使用Arduino制作的一个小车（昨天在关于Arduino学习的一些建议中提到的项目）

        昨天发了一个关于Arduino学习的建议的视频，这里面提到了本人在十几年前的一些经历，找了一下之前的资料，在百度网盘里找到了尘封已久的一些资料，当时是按日记的形式记录的，现在仍然安装原来的格式记录。

        以下是原始记录，时间是哪一年的不记得了，记录里只有月日，大概是在2014年。

        看了很多的关于Arduino的文章，也看了不少基于arduino的制作，总有一种自己也动手的欲望，只是一直没有找到合适的项目。重复前人的东西不是不可以，只是觉得没有自己的特色。后来还是觉得制作智能小车了，这个项目可以说和时钟一样是经久不衰的，几经选择然后开始制作。

(  5月1日  )电机驱动的选择

        关于电机的驱动，现在用的最多的是L298和L293（特别是淘宝上这类模块扩展板很多）。

        使用过298的模块，不是很好用，5V的电机基本上需要7.2V的电压来驱动而且效率不是很高。查阅了资料才发现298的压降太厉害了，上下桥加起来2A时近5V，就是1A也有3V左右的压降，这样算下来几乎一半的电能都用在芯片上了。293没有用过，不过600mA的驱动电流很多的电机被排除了。

        还有一个问题就是很多的驱动板都需要3个端口来控制，两个是电机的方向选择，一个是PWM控制转速。如此一来四个电机需要12个接口，Arduino没有这么多的资源来使用。

        很偶然的一个机会，在逛淘宝时发现了一个I2C的电机驱动板，而且还是扩展板的形式，连接比较方便。最巧的是居然是四电机的驱动板，使用东芝的TB6612FNG H桥电机驱动芯片。这个是MOSFET的结构，不是L298的晶体管，整体压降很少，每路1.2A的驱动能力，3.2A的峰值电流超过了293两倍。

（5月12日驱动板到货）电机的选择

        驱动板确定了然后就是电机的选择。做小车最通常的是黄色的香蕉电机（130电机），这个在淘宝上一抓一大把。

        以前也是用过，不是很好用。减速比还行吧，好像是1:40，具体的忘记了，有一点就是驱动电流要求大，但是驱动力矩不够。再有一点体积比较大，何其配套的车轮一般较大。电机在运行时抖动比较厉害，之前做的小车只能全速运行，PWM使用时走起来一顿一顿的。

        小型化电机时看到了N20，这个非常满足要求。自带减速机构，而且还是金属的齿轮减速系统。各项参数也很不错，驱动电压3-12V，转速3-1000rpm，驱动力矩7kgcm，外形12*10*25很少小巧，噪声也比香蕉电机小了很多。

        这个电机其实以前使用过，公司的一个电动钟表螺丝批用的就是这个，噪声和震动控制的都很不错。还有在淘宝上发现了它的固定支架，DFROOBT，虽然他家的东西是出了名的贵，性价比严重的不好，可是也只有他们在买啊，而且质量倒是不错的，之前买过的开发板模块什么的就数他们家的做工精良。选择了两对支架，逛店铺的时候发现了配套车轮，42mm直径，也很小巧。同时还带有12齿编码盘，虽然暂时不需要速度带闭环控制，但是车轮有这个也算是不错吧，以后也许可以用上。

（5月13日下单，15日LCD、车轮、电机支架到货）方案选择

        如此一来一个小车基本上可以做了，驱动、电机、车轮、主控都好了。车架选择上没有采用现有的，主要是自己做车，如果买来现成车架还是自己做吗，那仅仅是组装了。

        底板与车架在亚克力和PCB中选择了PCB，亚克力切割现在没有设备还做不到。

        电机的安装，驱动什么的都是很简单。既然要与众不同，那就要增加一些别人没有的，于是想到了灯光系统。

        第一是方向灯，左右转向用，然后是刹车灯，还有前大灯。直接端口控制又要使用有限的IO了，于是用595来扩展，使用4个接口其他灯四个也可以方便以后增加功能。

        方向灯需要闪烁，如果用595来控制闪烁那就需要不停的写入数据，总觉得有些奇怪。既然这样闪光控制就需要独立出来来，RC电路虽然简单但是不好控制，555的暂稳态电路简单实用。

        闪光频率选在在1秒左右，测试几种组合，还有是电容的体积，闪光效率等，确定使用了现在的这个组合，R1，R2为20K，C1为22uF，周期924ms，占空比67%，实测在1秒。图1

