到目前為止，我們已經(jīng)在DevicePlus上介紹過Arduino的使用方法和一些應(yīng)用案例。在本文中，我們將嘗試一個(gè)用Arduino讓傳感器工作的電子作品。此次的分享嘉賓是福田和宏先生！他過去曾在DevicePlus上連載過“Arduino基礎(chǔ)”等作品。

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大家好！讓我們直接進(jìn)入主題吧。通過將幾個(gè)微控制器和電子元器件相組合，就能創(chuàng)作出很多不同的作品。從機(jī)器人和無人機(jī)等流行設(shè)備到鬧鐘和玩具等小物件，您可以實(shí)現(xiàn)各種創(chuàng)意。這次要為大家介紹的是一款名為“小雞賽車”的車形機(jī)器人的制作過程。

作品簡介

使用這次的作品可以玩一種游戲，讓名為“小雞賽車”的車形機(jī)器人向著墻壁行駛，比賽從機(jī)器人停下的地方到墻壁的距離誰最短。它采用了可以通過按鈕來操作車形機(jī)器人的設(shè)計(jì)，因此任何人都可以輕松享受競賽游戲。

這款小雞賽車中配有電機(jī)，通過開關(guān)使其前進(jìn)。參加游戲的人手握按鈕，當(dāng)小車馬上要撞上墻壁時(shí)按下按鈕使之停止。

然后使用距離傳感器來測量賽車與墻壁之間的距離。即使和好幾個(gè)人一起玩，只要能測量出到墻壁的距離，就能比出誰在離墻壁最近的位置停下來了，是不是很有趣？

另外，我們還需要提前準(zhǔn)備一個(gè)用來檢測是否已碰撞到墻壁的機(jī)制。我的設(shè)計(jì)是在小雞賽車的前端安裝了開關(guān)，這樣，如果它撞到墻上開關(guān)就會(huì)被按下。如果這個(gè)開關(guān)被按下，就意味著玩家失敗。

所需的電子零部件

在確定了小雞賽車的大致動(dòng)作之后，讓我們來看看需要使用哪些電子零部件。這次我們將使用Arduino進(jìn)行控制。由于“Arduino UNO”等產(chǎn)品體積較大，不適合安裝在這么小的作品上，因此，我決定使用體積小巧的“Arduino Nano”。“Arduino Nano”的尺寸為45×18mm，大小是可以放在食指上的程度，所以正好可以安裝在作品上，而不用擔(dān)心尺寸太大。另外，雖然體積更小，但卻具有與“Arduino Uno”相同的功能，這點(diǎn)很關(guān)鍵。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用配有齒輪的電機(jī)。這是因?yàn)辇X輪會(huì)增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的力量，這樣即使放置電池等較重的部件，也可以輕松地讓賽車跑起來。此外，還需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)器讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

使小雞賽車停下來的操作，我用按鈕開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。這次，我想將開關(guān)線延長，以便從遠(yuǎn)處也可以控制賽車。

我使用微動(dòng)開關(guān)來判斷小雞賽車是否撞到了墻上，選用了附有金屬板的微動(dòng)開關(guān)。金屬板的存在可以確保開關(guān)被按下而不必?fù)?dān)心碰撞角度。此外，通過在前方安裝左右兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)，可以提高發(fā)生碰撞時(shí)按下開關(guān)的準(zhǔn)確性。

停止時(shí)，需要測量到墻壁的距離，我使用距離傳感器來完成這項(xiàng)工作。這次用的是可以使用超聲波測量距離的距離傳感器。

另外，我還希望在顯示器上顯示結(jié)果，以便讓玩家知道測量出來的距離。我使用的是字符液晶顯示器，這樣可以比較容易地顯示字符。

可以通過LED讓玩家知道開始的時(shí)間以及是否成功。安裝一個(gè)綠色和三個(gè)紅色的LED。通過倒計(jì)時(shí)來通知開始時(shí)間，先是所有紅色LED點(diǎn)亮，然后逐一熄滅，綠色LED點(diǎn)亮表示開始，賽車駛出。另外，如果成功了，綠色LED亮起；如果失敗了，則紅色LED亮起，據(jù)此來告知參賽者結(jié)果。

除此之外，還要配備調(diào)整電機(jī)速度和設(shè)置距離的功能。

接下來，我們根據(jù)小雞賽車的結(jié)構(gòu)，來選擇電子零部件。這次使用的電子零部件如下：

Arduino Nano Every

使用“Arduino Nano Every”作為微控制器來負(fù)責(zé)控制。Arduino Nano Every是一款于2019年5月發(fā)售的新Arduino Nano。當(dāng)然，如果不想使用Arduino Nano Every，使用舊Arduino Nano或與Arduino Nano兼容的產(chǎn)品也沒有問題。

