智能手機(jī)的接口解決方案

Arduino 系列等小型計(jì)算機(jī)板不單單是一種有價(jià)值的學(xué)習(xí)工具。專業(yè)工程師也一直積極采用該生態(tài)系統(tǒng)，以應(yīng)對眾多傳感和控制挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)各不相同，從簡單的互連傳感器到控制機(jī)器或簡單機(jī)器人上的電機(jī)或致動器。Arduino 微控制器板與 I/O 或電機(jī)驅(qū)動擴(kuò)展板的組合，可以滿足項(xiàng)目的運(yùn)動控制需求。由于 Arduino 等生態(tài)系統(tǒng)的開源性質(zhì)，意味著很多在線發(fā)布的項(xiàng)目為定制應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在制造商網(wǎng)站或獨(dú)立 GitHub 上，都提供了很多預(yù)先編寫的代碼。圖 1 是來自 GitHub 的用于控制基于 Arduino 的機(jī)器人的代碼片段。

圖 1： 開發(fā)人員社區(qū)提供了一個(gè)平臺，用于查找和共享開源項(xiàng)目的代碼。

用戶接口選擇

在連接的另一端，需要用戶接口。機(jī)器人手臂或電動探頭等設(shè)備可能只需要對一系列的基本運(yùn)動進(jìn)行控制，例如前行/后退、左移/右移、順時(shí)針/逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

智能手機(jī)應(yīng)用？

一種解決方案是使用智能手機(jī)作為主要用戶接口控制器。這種解決方案已經(jīng)得到了廣泛采用，例如在消費(fèi)者需要與智能系統(tǒng)進(jìn)行交互的應(yīng)用中，例如家庭采暖或照明系統(tǒng)、安全設(shè)備、無人機(jī)。智能手機(jī)具有諸多優(yōu)勢，例如高分辨率彩色顯示屏可以顯示具有吸引力的儀表，以及先進(jìn)的多點(diǎn)觸控功能，還有包括蜂窩、Wi-Fi? 和藍(lán)牙? 在內(nèi)的全面的連接功能。智能手機(jī)無處不在，因此只需加載新產(chǎn)品附帶提供的應(yīng)用，即可輕松將智能手機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的控制器。

但是，對于某些項(xiàng)目而言，開發(fā)定制應(yīng)用可能產(chǎn)生很高成本，耗費(fèi)大量時(shí)間，而且這并非開發(fā)團(tuán)隊(duì)的專長。

多種 Android 應(yīng)用通過 Google Play 商店提供，讓用戶能夠使用智能手機(jī)，通過藍(lán)牙控制基于 Arduino 的機(jī)器人。它們?yōu)殚_發(fā)人員提供了多種可下載的現(xiàn)成用戶界面，可以免費(fèi)或低成本獲取。但是，這些應(yīng)用通常適用于無線電控制型玩具，外觀和體驗(yàn)可能不太適合最終應(yīng)用。另一方面，有些應(yīng)用（例如 Arduino BT 操縱桿）顯示簡單的圖形，可以提供專業(yè)的外觀，有些應(yīng)用（例如 RemoteXY）則可以按需分別配置旋鈕、按鈕和滑動條。

使用硬件用戶輸入模塊進(jìn)行開發(fā)

有多種模塊有助于開發(fā)定制型控制面板，簡化硬件和機(jī)械設(shè)計(jì)工作。這些模塊包括操縱桿和按鈕，可以采用不同的組合形式。它們非常適合控制不同方向的運(yùn)動，可通過多種方式，簡單地連接到微控制器板。我們可以使用多種選項(xiàng)來添加無線電模塊，以實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程控制，相對于智能手機(jī)而言，這樣可以提供更大的便利性。

SparkFun COM-09032 拇指操縱桿可將前行/后退和左移/右移運(yùn)動轉(zhuǎn)化為模擬電壓，并且集成了一個(gè)可用作“選擇”輸入且獨(dú)立于操縱桿方向的按鈕。它附帶了自身的分線板，可簡化與主機(jī)的連接，僅使用五條電線：電源、接地、X 和 Y 輸出電壓、“選擇”按鈕狀態(tài)。SparkFun 還提供了示例代碼，用于從操縱桿讀取輸入電壓，并在串行輸出端將它們顯示為數(shù)字值（圖 2）。

圖 2： 用于從 SparkFun 操縱桿讀取值的示例 Arduino 代碼

連接到其他硬件生態(tài)系統(tǒng)