        LED的控制使用与门，555的输出接一端，595的输出接另一个，然后与门输出接LED。74系列选了74HC08，很典型的四与门芯片。图1

（5月15号开始制作）

        四个闪光用了两个控制方向灯，另两个备用，595直接使用2两个控制前后灯，如此还有两个闪光和两个常态可以备用。

        输入控制方面预留巡线，避障。巡线最少要三个输入，避障也需要两个。然后用了165扩展了8个输入，这样巡线避障等可以同时连接，需要什么功能可以自行选择。

        使用339是为了有时候需要自制传感器使用，在本项目中未使用，仅焊接插座而未安装芯片。图3

        为了体现PWM控制的特点需要实时的控制电机的加速与减速，这个就需要知道前方的距离了。在现有的可以方便获得的模块中也只有超声波可以得到距离数值，红外什么的只能得到一个数值量，设定的数字。

        连接线路，编写程序，一切都以为结束了。等到都准备好了才发现，电机一运行就会对灯光系统，对超声波系统产生干扰。一开始以为是辐射干扰，使用外置的595模块确实会好许多，然后对比发现了ST需要接下拉电阻。之后在测试还是不行。几经反复发现不只是辐射干扰，最主要的干扰来自马达的输入线路。     

（5月18号发现问题，22号尝试解决）

        发现了问题然后开始考虑如果来过滤这个干扰。

        首先确认干扰来源，这个网上讲的很是清楚了，马达换相时造成的电压波动。这个是周期性的，应该属于交流信号了吧，考虑各种滤波措施了。RC、LC、RL等各种手段都需要尝试。在不了解各类滤波技术的时候只能先凭经验了。和电机串联的只能是电感和电阻，电容串联相当于断路，毕竟驱动是用的直流电源。电阻也不在选择之列，主要是会影响马达性能。

        如此一来只有LC滤波了，串联了L，画出电路图一看，居然是典型的LC低频滤波电路。

不知道该选择怎样的频率，只好把手头现有的电感和电容进行了组合，计算一下可能的组合，然后看一下各自的频率进行测试。

        有不少的组合的滤波频率是重复的，虽然不知道相同的频率不同的电感和电容组合会有什么影响，但是现在就需要测试一下。

        电机的PWM频率是1-1.6KHz的，就在这个附近开始测试。选择了220uH／47uF、100uH／100uF这两个组合（黄色标记）。

        220uH／47uF灯光还是会受到干扰，100uH／100uF 干扰小了许多，有时候没有有时候又有了，但是电机速度受影响比较大，速度下降明显。

        继续测试另一个组合，这次选择小于1.6KHz的，由于手头没有足够的68uF电容，只能先测试220uH／100uF、100uH／220uF这两个组合（青色标记）。

        结果不是很好，干扰现在是否重现不知道，电机基本上是不动了。分析原因可能是低通滤波将1K以上的过滤了，而PWM是用的1.6KHz的。

        知道了原因就测试另一个组合，高于1.6的，先测试100uH／47uF、100uH／33uF、68uH／47uF、68uH／33uF四个组合（绿色标记）。

        100uH／47uF干扰基本解除了，但是马达速度还是受到了影响；100uH／33uF马达速度倒是还好，干扰不是滤除的很好，灯光可以不受干扰，但是超声波还是受到了干扰；68uH／47uF干扰滤除的还可以，偶尔能看到灯光到闪烁；68uH／33uF灯光不受干扰，超神波的影响也没有那么大，但是总觉得没有之前的那些好。

        分析一下，68uH／33uF的频率是3.36KHz的，效果没有前面的好可能的原因是频率高了，一些低于这个频率的信号还是进入了系统。100uH／47uF的最好，100uH／33uF还是会受到影响说明了干扰频率来源在2.32KHz附近。所以其他的两个组合滤除的是高于2.8KHz附近的，一些干扰还是存在的。

        本来还应该测试一下220uH／33uF、68uH／100uF的，这个是低于2K的组合，但是手头的100uF电容和33uF电容数量不足，没办法满足4个电机所需要的8个要求所以没在做测试。

        虽然100uH／47uF这个组合会影响一下马达速度，但是实际测试发现马达的加速和减速效果最好。之前的加速和减速是突然进行的，现在明显的有个过程，显然是在滤波的时候也同时影响到了马达对PWM的响应。这个是什么原理，为什么这样怎样来避免这个不是很清楚，好在这不是个问题，反而是个意外的惊喜。所以说这一次就只是记录了下来，以后如果遇到了在继续研究。

