做做AI，造造人 - 动力老男孩的博客

在上一个Arduino小实验里，我们尝试了用开发板来读写数字信号（0和1），貌似非常简单，难度系数跟吃苹果差不多。昨天淘宝的直流电机控制板终于送到了，接下来这个实验准备测试读写模拟信号。这个实验难度系数稍大一点，达到了吃香蕉的程度，搞不定的同学请去动物园请教猴子兄弟（开个玩笑，但是Arduino的确非常好开发）

我计划的实验目标是：
1，使用电位器控制直流电机的转速
2，使用开关控制直流电机的旋转方向

模拟输入

查了下资料，许多单片机的管脚电压都是+5V或0V，分别对应1和0。而机器人面对的自然界却没有这么泾渭分明，例如大气温度，到墙壁的距离，声音的强度等等，这些值就是模拟值。Arduino开发板上，标记了“Analog In”的16个管脚，就是用来测量模拟值输入的。这些输入电压的范围是0~+5V，开发板会把它映射到0~1023的整数。从这个数值范围，我们可以估算出Arduino能识别的电压精度大概是5mV，小于这个范围的变换无法识别。

电位器

这个东西是从邻居小朋友那里骗来的。在我读高中的时候，好像把这个东西叫滑动变阻器，个头很大。现在都是小小的旋转电位器了，原理图应该是一样的：

电位器

接线方式是两端分别接GND和+5V，中间随意接在一个Analog In的管脚上。我选择了一个大吉大利的6号。

电位器接线

读取模拟电压值的函数为：

int readValue = analogRead(readPin);

用端口监视器做个分解实验，使用Serial.println命令把readValue显示在电脑上，和想象中的结果完全一样。端口读写部分准备做为下一个实验主题，这里就不细说了：

端口监视

PWM输出

作为一个外行，我之前曾经想过怎么让单片机输出一个模拟值。觉得必须用10个管脚，对应的二进制从0~1023，然后找一个数模转换的东西变成模拟电压值。结果一看资料发现自己太圭了，原来有一种叫做占空比的东西，只用一个管脚就可以输出0~255的数值。从这里也了解到嵌入式常用的一个叫“时序”的东西，以后应该会经常遇到，这种方式可以用很少的管脚实现非常复杂的功能（估计业内人士又要鄙夷的飘过了）。看下面的图解，从Arduino官网顺来的：

PWM模拟输出

板子上标注了“PWM”的区域就是管脚均可以用于这种输出。使用的函数是：

analogWrite(pin, value);

注意value值的范围是0~255。

直流电机控制板

这个控制板的功能是把PWM的输出，转换成真正的模拟电压值，从而控制直流电机旋转。电机的种类很多，还有舵机，步进电机等等，控制方式都不一样，那些以后再试。先看一下这个板子的介绍，也是一个顺手牵来的图：

直流电机控制板

这个图里信息太多了，咱们捞干的讲几个：
1，左右两边是对称的，可以控制两个直流电机，咱们下面只看左边
2，绿色的“直流电机A接口”，用于接电机的两根电源线
3，直流电机A信号输入接口，一共有3个脚，分别是I1,I2和EA。其中I1和I2是数字接口，用于控制开关和方向，EA是模拟接口，用于控制转速
例如：I1=1,I2=0顺时针转，I1=0,I2=1就逆时针转，I1=I2的时候，停止转动。EA是0~255的PWM值，对应从小到大的转速
4，最下面的VMS接电源正极，GND接地，边上还有一个+5V，不用管它，本来是由它给逻辑电路供电的，但是默认情况下，是通过DUAL那个跳线帽由VMS搭车送电。

看看最终的接线图，专业人士一般用面包板之类的东西实验，我就直接把铜丝拧上了，请大家不要效仿：

接线图

接下来是写代码，一共也没几行，大家看注释吧：
注意：我发现Analog输入区编号是0~15，PWM输出区也有0~13，为了验证这两类管脚编号会不会冲突，我特地把readPin和speedPin都设置成了大吉大利的6号。事实证明两者不冲突。

int readPin = 6;    //用来连接电位器
int buttonPin = 38; //用来连接开关，这次用了个吉利的端口号
int i1Pin = 31;     //连接电机驱动板的I1接口
int i2Pin = 30;     //连接电机驱动板的I2接口
int speedPin = 6;   //连接电机驱动板的EA接口

void setup()
{
  pinMode(buttonPin, INPUT);  //开关用于输入
  pinMode(i1Pin, OUTPUT);     //I1和I2都是数字信号
  pinMode(i2Pin, OUTPUT);     //通过设置I1和I2来控制电机旋转方向
  pinMode(speedPin, OUTPUT);  //按占空比方式输出的模拟信号
  digitalWrite(buttonPin, HIGH);  //设置上拉电阻
}

void loop()
{
  //读取按钮状态
  boolean buttonPressed = digitalRead(buttonPin);
  //设置转动方向，I1和I2值相反时，分别对应两种不同的转向；I1和I2值相同时停止转动
  digitalWrite(i1Pin, buttonPressed);
  digitalWrite(i2Pin, !buttonPressed);
  //读取电位器（传感器）的读数，值范围从0到1023
  int readValue = analogRead(readPin);
  //PMW的值范围是0~255
  readValue/=4;
  //设置转速
  analogWrite(speedPin, readValue);
  delay(500);
}

