Arduino藍(lán)牙手套第一部分—基礎(chǔ)

這篇文章來(lái)源于DevicePlus.com英語(yǔ)網(wǎng)站的翻譯稿。

入門篇：Arduino藍(lán)牙手套第一部分-基礎(chǔ)

本項(xiàng)目的目的是開發(fā)一種能夠檢測(cè)出操作員的手和手指方位的設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制。我們將介紹有關(guān)電阻和分壓器的基礎(chǔ)知識(shí)。另外，我們還將了解如何通過(guò) I2C 總線從陀螺儀和加速度計(jì)獲取測(cè)量值，以及如何建立 Arduino–PC藍(lán)牙連接。該設(shè)備在集成到 Arduino藍(lán)牙手套中之后將會(huì)發(fā)揮出它的作用。

硬件

? Arduino UNO

? 面包板

? 電位計(jì) 0-10kOhm

? 電阻 10 kOhm

? IMU 傳感器

? 電線

? Arduino 無(wú)線擴(kuò)展板

? Xbee USB 適配器

? Bluetooth Bee

? PC 藍(lán)牙適配器

? USB A-B 數(shù)據(jù)線

? 微型 USB 數(shù)據(jù)線

軟件

? Arduino IDE 1.6.7

? LabVIEW

工具

? 萬(wàn)用表

圖1： Arduino藍(lán)牙手套項(xiàng)目的基本示意圖

基于Arduino的采集系統(tǒng)配置在用戶的每只手上。Arduino開發(fā)板通過(guò)測(cè)量每個(gè)電位計(jì)的電阻來(lái)獲取手指彎曲（手指彎折）的信息。在處理了來(lái)自慣性測(cè)量單元（IMU）的數(shù)據(jù)后，可以識(shí)別出用戶手的方位，該單元包括陀螺儀和加速度計(jì)。電池和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模式使基于 Arduino的采集系統(tǒng)可用作一個(gè)可穿戴智能手套。例如，它可以用作手動(dòng)控制機(jī)器人手臂的通用輸入設(shè)備。

旋轉(zhuǎn)測(cè)量

當(dāng)旋轉(zhuǎn)從手指?jìng)鬟f到電位器手柄時(shí)，可以通過(guò)測(cè)量每個(gè)電位計(jì)的電阻來(lái)識(shí)別手指的彎曲?？墒褂梅謮浩鱽?lái)測(cè)量電位計(jì)電阻。如果想要降低電壓并獲得某些固定值，可以在電路中使用分壓器，由兩個(gè)或多個(gè)電阻組成。

圖2：分壓器電路圖

V 是來(lái)自Arduino 5V電源的電壓； I 是 流經(jīng)電路的電流； R1是具有固定電阻值的電阻； R2 是具有可變電阻的電位計(jì)； V1和V2是電壓表。

電壓在電阻R1和R2處均產(chǎn)生壓降。V1和V2之和為V的值。根據(jù)歐姆定律：

用Arduino模擬輸入代替V2電壓表，以測(cè)量電位計(jì)的電阻。

圖3：分壓器電路示意圖

圖4：安裝在面包板上的分壓器電路

int sensorValue;
void setup()
{
  Serial.begin(9600);// initialize serial communication at 9600 bits per second
}

void loop()
{
  sensorValue = analogRead(A0);// read the input on analog pin 0
  Serial.println(sensorValue);// print out the value you read
  delay(100);        // delay in between reads for stability
}

定向測(cè)量

慣性測(cè)量單元（IMU）是一種可以測(cè)量人體比力和角速度的電子設(shè)備。通過(guò)對(duì)角速度的連續(xù)積分，我們可以獲得安裝有IMU傳感器的物體的當(dāng)前方向。

得益于MEMS技術(shù)，IMU傳感器開始流行并被廣泛使用。大多數(shù)MEMS IMU傳感器利用 I2C協(xié)議作為將測(cè)量結(jié)果發(fā)送到控制器的主要方式。

您必須為芯片提供電源（V和G），并將數(shù)據(jù)和時(shí)鐘引腳（D和C）連接到相應(yīng)的數(shù)字引腳（SDA和SCL），如圖5所示：

圖5：IMU傳感器連接

圖6：連接到Arduino開發(fā)板的IMU傳感器

通常，來(lái)自不同制造商的IMU傳感器都會(huì)具有相同的結(jié)構(gòu)，即所有的MEMS芯片都連接到 I2C 總線。因此，要從陀螺儀、加速度計(jì)和磁力計(jì)獲取測(cè)量值，您將僅使用這兩個(gè)引腳。

我們這里使用的IMU傳感器包含 STMicroelectronics芯片（ L3G4200D和 LIS331DLH ）。如果您使用包含不同MEMS芯片的IMU傳感器，可以更改源代碼中的地址使其工作。

現(xiàn)在，讓我們進(jìn)行測(cè)試程序吧！

您需要下載安裝 IMU 庫(kù) （點(diǎn)擊Github上的“View Raw”來(lái)下載 IMU_Sensor.zip ）。

將.ZIP Library 添加到 Arduino IDE（ Sketch >> Include Library >> Add .ZIP Library…）

圖7： Arduino IDE上添加.ZIP Library

您將會(huì)在 Arduino libraries文件夾中看到 IMU_Sensor庫(kù)（圖8）。現(xiàn)在，我們將使用“#include ”測(cè)試IMU傳感器。

圖8：Arduino libraries文件夾中出現(xiàn)的 IMU_Sensor庫(kù)

