基于STM32的DIY遥控小船制作

01 前言

周末带小朋友去公园玩耍，别的小孩在池塘里玩饮料瓶做的漂流船，看着他欢乐的跟着跑跳，无比羡慕的眼神，却又不能上手的小失落，又回想起儿时用泡沫板和小电机以及电池做的小船，和那时对于电驱动产生的无比兴趣，我决定升级一下儿时的装备，基于STM32给小朋友DIY一个遥控小船，使他成为公园里焦点，同时也期待他对电气控制产生一点点好奇。

基本构想如下：stm32驱动两个小电机，小电机上安装两个螺旋桨，可以实现双桨前进、后退，单桨转弯等。供电使用18650电池，通过升压放电板管理电池的充放电。遥控使用最廉价的红外遥控，来控制小船的各种动作。同时可以增加一组数码管作为输出设备。

在万能的某宝上可以淘到所有需要的材料，并且价格都十分实惠。

02 硬件模块

红外遥控模块

一般遥控玩具使用的是2.4G高频无线遥控模块，但是本着能省则省的原则，选用遥控器带接收头3.5元还包邮的HX1838红外遥控模块。这种遥控器类似电视遥控器，优点是便宜，开发简单，缺点是控制距离短，并且要像遥控电视一样指着玩具操作，这些缺陷留着下一代产品迭代时升级。

电机驱动模块

电机使用直流小电机，3-6V可驱动，使用一片L298N驱动板驱动。STM32输出PWM可调速，可正反转。

数码管显示

基于TM1637的四位数码管，用于显示一些简单的信息。TM1637是天微公司出品的LED驱动专用芯片，集成简单，开发方便。除了TM1637，天微公司还有一系列TM16XX的芯片，主要区别就是位输出和段输出个数多少。

电池和充放电模块

18650电池具有容量大，寿命长，安全性高等优点，普遍使用在充电宝，笔记本电池、仪器仪表中，甚至特斯拉的电池组也是由7000多节这样的电池组合成的。充放电线路板，主要的作用是将电池3.7V的输出电压升压到5V，供给STM32及外围电路使用，同时还具备给电池充电的功能。实际上等同于一个充电宝，充电宝的原理就是若干个18650电池并联，再用一块充放电板管理而已。

03 嵌入式软件

红外遥控器驱动

HX1838采用的是 NEC 编码格式。载波频率为38khz。

逻辑1是2.25ms，脉冲时间560us；逻辑0为1.12ms，脉冲时间560us。根据脉冲时间长短来解码。

协议示意图：

一组数据组成：

需要注意的是1838红外一体接收头为了提高接受灵敏度。输入高电平，其输出的是相反的低电平。实际测量接收到的按键波形如下图，可以看到电平是相反的。

代码实现：

使用下降沿外部中断作为一次按键的检测触发，然后每个20us读取一次数据管脚，按照上述的协议逻辑，读出一个u32的数据。

U8 Infrared_Receiver_Process(void){ U16 nTime_Num = 0; U8 nData = 0; U8 nByte_Num = 0; U8 nBit_Num = 0; nTime_Num = Infrared_Receiver_GetLowLevelTime();//t0=nTime_Num;if((nTime_Num >= 500) || (nTime_Num <= 400))//9ms 数据头高电平 hx1838输入的反的{ return INFRARED_RECEIVER_ERROR;}nTime_Num = Infrared_Receiver_GetHighLevelTime();//4.5ms 低电平 hx1838输入的反的if((nTime_Num >= 250) || (nTime_Num <= 200)){ return INFRARED_RECEIVER_ERROR;} for(nByte_Num = 0; nByte_Num < 4; nByte_Num++)//4个8位码{ for(nBit_Num = 0; nBit_Num < 8; nBit_Num++) { nTime_Num = Infrared_Receiver_GetLowLevelTime();//560us 高电平 hx1838输入的反的 nTime_Num=28 if((nTime_Num >= 60) || (nTime_Num <= 20)) { return INFRARED_RECEIVER_ERROR; }  nTime_Num = Infrared_Receiver_GetHighLevelTime();//1690us（nTime_Num=84.5） 是逻辑1 560us是逻辑0 nTime_Num=28 if((nTime_Num >=60) && (nTime_Num < 100)) { nData = 1; } else if((nTime_Num >=10) && (nTime_Num < 50)) { nData = 0; } else { return INFRARED_RECEIVER_ERROR; }  gInfraredReceiver_Data <<= 1; gInfraredReceiver_Data |= nData; }} return INFRARED_RECEIVER_OK;} 

