模塊，能實現通過藍牙來讀取和發送數據。大部分的Arduino控制板，都預設了藍牙模塊的接口，而藍牙模塊的價格也相對低廉，淘寶上隨處可買。

手機控制小車的程序設計分為手機程序和小車程序，即上位機與下位機兩部分。手機（上位機）部分通過手機自帶的藍牙發送控制命令，如前進、后退、左右轉等。小車（下位機）部分則根據藍牙模塊（串口）收到的命令，做出相應的動作。具體的通訊過程如圖1所示。

在這個項目中，設計手機和小車的通訊數據格式是關鍵，即手機發送的數據分別代表什么命令。考慮到ArduBlock教育版只能獲取串口數據中的數字，所以我們設計了下面的通訊協議，分別定義了數據和命令的對應關系，如表1。

● Arduino小車搭建和程序設計

1.硬件搭建

我們選擇了DFrobot公司的RoMeo V1和MiniQ小車底盤，這是我們設計的開源課程《Arduino創意機器人》中使用的機器人套件（如圖2）。《Arduino創意機器人》課程是國內第一個完全開源的STEM課程，所有的教學資源，如微視頻、電子教材、教學設計等都能在網上下載，關于小車的搭建步驟詳見我們的課程資源，這里不再敘述。《Arduino創意機器人》課程資源下載地址：http://pan.baidu.com/s/1qWFJ0EK。

一般而言，藍牙模塊有4條線需要和Arduino連接，分別為5V、GND、TX和RX。5V和GND要與Arduino上的5V和GND一一對應，但是RX接在Arduino的TX上，TX要接在Arduino的RX上。因為我們選擇的藍牙模塊也是同一公司的，小車使用的控制板為RoMeo V1,上面已經集成了藍牙模塊接口，插上就可以直接使用，不用另外接線（如圖3）。

2.程序編寫

小車的程序比較簡單，先將串口讀取到的數值賦值給變量a，再使用“如果”模塊進行判斷即可。這里的數值“1”、“2”、“3”、“4”、“9”分別根據通訊協議（數據和命令對應表）來設置小車的動作，具體代碼見圖4。

注意：①如果電機M1和M2為150時小車沒有前進，反而轉彎了，只要調整電機的接線即可。②如果用Arduino下載程序出現錯誤，請先把藍牙模塊取下，等下載成功后再插入。

3.小車通訊測試

給小車下載程序后，應先做通訊協議方面的測試。這里的測試分為兩步：第一步是使用串口監視器測試。先用Arduino的串口監視器，通過USB串口給小車發送1、2、3、4、9幾個數字，看小車是否能做出相應的動作。別忘了要把小車的輪子懸空哦！第二步是使用手機藍牙串口工具測試。如果你的電腦有藍牙適配器，可以試著連接Arduino的藍牙模塊，然后通過串口監視器發送數據，如果成功，就說明藍牙模塊工作正常。當然也可以直接跳過這一步，直接用手機的藍牙連接，用“藍牙串口助手”發送數據來測試。

一般來說，如果第一步測試通過而第二步沒有成功，請檢查藍牙模塊的波特率。ArduBlock使用的串口波特率是9600，藍牙模塊的波特率也要設置為9600才能正常通訊。藍牙模塊的波特率可以通過AT命令來設置，請查閱技術文檔或者詢問藍牙產品的技術人員。

注意：如果使用DFRobot的V7擴展板，一定要記著把板子上的小開關扳到“RUN”一檔。

● Android程序設計

1.App界面設計

App Inventor分為在線版和離線版兩種，二者在使用上沒有什么區別。如果網絡夠快，就用在線版吧。不過如果是大班教學，應該自己搭建一個離線版的服務器。

控制Arduino小車的App軟件在編寫上并不難。我們在界面設計上并沒有花多大功夫，主要還是側重于其功能實現（如上頁圖5）。

App中添加的控件有：①Button按鍵（上、下、左、右箭頭以及stop按鍵）:按下后通過藍牙發送相應的數字；②ListPicker(Select Device):按下它，會訪問到一個列表，用來存儲藍牙信息；③HorizontalArrangement/VerticalArrangement：用于排版，使頁面整齊美觀；④BluetoothClient：藍牙連接客戶端控件，主要用于配對藍牙，連接以及通信；⑤Notifier：警示窗口，當軟件運行出現意外時，會提示相關信息，以避免程序崩潰。