（5月23号）底板的重新规划

        由于要增加滤波电路，现在的这个底板太小了，考虑到尽可能的减少飞线（杜邦线），在底板上也做了接口。

5月29号确认遥控方案，下单）无线控制器控制

        既然是小车，除了能够做常规的避障和巡线外能够遥控操作自然是不错的选择。

遥控方面，通常来说是蓝牙、APC220、24L01几个，Xbee太贵了。蓝牙比较简单，串口透传，安卓有很多的免费软件，就是距离短；APC220号称可以传输1000米，没测试过，仅仅试过几米的，超过5米的时候就经常受到错误的数据，而且控制端要不是电脑要不是另一个控制板；24L01的速度是最快的，现在的库也能保证数据接收，但是要占用4个端口，距离也不咋地，同样需要电脑或另一个控制器。

        闲逛的时候看到了DTMF模块（双频多音），电话拨号时用的数据传输方法，看了一下也挺简单的。芯片MT8870，四个输出Q1～Q4组合成16个数据，STD用来判断是否有数据到达，其他的端口可以默认不需要控制。

        这样一来只需要一个接口接STD来判断数据是否到达，Q接口接165的输入端，音频口直接接手机，如此可以远程控制了，理论上讲距离时无限的，只要电话能够接通。

（6月5号，基本完成了）

现在所有的接口（除了0、1串口）都用上了。

2、3、4用来控制595；5、6、12用来控制165；7用来控制LCD背光；8、9、10、11、13用来控制LCD；

A0接五维按键；

15、16（A1、A2）连接超声波；17（A3）接STD；A4、A5是I2C接口。

至于串口，以后有时间加个蓝牙吧，可能会内存不足，现在已经占用了76%的内存（1516字节），程序大小19546字节（占用60％）。

（现在是6月19日）

        整体样子比较难看，需要优化一下，减少排线。最好是把支架优化一下，现在看起来不像个车的样子。做了四个连接板，595的数据输出，电机的连接线。整理了灯光，现在就是只有595和165的数据线和电源线了，还有超声波的。

（现在是6月24日）

        电源也在优化中，因为要双电源，双口USB移动电源最好，不过现在有两个方案（计划27-28号）。

1.使用双电源升压（购买现成的升压板，3.7V锂电池升压5V），和双电源降压（7805或者降压模块，7.2V锂电池供电）方案。

2.使用单电源升压（购买现成的升压板，3.7V锂电池升压5V），和单电源降压（7805或者降压模块，7.2V锂电池供电）方案，需要测试。现在下班回来时间太少了，只有周末再说了。

        经过测试使用7805效果OK，这样可以随便使用一个7.2V～9V的电池来运行。

做了四个独立的电源，7805额定电流1A。四个电机用一个，不行的话可以并联的；控制器与灯光用一个；留一个备用，打算给树莓派，摄像头使用。

        实测7.2V电池输出空载电压4.97V，带负载（控制器＋灯光＋LCD）电压4.45V。

为了保证电压足够，7805的地端串联IN4007二极管（压降1V），如此整体电压在5.5V～6V，输出端串联IN5819二极管（压降0.6V），这样既能保证并联时不干扰，又可以确保负载电压在5V左右。

（6月30号）

        现在的这个165输入当时做的失误了，最边上的输入脚和螺丝柱子有干涉，今天重新做了一个。339芯片取消了，使用了两片165，级联处理可以得到16个输入数据。595的输出改了一下接口位置，这样两个的接口可以在一起了。红外距离和巡线占用四个，电话遥控占用四个，其他8个保留，也许以后会用到。

        调试阶段用到LCD，以后是不用的。在顶部增加了树莓派，有点突兀，继续改进。

（7月2号）

        优化改进了一下自制的两块板（595和165）。取消了339芯片和改换了接口。

调试阶段用到LCD，以后是不用的。在顶部增加了树莓派，有点突兀，继续改进。

（7月 5号）

增加无线遥控模块，使用apc220或者nRF24L01无限模块。控制部分为nano控制器，1602LCD 显示基本信息，四独立案件，joy 方向摇杆（模拟）。带有nokia lcd 屏幕接口，可以直接插入使用。

总体就是这样了，现在只有小车找到了，遥控找不到了，还有程序也没有了，没办法演示了。

说这些的目的就是想说，这些东西做了一个其实也没有什么用处，除了费钱外。