#include  // Library for I2C
#include  // Library for working with IMU modules

Gyroscope gyro; // Create an object to work with Gyroscope

Accelerometer accel; // Create an object to work with Accelerometer

void setup ()
{
Serial.begin (9600); // Open the serial port

Serial.println ("Begin init ..."); // Display a message on the beginning of the initialization

gyro.begin (); // Initialize the gyroscope
accel.begin (); // Initialization of accelerometers
Serial.println ("Init completed"); // Display a message about the successful initialization

Serial.println ("GyroscopetttAccelerometer");
}

void loop ()
{
Serial.print (gyro.readX_DegPerSec ()); // Output angular velocity around the axis X
Serial.print ("t");
Serial.print (gyro.readY_DegPerSec ()); // Output of the angular velocity around the Y axis
Serial.print ("t");
Serial.print (gyro.readZ_DegPerSec ()); // Output of the angular velocity about the Z axis
Serial.print ("tt");

Serial.print (accel.readX_G ()); // Output of the direction and magnitude of acceleration along the X axis
Serial.print ("t");
Serial.print (accel.readY_G ()); // Output of the direction and magnitude of acceleration along the Y-axis
Serial.print ("t");
Serial.print (accel.readZ_G ()); // Output of the direction and magnitude of acceleration along the Z axis
Serial.print ("tt");

Serial.println ("");
delay (300);
}

圖9：IMU傳感器輸出

無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸

可以使用 Bluetooth Bee（無(wú)線藍(lán)牙BT模塊）來(lái)建立無(wú)線連接。 Bluetooth Bee模塊帶有板載天線。它的作用就像一個(gè)透明串行端口，可與各種藍(lán)牙適配器和藍(lán)牙手機(jī)配合使用。

為了檢查藍(lán)牙模塊配置，請(qǐng)將開關(guān)置于AT模式。當(dāng)模塊處于AT模式時(shí)，用戶或主機(jī)微控制器可以通過(guò)經(jīng)串行端口發(fā)送預(yù)定義的AT指令來(lái)對(duì)其進(jìn)行配置。在AT模式下，您可以從BT模塊獲取服務(wù)數(shù)據(jù)并更改某些設(shè)置（名稱，波特率，奇偶校驗(yàn)和停止位）。

圖10：開關(guān)置于AT模式的 Bluetooth Bee

將BT模塊和 Xbee適配器堆疊在一起，然后通過(guò)微型USB電纜將 Xbee適配器連接到PC。LED燈必須處于打開狀態(tài)。

圖11： Bluetooth Bee 放置于 Xbee適配器上

啟動(dòng)Arduino IDE，從 Tools >> Serial Port菜單中選擇與 Xbee適配器對(duì)應(yīng)的COM端口。

打開 Arduino的串行監(jiān)視器（ Tools >> Serial Monitor或者Ctrl+Shift+M ）。如果COM端口沒(méi)有正常顯示，請(qǐng)安裝 Xbee USB適配器驅(qū)動(dòng)程序。從相應(yīng)的選項(xiàng)欄中選擇“Both NL & CR”、“38400”來(lái)更改PC的串行設(shè)置，以讀取來(lái)自 Xbee適配器的信息，或?qū)懭胄枰斎氲?Xbee 適配器中的信息。

發(fā)送“AT”并接收到“OK”。

發(fā)送“AT+UART?”并接收串行設(shè)置，如“9600,0,0”。

如果您接收到的串行設(shè)置不是“9600,0,0”，那么發(fā)送“AT+UART=9600,0,0”指令并接收到“OK”。

關(guān)閉串行監(jiān)視器，斷開 Xbee適配器與微型 USB數(shù)據(jù)線和BT模塊的連接。不要忘記向左旋轉(zhuǎn)開關(guān)來(lái)關(guān)閉AT模式。

將 Bluetooth Bee放置在 Arduino無(wú)線擴(kuò)展板上，將 Arduino與USB A-B數(shù)據(jù)線連接，如圖12所示。

圖12：在 Arduino無(wú)線擴(kuò)展板上的 Bluetooth Bee

完成此步驟后，您將可以使用默認(rèn)的“我的藍(lán)牙設(shè)備”窗口找到您的 Bluetooth Bee。將您的 Bluetooth Bee與默認(rèn)密碼“1234”配對(duì)。請(qǐng)注意連接到您的設(shè)備的是哪個(gè)COM端口，在下一步草圖中選擇該COM端口。

這是用于測(cè)試藍(lán)牙連接的 Arduino草圖。（請(qǐng)注意，當(dāng)將 Bluetooth Bee 安裝到 Arduino無(wú)線擴(kuò)展板上時(shí)，您將無(wú)法啟用草圖）。

#define LED 13 
int pause = 0;    // variable to store sent value
 
void setup() 
{ 
  pinMode(LED, OUTPUT); 
  Serial.begin(9600);  // open the serial port
} 
 
void loop() 
{ 
  if (Serial.available() > 0) {
    // read incoming serial data:
    String inStr = Serial.readString();
    Serial.println("Get Message:"+inStr);
    pause = inStr.toInt();
    }
  
  digitalWrite(LED, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(pause);              // wait for a second
  digitalWrite(LED, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(pause);              // wait for a second
}

圖13：測(cè)試 Bluetooth Bee連接

如果您有任何意見或疑問(wèn)，請(qǐng)?jiān)?Google + 上給我們留言。請(qǐng)?jiān)谠撝黜?yè)繼續(xù)關(guān)注我們，我們將會(huì)盡快發(fā)布更多資訊。

審核編輯黃宇