上传程序以后，旋转电位计，可以看到电机的转速不断变化着；掰一下开关，电机就会反转，实验到此顺利结束。

最近有很多朋友关心小爱的进展，真是非常感谢。这段时间我主要在研究小爱的制作方案，大致的工作分为几个部分：机械设计，电子电路，嵌入式开发和人工智能几个部分。

为了确定最终的方案，我最近总在淘宝上晃悠，劲头跟美女购物狂们逛商场有一拼。前一段时间无意中看到了一个叫Arduino的东西，貌似还挺好用，暂定以这个板子为基础来开发电子电路和嵌入式的部分。我以前没有接触过嵌入式开发，如果路过的朋友有更好的方案，请一定要吱一声，谢谢

昨天淘宝的Arduino板子终于到了，型号是Arduino MEGA ATmega1280-16AU AVR（完全不清楚不同型号之间有什么区别），秀一下样子：

Arduino 开发板

今天进行了第一个小实验，跟大家分享一下。实验的目的是实现一个简单的功能，外接一个开关，通过打开或者关闭开关，来控制一个小灯的亮和灭。
电子专业的老婆冷笑飘过，这个实验太简单了吧，用传统电路甚至更简单，一个开关直接切断电路即可（传说中的手电筒）。不过我通过这个小实验了解了一个重要信息：原来嵌入式开发可以直接对CPU的管脚直接进行读写，0就是低电压，1就是高电压。以前一直使用高级语言，读CPU的某个脚电压貌似非常遥远。

第一步：到Arduino官网下载Arduino开发IDE和相关驱动
下载完一看，这个软件是绿色的，并且绿的相当彻底，里面还包含了板子的驱动，双击打开就可以使用，我在Windows7，Server2008以及Vista下都用的挺好。

第二步：用USB线连接Arduino板子和电脑，发现驱动可以被自动识别，然后添加了一个USB UART的设备。查看一下这个设备的COM端口号，后面需要用到：

查看COM端口号

第三步：
双击运行arduino.exe，第一次使用前，需要设置设备端口号和板子的型号，看下面的抓图：

设置主板型号，我这个是Mega

选择刚才看到的端口号

第四步：接线
为了做这个小实验，我还真拆了家里一个手电筒（真是败家）。文档里说开发板有个LED小灯接在13号管脚，据说术语叫做Pin13，所以就不需要外接小灯了。开关的两个脚一个接地（GND），另一个随便接某个管脚。考虑到13这个数字不吉利，我特地选了一个44号管脚避个邪。看下图：

接了个开关，红色灯是13号LED

第五步：写代码

int ledPin=13;
int buttonPin=44;

void setup()
{
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

void loop()
{
  digitalWrite(buttonPin, HIGH);
  digitalWrite(ledPin, digitalRead(buttonPin));
  delay(100);
}

经常搞windows软件开发的朋友可能有点迷糊，这个程序入口在哪里，出口在哪里？事实上这个程序是被Arduino的IDE封装了，它的规则就是先定义几个变量，然后在setup里做几个设置，最后就孜孜不倦的反复跑loop里面的程序。我猜想应该有些中断机制来执行一些特殊处理，这个以后再慢慢学。看来单片机的程序通电以后就没打算让它歇着，高级语言的程序员需要适应一下。
接下来的程序就很好解释了：
pinMode 用于设置管脚的用途，输入还是输出
digitalWrite 用于把某个管脚的电压设置成High还是LOW
digitalRead 用于读取某个管脚的电压状态，返回的也是HIGH或LOW

有一句 digitalWrite(buttonPin, HIGH); 需要解释一下。我希望44号管脚当开关打开时是1，开关闭合是是0。但是请注意第一次闭合以后，这个管脚电压降到0，它不会自动升到1。为了让下次开关打开的时候管脚电压置1，我在每次循环前都给它设置初始值1。画了一个非常丑的电路图：

电路图

第六步，编译并上传代码

用IDE中的Verify来编译代码，然后用Upload上传。选的44号辟邪管脚果然有效，代码直接编译通过上传成功（真相是确实太简单了）。结果就不给大家贴图了，没啥好看的。不过好人做到底，虽然Arduino的IDE按钮都有提示，我还是画了个说明：

Arduino 0017的菜单

总结：这虽然是个很简单的实验，但是对于一个像我这样没有接触过嵌入式的程序员来说，还是有很多的知识点。我相信有很多和我一样的人，想做机器人但是觉得无从下手，希望这些学习经验有所帮助。高手们就请优雅的飘过吧