超聲波距離傳感器

通過發(fā)射超聲波并測量直到接收到墻壁反射回來的超聲波的時(shí)間來測量與對(duì)象物之間的距離。

字符液晶顯示器

可以顯示字符和符號(hào)的顯示器。這次使用的是“AQM1602Y-FLW-FBW”，最多可以顯示2行16個(gè)字符。此外，該顯示器有背光，因此即使在較暗環(huán)境下也可以查看所顯示的字符。

圓形機(jī)器人底盤套件

該套件中包括電機(jī)、車輪和殼體。電機(jī)采用驅(qū)動(dòng)力量較大的減速電機(jī)（齒輪電機(jī)）。按照說明書組裝，可以很容易地制作出小雞賽車殼體。將電子電路和傳感器等安裝到這個(gè)殼體里面，即可完成制作。當(dāng)然，您也可以只購買電機(jī)，自己來制作殼體。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

使用輸出為1.0A的電機(jī)適用的可逆電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這次我使用的產(chǎn)品規(guī)格如下：

【絕對(duì)最大額定值（Ta=25℃）】
電源電壓（VCC）：18V
電源電壓（VM）：18V
輸出電流（lomax）：1A
工作溫度范圍：-20?75℃
保存溫度范圍：-55?150℃
【推薦工作范圍】
電源電壓（VCC）：6.5?15V
電源電壓（VM）：6.5?15V
輸出H電壓設(shè)置：

為了使賽車的左右兩個(gè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，我使用了2個(gè)電機(jī)。

紅色LED
綠色LED

使用LED來通知倒計(jì)時(shí)和結(jié)果信息。我準(zhǔn)備了3個(gè)紅色和1個(gè)綠色的LED。

按鈕開關(guān)

供玩家用來控制小雞賽車。為了便于操作，最好選擇能夠連接到面板的形狀。

微動(dòng)開關(guān)

用來檢測是否與墻壁發(fā)生了碰撞。在賽車前方安裝左右兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)。

除了上述部件之外，我還使用了以下電子元器件：

另外，需要使用如下排母將每個(gè)電子元器件用導(dǎo)線連接起來。如果直接將布線焊接起來則不需要這些器件。

當(dāng)然，如果能實(shí)現(xiàn)同樣的功能，選擇其他電子元器件也沒有問題。在這種情況下，需要注意它們的連接方法和控制方向。

為Arduino供電

首先需要確保為Arduino提供的電源。由于這是一個(gè)能夠移動(dòng)的作品，所以需要在作品自身上安裝電池等作為電源。Arduino Nano可以通過連接USB數(shù)據(jù)線供電。因此，還可以通過安裝移動(dòng)電源等來實(shí)現(xiàn)供電。然而，目前市場上的移動(dòng)電源很多是面向智能手機(jī)的，往往又大又重。此外，Arduino消耗的電量很小，不需要像移動(dòng)電源那么大的容量。

因此，這次我用的是電池。Arduino中配有稱為“VIN”的引腳，當(dāng)它與最大21V的電源相連接時(shí)，就會(huì)將電壓轉(zhuǎn)換為5V并為Arduino供電。因此，我使用了可輸出9V電壓的006P電池來供電。

將電池扣的正極（紅線）連接到“VIN”引腳，將負(fù)極（黑線）連接到“GND”引腳即可實(shí)現(xiàn)供電。

確認(rèn)電子部件的工作情況

準(zhǔn)備好電子部件后，需要確認(rèn)每個(gè)電子部件是否可以正常工作。這是為了一旦出現(xiàn)無法工作的情況，便于采取諸如更換成其他電子部件等的措施。

在確認(rèn)時(shí)，最好使用面包板進(jìn)行連接。另外，如果能事先確認(rèn)作品應(yīng)該可以在實(shí)裝后正常工作，那么您在編寫程序時(shí)會(huì)更安心。

首先，我們來確認(rèn)LED和開關(guān)是否能夠正常工作。另外，我們要確認(rèn)一下按下開關(guān)后是否開始計(jì)數(shù)。

將LED連接到Arduino的數(shù)字輸出引腳可以打開和關(guān)閉LED。此外，我們還需要給LED連接一個(gè)電阻器，以防止過電流（關(guān)于更詳細(xì)的LED使用方法，請(qǐng)參閱“Arduino基礎(chǔ)：通過數(shù)字輸出來控制LED照明”（https://techclass.rohm.com.cn/knowledge/tech-info/how-tos/arduino/the-basics-of-arduino-control-led-lighting-with-digital-output））。