2.App功能實現

（1）連接藍牙

點擊Select Device時，應該出現選擇藍牙設備的界面（如圖6）。

選擇ListPicker1控件的BeforePicking事件，編寫如圖7的代碼。

需要說明的是，圖6中列出的是手機已經配對過的藍牙設備。如果還沒有配對，請先使用手機系統自帶的藍牙管理器來配對設備。

為了使App操作更加簡潔，我們可以在選擇設備后，就讓手機開始連接藍牙，連接藍牙的代碼要寫在ListPicker1控件的AfterPicking事件中（如圖8）。

（2）發送數據

App主要通過上下左右四個箭頭控制小車前進、后退、左右轉，通過stop鍵讓小車停止，代碼如圖9。

這樣一來，按下不同的按鈕，手機就會通過藍牙發送不同的數據。雖然上述的代碼并不是很完善，但是已經基本具備了上位機的功能。趕緊編譯程序，安裝到手機上試試吧。

● 拓展應用

這個手機控制小車的項目還是比較簡單的，最大的不足是無法動態調速。當然，我們可以設計一個搖桿來發送更加復雜的數據給Arduino小車，如1200表示前進200，2100表示后退100等。只要設計好通訊協議，編寫代碼并不困難。圖10是筆者設計的一個用搖桿控制小車速度和方向的App界面。

因為Android手機上有重力加速度傳感器（AccelerometerSensor）和方向傳感器（OrientationSensor）。如果利用這兩個傳感器來控制小車的方向和速度，項目的可玩性就更強了。當然，我們要設計的通訊協議也復雜了起來。

● 總結

在這個項目的基礎上，我們還可以實現很多其他的功能，如解決單獨使用語音模塊控制小車聲音干擾的問題，制作出無線控制的語音識別模塊，或者是直接調用Google的語音庫，制作出手機語音控制的機器人小車……不要小看圖形化編程軟件，App Inventor和ArduBlock已經足夠強大了，趕緊動手吧！

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用Arduino做一輛小車，原本是一個入門的項目，很多人都做過。但是，這輛小車如果能用Android手機或者平板電腦來控制，無疑就有趣多了。在MIT的App Inventor幫助下，編寫Android系統上的App程序，也能夠以搭積木的形式完成。同樣，Arduino方面的代碼，也能夠采用一款圖形化的編程插件——ArduBlock來編寫。用Android控制Arduino小車，就成為一個技術門檻很低，卻非常具有挑戰性的綜合性任務了。

● 項目描述

本項目指設計一輛能夠通過Android手機控制的小車，小車控制板采用開源硬件Arduino。通過手機屏幕或者手機的重力傳感器，能控制小車的前進、后退、左轉、右轉、原地轉等各種功能。本項目的難度設計為小學生都能完成，所以小車的程序我們選擇用ArduBlock編寫，手機的程序由App Inventor編寫。

因為Arduino機器人的形式很多，如智能燈、機械臂、人形機器人等，所以這個項目具有一定的可擴展性，還可以實現更多的功能。

● 通訊分析

Android手機和Arduino小車的通訊方式很多，但藍牙方式無疑是最簡單、最方便的選擇，因為藍牙已經成為Android手機的標配。App Inventor中有藍牙的編程模塊，能實現通過藍牙來讀取和發送數據。大部分的Arduino控制板，都預設了藍牙模塊的接口，而藍牙模塊的價格也相對低廉，淘寶上隨處可買。

手機控制小車的程序設計分為手機程序和小車程序，即上位機與下位機兩部分。手機（上位機）部分通過手機自帶的藍牙發送控制命令，如前進、后退、左右轉等。小車（下位機）部分則根據藍牙模塊（串口）收到的命令，做出相應的動作。具體的通訊過程如圖1所示。

在這個項目中，設計手機和小車的通訊數據格式是關鍵，即手機發送的數據分別代表什么命令。考慮到ArduBlock教育版只能獲取串口數據中的數字，所以我們設計了下面的通訊協議，分別定義了數據和命令的對應關系，如表1。

● Arduino小車搭建和程序設計

1.硬件搭建

我們選擇了DFrobot公司的RoMeo V1和MiniQ小車底盤，這是我們設計的開源課程《Arduino創意機器人》中使用的機器人套件（如圖2）。《Arduino創意機器人》課程是國內第一個完全開源的STEM課程，所有的教學資源，如微視頻、電子教材、教學設計等都能在網上下載，關于小車的搭建步驟詳見我們的課程資源，這里不再敘述。《Arduino創意機器人》課程資源下載地址：http://pan.baidu.com/s/1qWFJ0EK。

一般而言，藍牙模塊有4條線需要和Arduino連接，分別為5V、GND、TX和RX。5V和GND要與Arduino上的5V和GND一一對應，但是RX接在Arduino的TX上，TX要接在Arduino的RX上。因為我們選擇的藍牙模塊也是同一公司的，小車使用的控制板為RoMeo V1,上面已經集成了藍牙模塊接口，插上就可以直接使用，不用另外接線（如圖3）。

