Arduino : 用 Android 遙控藍芽科學魔法車

上回以「S4A」(Scratch for Arduino)在電腦上透過藍芽無線遙控科學魔法車，也試過別人寫的 Android App 來遙控同一臺車，其實如果有 Scratch 的設計經驗，可以試試具類似界面的「MIT App Inventor」來製作自己的 Android App。之前都沒有 App Inventor 使用經驗的我，算是第一次就上手，在 S4A firmware 傳輸資料的演算法弄清楚後，試著寫出了遙控 S4A 科學魔法車的 Android App 了，簡單、好玩！雖然仍然有 bugs，分享一下製作的心得。

車子的硬體部份和「雄 : Arduino : S4A 藍芽無線遙控科學魔法車」一文中的相同，Aruduino 靭體的部份用的是 S4A 官網中 1.5 版的靭體，Android App 開發工具則是「MIT App Inventor 2」。

新增了 Project 後，在 App Inventor 設計畫面中依序拖曳了以下的元件到 Screen1 裡：

• Label：Label1 顯示連線狀態
• ListPicker：ListPicker1 未連線時，按下去後顯示搜尋到的藍芽裝置清單供選取並連線；已連線則供切斷藍芽連線用。
• Label：LabelPower：顯示目前馬達馬力的設定值。
• Slider：Slider1 供設定馬達馬力的設定值。最大值 255，最小為值 0，初始值設為 128。
• TableArrangement：TableArrangement1 供放置控制車子方向的按鈕，設為 3x5 格。
• Button：拉五個 Button 至 TableArrangement1 內，分別命名為 ButtonFD (前進)、ButtonBK(後退)、ButtonRT(右轉)、ButtonLT(左轉)及 ButtonStop(停止)。
• Label：在 TableArrangement1 加入一個名為 LabelStatus 的 Label，顯示按了哪一個按鈕。
• Label：lblResult 顯示錯誤訊息、Arduino 傳來的 sessors 值或其它訊息用。
• BluetoothClient：由 connectivity 中拉一個 BluetoothClient 到 Screen1 中，這樣就具有藍芽的功能了。
• Clock：拖曳兩個 Clock 到 Screen1 中，Clock1 用來定時擷取 Arduino 傳來的資料，Clock2 則是定時傳 2 bytes 空字元給 Arduino ，讓它確認和 Android 的連線持續中。

Screen1 的畫面安排妥當，就可以點選 App Inventor 右上角的「Blocks」開始編寫程式，底下是程式的內容：

※ 新增兩個 global 變數分別用來儲存馬達的馬力設定值及連線中的藍芽網址。

※ 設定 ListPicker1 在沒被按下去前，抓搜尋到的藍芽裝置清單或只顯示中斷目前連線的選項。

※ 當使用者由 ListPicker1 選了選項後，進行藍芽連線或是中斷藍芽連線。

※ 當使用者調整了 Slider1 後，把值以無條件捨去取整數並設定給 power 這個變數，供之後設定 Arduino pin5、pin6 用。

※ 透過藍芽傳送指定腳位的值給 Arduino

根據 S4A 給 Arduino 用的 firmware 程式碼中觀察，它在傳送或接收資料時是以 2 Bytes 為單為，第一個 byte 必須大於 128 (最高 bit 為 1)，最低的三個 bits 為腳位值大於 127 的部份，接著則為腳位序號。第二個 byte 必須小於等於 127 ，存放欲設定腳位值的最低 7 bits。簡單的利用下面的算式重組 pin (Arduino 腳位) 及 value (欲設定的值)：

• valueHighBit = floor(value/128)
• 第一個 byte：pin * 8 + 128 + valueHighBit
• 第二個 byte：value - 128 * valueHighBit (也可以用 modulo 直接取 value / 128 的餘數)。

※ 傳送控制兩顆馬達正轉或逆轉 Arduino 腳位的設定值：

此部份和在 Srcatch 中一樣：

• 右側馬達由 pin 5 控制轉速(0~255)，pin 10 Off + pin 11 On 逆時轉(前進)，反之 pin 10 On + pin 11 Off 順時轉(後退)。
• 左側馬達由 pin 6 控制轉速(0~255)，pin 12 Off + pin 13 On 逆時轉(前進)，反之 pin 12 On + pin 13 Off 順時轉(後退)。

因為 pin 10, 11 值相反，而 pin 12, 13 相反，因此用前者的值加 1 後取除以 2 的餘數即可 0 變 1，1 變 0 。


※ 控制車子運行方向的五個按鈕

前、後、左、右

停止

※ 維持「上線狀態」(設定每 750ms 執行一次)

照說，有了前面的程式，應該可以透過 Android App 來控制載有 Arduino + S4A firmware 的科學魔法車，測試的結果卻很奇怪，車子跑一下就「熄火」停下來，得再度按按鈕才能再動一下，這部份和在 Scratch 中的執行結果完全不同。追了一下 S4A 的靭體，它如果沒有從 Serial port 中讀到 2 bytes 資料，一秒鐘後呼叫「checkScratchDisconnection()」，而它會將 Arduino pin 12 以下的其它腳位值設為 0，這樣就「熄火」了！為了避免這種情形發生，利用 Clock2 中的程式碼，每隔 750 ms 送 2 bytes 空資料給 Arduino ，讓它知道 Android 還在線。

※ 顯示錯誤訊息或其它訊息

※ 接收 Arduino 傳來的感應器值

2014.04.05 更新過後的 S4A Arduino 資料接收程序

以上為目前第一版的程式，大致上可以遙控安裝 S4A firmware 的 Arduino 了，不過尚有一隻大臭蟲不知問題在哪裡(2014.03.30 找到bug了，Arduino傳來的資料未接收，資料塞到爆掉)，這個 App 玩太久，藍芽會掛掉，得將 App 強制關閉，嚴重時，藍芽必須關閉，重新啟用才能繼續用。而且 Android 機器愈新愈快的，掛掉的愈快，我爛爛的 Android 2.3 手機就可以撐很久不掛掉。在猜想，可能是 App Inventor 程式中，藍芽傳輸時的流量管控有問題。有空再用 Java 重寫，比較看看。


後記

用過別人買的藍芽模組 HC-06 後，發現 HC-06 可以很正常的運作，而 HC-05 會掛掉，App 掛掉的原因應該是找到了，我的 HC-05 實在太弱了，180 元買的，錢花得比人少，穏定性也比較差，一分錢一分貨啦！

2014.03.30 HC-05 掛掉的原因可能是處理 Arduino 送來的資料來不及的關係，所以「接收 Arduino 傳來的感應器值」的 block 應該要改為：每隔0.5秒鐘，利用「ReceiveUnisignedBytes NumberOfBytes」及「BytesAvailableToReceive」把送來的資料一次取走，HC-05 就不再掛掉了。滿納悶的，為什麼 HC-06 不會這樣？

接收資料的程序最佳化：只分析最後收到的 16 bytes ( A0~A5 + D2 + D3，每個 Arduino 的 output 2 bytes)。

如果想要彈性大一點的遙控 App，建議參考「雄 : Android : S4A_Bluetooth 藍芽遙控 App」文中的第二支程式，它可以自訂每個按鈕要發送的資料。


檔案下載

• S4A_MagicCar.aia (MIT App Inventor 2 source)

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