其他一些制造商也提供了操縱桿模塊，它們可以使用與圖 2 示例相似的軟件，簡單地連接到 Arduino 板。另外，連接到其他硬件生態(tài)系統(tǒng)，也可為開發(fā)人員提供更多樣的選擇。Maxim MAXREFDES72 適配器提供了一個(gè)示例，它讓 Arduino 用戶能夠?qū)⑼庠O(shè)模塊從 PMod? 生態(tài)系統(tǒng)連接到他們的項(xiàng)目。利用這種連接 PMod 的便利接口，開發(fā)人員能夠訪問多種模塊，不僅包括 Digilent JSTK2 PMod? 操縱桿模塊，還包括 Digilent PmodBTN 按鈕開關(guān)模塊，它的四個(gè)按鈕用于用戶控制功能，另外還有一些模塊，包括 16 按鈕鍵盤。

一體式控制板

操縱桿和按鈕是一種經(jīng)過驗(yàn)證的組合，能夠控制各種可能的用戶輸入 - 任何游戲發(fā)燒友都認(rèn)同這一點(diǎn)！典型游戲控制器的布局和功能（操縱桿位于按鈕旁邊）很直觀，非常適合各種命令，包括移動、定位、致動某個(gè)機(jī)制，例如臺架、機(jī)器人手臂、夾鉗。

DFRobot DFR0008 提供一個(gè)操縱桿和四個(gè)帶色碼的按鈕，作為一個(gè)完全組裝的模塊，為 XBee 無線電模塊提供附加針座。DFR008 讓開發(fā)人員能夠充分利用 XBee 生態(tài)系統(tǒng)，從而簡化了從市場上大量 XBee 模塊中選擇并添加無線連接的工作。這些模塊包括 Digi XB24-API-001 IEEE 802.15.4 2.4 GHz 無線電板，以及 XB8-DMUS-002 sub-GHz 868 MHz 模塊，它適合在歐洲的免許可證使用。

對于希望在 Arduino 項(xiàng)目中使用 XBee 無線連接進(jìn)行試驗(yàn)的開發(fā)人員而言，Digi 的 XBee/Arduino Educational Pack 包括了 Arduino 微控制器板、可選的 XBee 模塊、按鈕和操縱桿模塊，非常適合構(gòu)建各種類型的用戶接口。XBee 用戶還可以依賴于開發(fā)資源，包括軟件工具和示例代碼，以幫助進(jìn)行開發(fā)。

保持 GUI 選項(xiàng)開放

開源生態(tài)系統(tǒng)還為開發(fā)人員提供了自由度，如果愿意，他們可以充分運(yùn)用自身的技術(shù)技能，例如使用模塊（例如帶有集成電阻觸摸屏的 4D Systems ULCD-32PTU-AR 3.2 英寸彩色 TFT）開發(fā)嵌入式圖形用戶界面。套件帶有適配器，可通過標(biāo)準(zhǔn)針座連接到 Arduino 板，還有一條電纜，用于將適配器連接到顯示屏。Arduino 針座可用于堆疊其他 Arduino 擴(kuò)展板，例如無線電模塊。我們還可使用幾種旨在簡化圖形用戶界面開發(fā)的工具集。這些工具集包括用于開發(fā)代碼的入門級環(huán)境，以及名為 ViSi 的圖形化設(shè)計(jì)工具，該工具可以通過“點(diǎn)擊放置式”的對象放置來協(xié)助生成代碼，另外還包括高級 ViSi-Genie 環(huán)境。在 ViSi-Genie 中，用戶只需放置對象，設(shè)置驅(qū)動對象的事件，即可自動生成代碼。

結(jié)論

我們可以通過多種途徑在 Maker World 中成功開展項(xiàng)目。很多示例和工具集可以幫助開發(fā)人員克服艱難的挑戰(zhàn)，讓軟件在目標(biāo)硬件上投入運(yùn)行。

用戶輸入裝置用于處理運(yùn)動控制和致動，用戶可以通過藍(lán)牙來連接智能手機(jī)應(yīng)用，從而設(shè)置這些裝置，或者對其進(jìn)行配置，使用硬件作為單獨(dú)模塊或完全集成的操縱桿/開關(guān)擴(kuò)展板。開發(fā)人員還可以充分利用來自其他生態(tài)系統(tǒng)的輸入裝置或無線模塊，例如 PMod 和 XBee，它們?yōu)槲覀兂晒﹂_展項(xiàng)目提供了更多途徑。這些模塊價(jià)格實(shí)惠，憑借開源社區(qū)中的代碼和專業(yè)知識，可以輕松進(jìn)行集成。