這次我使用3個(gè)紅色LED和1個(gè)綠色LED。將LED分別連接到Arduino的數(shù)字輸出引腳8、9、10、11。

玩家操作時(shí)使用的按鈕開關(guān)，連接數(shù)字輸入引腳即可讀取開關(guān)狀態(tài)。此外，通過將另一個(gè)引腳連接到GND，按下按鈕時(shí)數(shù)字輸入引腳的狀態(tài)會(huì)變?yōu)?V。另外，還要通過編程來啟用上拉功能，以使其在未按下按鈕時(shí)處于5V狀態(tài)，如果要了解更詳細(xì)的內(nèi)容，請(qǐng)參考“Arduino基礎(chǔ)：讀取開關(guān)狀態(tài)”（https://techclass.rohm.com.cn/knowledge/tech-info/arduino/the-basics-of-arduino-reading-switch-states）。這次，我們連接數(shù)字輸入引腳7。

現(xiàn)在，讓我們將LED和開關(guān)連接到面包板上來嘗試計(jì)數(shù)吧。電子部件的連接如下圖所示。由于開關(guān)不能直接連接到面包板上，所以我們用焊接導(dǎo)線的方式連接。

連接好之后，創(chuàng)建以下程序。通過這個(gè)程序，當(dāng)您按下開關(guān)時(shí)，所有紅色LED燈亮起，然后每秒熄滅1個(gè)LED燈，最后綠色LED燈亮起。

const int LED_RED1_PIN = 8;
const int LED_RED2_PIN = 9;
const int LED_RED3_PIN = 10;
const int LED_GREEN_PIN = 11;
const int SW_PIN = 7

void setup()
{
    pinMode( LED_RED1_PIN, OUTPUT );
    pinMode( LED_RED2_PIN, OUTPUT );
    pinMode( LED_RED3_PIN, OUTPUT );
    pinMode( LED_GREEN_PIN, OUTPUT );

    pinMode( SW_PIN, INPUT_PULLUP );

    digitalWrite( LED_RED1_PIN, LOW);
    digitalWrite( LED_RED2_PIN, LOW);
    digitalWrite( LED_RED3_PIN, LOW);
    digitalWrite( LED_GREEN_PIN, LOW);

}

void loop()
{
    if( digitalRead( SW_PIN ) == LOW ){
        while( digitalRead( SW_PIN ) == LOW ){
            delay( 10 );
        }

        digitalWrite( LED_RED1_PIN, HIGH );
        digitalWrite( LED_RED2_PIN, HIGH );
        digitalWrite( LED_RED3_PIN, HIGH );
        digitalWrite( LED_GREEN_PIN, LOW );
        delay( 3000 );

        digitalWrite( LED_RED1_PIN, LOW );
        delay( 1000 );
        digitalWrite( LED_RED2_PIN, LOW );
        delay( 1000 );
        digitalWrite( LED_RED3_PIN, LOW );
        digitalWrite( LED_GREEN_PIN, HIGH );
}

將程序傳輸?shù)紸rduino，就可以確認(rèn)按下按鈕時(shí)LED是否按預(yù)期工作啦。

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這次我簡單為大家介紹了“小雞賽車”以及所需的電子部件。下一次，我將為大家介紹如何確認(rèn)超聲波距離傳感器等電子部件的工作情況，以及整個(gè)電子電路的創(chuàng)建方法。

福田和宏

作家，居住在日本札幌。喜歡撰寫有關(guān)電子創(chuàng)作、電腦、Linux、智能手機(jī)等方面的文章。在為“Raspberry Pi Magazine”和“日經(jīng)Linux”供稿。著有《這本書足夠！Raspberry Pi超簡單入門教程》（SOTECHSHA）、《學(xué)習(xí)各種電子元器件的控制！Arduino電子創(chuàng)作 實(shí)戰(zhàn)教程》（SOTECHSHA）、《Arduino實(shí)用入門》（技術(shù)評(píng)論出版社）等書籍。目前，創(chuàng)辦了“札幌電子工藝部”（https://sapporo-elec.com/），這里匯集了眾多電子創(chuàng)作發(fā)燒友，大家使用各自的電子技能創(chuàng)作各種作品。任何人都可以參加，也期待您的加入！

審核編輯黃宇