经过调试，得到遥控器的按键键值如下：

KEY_OK = 0x38,KEY_UP = 0x18,KEY_DOWN = 0x4a,KEY_LEFT = 0x10,KEY_RIGHT = 0x5a,KEY_1 = 0xa2,KEY_2 = 0x62,KEY_3 = 0xe2,KEY_4 = 0x22,KEY_5 = 0x02,KEY_6 = 0xc2,KEY_7 = 0xe0,KEY_8 = 0xa8,KEY_9 = 0x90,KEY_STAR = 0x68,KEY_0 = 0x98,KEY_SHARP = 0x80, 

另外由于NEC编码格式的红外遥控广泛的用于电视遥控，我们也可以找一个电视遥控器，把键值读出来，写入到stm的程序中，这样就可以用电视遥控器来操作小船了。

数码管显示驱动

TM1637与其他的一些TM芯片有一些区别，没有同步通信的STB脚，控制时序也有相应改变。

在输入数据时当CLK是高电平时，DIO上的信号必须保持不变；只有CLK上的时钟信号为低电平时，DIO上的信号才能改变。数据输入的开始条件是CLK为高电平时，DIO由高变低；结束条件是CLK为高时，DIO由低电平变为高电平。TM1637的数据传输带有应答信号ACK，当传输数据正确时，会在第八个时钟的下降沿，芯片内部会产生一个应答信号ACK将DIO管脚拉低，在第九个时钟结束之后释放DIO口线。

代码实现：

void start(void){dio_output();GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);GPIO_SetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);Delay();GPIO_ResetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);Delay();}  void stop(void){dio_output();/*GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);Delay();*/GPIO_ResetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);Delay();GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);Delay();GPIO_SetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN);Delay();}  void ack(void){u8 i;dio_input();GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);Delay();while(readDio()==1&&(i<250))i++;GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);Delay();GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN);dio_output();}void write_data(u8 wr_data){u8 i;for(i=0;i<8;i++)//开始传送8位数据，每循环一次传送一位数据{ GPIO_ResetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN); if(wr_data & 0x01){ GPIO_SetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN); }else{ GPIO_ResetBits(DIO_GPIO_PORT,DIO_GPIO_PIN); } Delay(); wr_data >>= 1; GPIO_SetBits(CLK_GPIO_PORT,CLK_GPIO_PIN); Delay();}ack();}void tm1637_DispStr(u8 *str){u8 i;u8 ledCode[5];  for(i = 0;i < 4;i++){ledCode[i] = GetLedCode(str[i]);}start();write_data(0x44); //固定地址模式stop();start();write_data(LED_GRID1);write_data(ledCode[0]);stop();start();write_data(LED_GRID2);write_data(ledCode[1]);stop();start();write_data(LED_GRID3);write_data(ledCode[2]);stop();start();write_data(LED_GRID4);write_data(ledCode[3]);stop();start();write_data(0x89);stop();} 

小船控制逻辑

目前的逻辑比较简单， 就是收到按键后控制电机的转停。

void dealIrKeyDown(){u8 len;len = irKeyfifo_count;if(len > 0){ irKeyDataOut = irKeyfifo_DataOut(); //按键显示 U8ToHexstr(irKeyDataOut.index,dispStr); U8ToHexstr(irKeyDataOut.cmd,dispStr+2); tm1637_DispStr(dispStr); switch(irKeyDataOut.cmd){ case KEY_OK: case KEY_OK_CHANGHONG: motor1_Stop(); motor2_Stop(); break; case KEY_UP: case KEY_UP_CHANGHONG: motor1_ForwardRun(); motor2_ForwardRun(); break; case KEY_DOWN: case KEY_DOWN_CHANGHONG: motor1_BackwardRun(); motor2_BackwardRun(); break; case KEY_LEFT: case KEY_LEFT_CHANGHONG: motor1_ForwardRun(); motor2_Stop(); state = SHIP_LEFT; break; case KEY_RIGHT: case KEY_RIGHT_CHANGHONG: motor2_ForwardRun(); motor1_Stop(); state = SHIP_RIGHT; break; default: motor1_Stop(); motor2_Stop(); state = SHIP_STOP; break; } }}

04 DIY成品展示和演示视频

05 总结存在的问题

遥控不灵敏

毕竟红外遥控的使用场合并不是移动的物体上，再加上距离近，经常会出现遥控要按多次的情况。后期考虑改进stm的协议处理方法，增加容错性，如果还是不行就考虑升级为2.4G专用的玩具遥控。

防水性问题

正常使用不会有水进入，但是在没有大人的情况下交给小孩操作，就没那么保险了。

后期考虑升级防水性能。

没有声光电，不够酷炫。

考虑升级，增加led灯条。

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