2.程序編寫

小車的程序比較簡單，先將串口讀取到的數值賦值給變量a，再使用“如果”模塊進行判斷即可。這里的數值“1”、“2”、“3”、“4”、“9”分別根據通訊協議（數據和命令對應表）來設置小車的動作，具體代碼見圖4。

注意：①如果電機M1和M2為150時小車沒有前進，反而轉彎了，只要調整電機的接線即可。②如果用Arduino下載程序出現錯誤，請先把藍牙模塊取下，等下載成功后再插入。

3.小車通訊測試

給小車下載程序后，應先做通訊協議方面的測試。這里的測試分為兩步：第一步是使用串口監視器測試。先用Arduino的串口監視器，通過USB串口給小車發送1、2、3、4、9幾個數字，看小車是否能做出相應的動作。別忘了要把小車的輪子懸空哦！第二步是使用手機藍牙串口工具測試。如果你的電腦有藍牙適配器，可以試著連接Arduino的藍牙模塊，然后通過串口監視器發送數據，如果成功，就說明藍牙模塊工作正常。當然也可以直接跳過這一步，直接用手機的藍牙連接，用“藍牙串口助手”發送數據來測試。

一般來說，如果第一步測試通過而第二步沒有成功，請檢查藍牙模塊的波特率。ArduBlock使用的串口波特率是9600，藍牙模塊的波特率也要設置為9600才能正常通訊。藍牙模塊的波特率可以通過AT命令來設置，請查閱技術文檔或者詢問藍牙產品的技術人員。

注意：如果使用DFRobot的V7擴展板，一定要記著把板子上的小開關扳到“RUN”一檔。

● Android程序設計

1.App界面設計

App Inventor分為在線版和離線版兩種，二者在使用上沒有什么區別。如果網絡夠快，就用在線版吧。不過如果是大班教學，應該自己搭建一個離線版的服務器。

控制Arduino小車的App軟件在編寫上并不難。我們在界面設計上并沒有花多大功夫，主要還是側重于其功能實現（如上頁圖5）。

App中添加的控件有：①Button按鍵（上、下、左、右箭頭以及stop按鍵）:按下后通過藍牙發送相應的數字；②ListPicker(Select Device):按下它，會訪問到一個列表，用來存儲藍牙信息；③HorizontalArrangement/VerticalArrangement：用于排版，使頁面整齊美觀；④BluetoothClient：藍牙連接客戶端控件，主要用于配對藍牙，連接以及通信；⑤Notifier：警示窗口，當軟件運行出現意外時，會提示相關信息，以避免程序崩潰。

2.App功能實現

（1）連接藍牙

點擊Select Device時，應該出現選擇藍牙設備的界面（如圖6）。

選擇ListPicker1控件的BeforePicking事件，編寫如圖7的代碼。

需要說明的是，圖6中列出的是手機已經配對過的藍牙設備。如果還沒有配對，請先使用手機系統自帶的藍牙管理器來配對設備。

為了使App操作更加簡潔，我們可以在選擇設備后，就讓手機開始連接藍牙，連接藍牙的代碼要寫在ListPicker1控件的AfterPicking事件中（如圖8）。

（2）發送數據

App主要通過上下左右四個箭頭控制小車前進、后退、左右轉，通過stop鍵讓小車停止，代碼如圖9。

這樣一來，按下不同的按鈕，手機就會通過藍牙發送不同的數據。雖然上述的代碼并不是很完善，但是已經基本具備了上位機的功能。趕緊編譯程序，安裝到手機上試試吧。

● 拓展應用

這個手機控制小車的項目還是比較簡單的，最大的不足是無法動態調速。當然，我們可以設計一個搖桿來發送更加復雜的數據給Arduino小車，如1200表示前進200，2100表示后退100等。只要設計好通訊協議，編寫代碼并不困難。圖10是筆者設計的一個用搖桿控制小車速度和方向的App界面。

因為Android手機上有重力加速度傳感器（AccelerometerSensor）和方向傳感器（OrientationSensor）。如果利用這兩個傳感器來控制小車的方向和速度，項目的可玩性就更強了。當然，我們要設計的通訊協議也復雜了起來。

● 總結

在這個項目的基礎上，我們還可以實現很多其他的功能，如解決單獨使用語音模塊控制小車聲音干擾的問題，制作出無線控制的語音識別模塊，或者是直接調用Google的語音庫，制作出手機語音控制的機器人小車……不要小看圖形化編程軟件，App Inventor和ArduBlock已經足夠強大了，趕緊動手吧！

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