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【RoboMaster】舵机驱动&蓝牙模块教程

2023-05-16

本文是为参加2021赛季北京理工大学机器人队校内赛所写的简单教程，意在帮助参赛选手快速了解校内赛所需模块的使用方法，以及其与薪火培训知识的联系。

舵机驱动

硬件接线

舵机

舵机是由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统。与直流电机不同，舵机只能在一定角度内转动，且发送的信号指定的是输出轴应旋转至的角度。
常见舵机引出线为红棕黄或红黑白3色，其中红色为电源线，接5V；棕色或黑色为地线，接GND；黄色或白色为信号线，接GPIO口。

驱动原理

我们利用信号线给舵机发送一系列周期信号，通过控制周期信号内高电平的持续时间，来达到控制舵机应转动至的角度的目的。参加过薪火培训的同学可能会回忆起，这就是使用PWM方式来控制舵机。
PWM控制舵机角度

现在，以MG996R的180度舵机为例，我们来解读其相关参数的含义：

参数名称数据含义
工作电压4.8~7.2V电源线应该接在5V上
转动角度180度旋转角度的范围为0°~180°
工作频率50Hz信号周期为20ms，许多舵机都能工作在此频率下
脉冲宽度0.5ms~2.5ms若1个周期内高电平持续0.5ms，则意味着应旋转至0°位置；若持续2.5ms，则旋转至180°位置；在0.5~2.5ms内，脉冲宽度与输出轴角度成线性关系

需要注意的是，不同型号的舵机的参数可能会有所不同，具体参数还请查询手册。

示例代码

同样以“驱动原理”中的参数为例，我们设置PA1为TIM2_CH2模式，使用高速晶振产生72MHz系统时钟信号。设置分频为72-1，则分频信号频率为1MHz；设置自动重载为20000-1，则每1/1000000*20000s=20ms产生自动重载事件，即设置信号周期为20ms。脉冲宽度应在0.5~2.5ms内，则捕获比较寄存器应设置在500 ~ 2500之间。将目标角度缩放为对应的CCR值，传入捕获比较寄存器，即可实现通过PWM控制舵机角度。关于PWM存在疑问的，可以第2周薪火培训的线下课视频和示例工程。

HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2);//初始化
uint16_t signal;//传入捕获比较寄存器的值
uint16_t angle=0;//设置目标角度
signal=(uint16_t)((angle-90)*100.0/9+1500);//将目标角度换算为1个周期内高电平持续时间
while (1)
{
	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2,TIM_CHANNEL_2,signal);//输出PWM信号
}

蓝牙模块

硬件接线

我们使用的蓝牙模块为BT-04或HC-06，如下图所示。
蓝牙模块
将其根据如下方式与单片机相连接即可。

蓝牙模块STM32单片机
VCC5V
GNDG
RXDTX（你设置为TX的GPIO口）
TXDRX（你设置为RX的GPIO口）

配置蓝牙模块

蓝牙模块在使用前可以对其波特率、名称、密码等参数进行设置，尤其是波特率，必须与之后串口通信的波特率保持一致。蓝牙模块有2种工作模式，即命令响应工作模式和自动连接工作模式。当模块处于自动连接工作模式时，将自动根据事先设定的方式传输数据；当模块处于命令响应工作模式时，能执行AT命令，用户可向模块发送各种AT指令，为模块设定控制参数或发布控制命令。用AT命令设置的参数掉电后依然保存，下次上电使用时无需重新设置。蓝牙模块在上电且未配对情况下自动进入AT模式，默认波特率通常为9600。
将USB转TLL模块与蓝牙模块按照下表连接，USB转TLL模块的USB口接到电脑上。

蓝牙模块USB转TLL模块
VCCVCC
GNDGND
RXDTXD
TXDRXD

打开串口调试助手（如薪火培训大礼包中的XCOM），就可以发送AT指令了，常用的指令包括：

  1. 测试通讯
    发送：AT
    返回：OK
  2. 设置波特率
    发送：AT+BAUD1
    返回：OK1200
    其中BAUD1可改为BAUD2、BAUD3等，对应不同的波特率，对应关系如下表所示。常用波特率为9600、38400和115200。
指令波特率
BAUD11200
BAUD22400
BAUD34800
BAUD49600
BAUD519200
BAUD638400
BAUD757600
BAUD8115200
  1. 设置串口参数
    发送：AT+UART=<Param1>,<Param2>, <Param3>
    返回：OK
    Param1为波特率，Param2为停止位，Param3为校验位。其中，若Param2为0，则设置1位停止位；若Param2为1，则设置2位停止位。若Param3为0，则无校验位；若Param3为1，则为奇校验；若Param3为2，则为偶校验。例如，发送AT+UART=9600,0,0，则设置波特率为9600，1位停止位，无校验位。
  2. 获得串口参数
    发送：AT+UART?
    返回：+UART:<Param1>,<Param2>,<Param3> OK
    参数含义与设置串口参数时一致。
  3. 获得蓝牙模块地址
    发送：AT+ADDR?
    返回：+ADDR:<Param> OK
  4. 设置设备名称
    发送：AT+NAME=<Param>
    返回：OK
  5. 获得设备名称
    发送：AT+NAME?
    返回：+NAME:<Param> OK
  6. 设置模块密码
    发送：AT+PSWD=<Param>
    返回：OK

驱动方式

我们使用的蓝牙模块实质上是个蓝牙转串口的设备，封装了和蓝牙有关的部分，因此我们无需了解蓝牙协议，只要了解串口通信，即可使用蓝牙模块。对于串口通信的收发方式有疑问的同学，可以回看薪火培训串口通信相关的线下课录制和示例视频。
现在我们以BT-04为例，演示通过手机蓝牙控制STM32单片机（当然，也可以通过上位机控制）。
首先下载一个手机蓝牙串口助手，在应用市场里可以找到很多类似的应用，如“蓝牙串口”、“蓝牙调试助手”等，此处使用的是“蓝牙调试器”。完成蓝牙模块和单片机的接线，并给单片机上电后，在app中找到我们的蓝牙模块并连接，密码一般为0000或1234。
手机与蓝牙模块配对
编写串口通信收发数据的工程，并烧录到单片机中。打开debug模式，将接收数据添加到watch中，在手机蓝牙串口助手中发送数据，即可在watch中观察到接收数据变化。我们可以利用收到的数据控制单片机的其它外设，或者将单片机运行的结果发送给手机蓝牙串口助手。
手机发送“A”
单片机收到数据“A”

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舵机驱动

蓝牙模块教程

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