โปรเจค หุ่นยนต์หลบสิ่งกีดขวาง Arduino เวอร์ชั่น 1

หลังจากที่เราได้ทดลอง การควบคุมรถบังคับด้วย แอนดรอยด์ ไปแล้ว ต่อไปเราจะเรียนรู้ การเขียนโปรแกรม ควบคุมหุ่นยนต์ให้หลบสิ่งกีดขวาง เรียกว่า หุ่นยนต์หลบสิ่งกีดขวาง เวอร์ชั่น 1 ซึ่งทำงานโดยการเคลื่อนที่ไปด้านหน้า เมื่อเซนเซอร์ Ultrasonic เจอสิ่งกีดขวาง จะมีการเคลื่อนที่ถอยหลังแล้วเลี้ยวหลบไปทางซ้าย

หุ่นยนต์หลบสิ่งกีดขวาง อุปกรณ์ที่ต้องใช้ก็คือ

     1. 4WD Smart Robot Car Chassis Kits

     2. Arduino UNO R3 - Made in italy

     3. Arduino Sensor Shield V5.0

     4. เซนเซอร์ Ultrasonic Module HC-SR04

     5. Mounting Bracket for HC-SR04 Ultrasonic Module แบบสั้น

     6. Motor Drive Module L298N

     7. สาย Jumper Female to Male ยาว 20cm.

     8. สาย Jumper Female to Female ยาว 20cm.

     9. รางถ่านแบบ 18650 ใส่ถ่าน 2 ก้อน

     10. แบตเตอรี่ลิเธียม 18650 จำนวน 2 ก้อน

     11. เสารองแผ่นพีซีบีโลหะแบบเหลี่ยม 6 mm

     12. สกรูหัวกลมน็อตตัวเมีย ขนาด 3มม ยาว12มม.

     13. เพาเวอร์สวิตซ์สำหรับเปิดปิด (ON / OFF Rocker Switch)

     14. สายไฟแดงดำ ขนาด 22AWG

เริ่มด้วย ต่อสายไฟสำหรับมอเตอร์ ทั้ง 4 ตัว ที่ 4WD smart car chassis ให้มา โดยให้ ขั้วลบ สายไฟสีดำ อยู่ด้านบน เหมือนกันทั้ง 4 ตัว

ประกอบเข้ากับ โครง ชิ้นที่ 1 ของ 4WD smart car chassis ดังรูป

ประกอบ น็อต 6 จุด สำหรับ วาง โครง ชิ้นที่ 2

ประกอบ บอร์ด Motor Drive Module L298N ลงที่ โครง ชิ้นที่ 1

เชื่อมสายไฟ ของ มอเตอร์ ด้านบน สายสีดำ ขั้ว -  ของมอเตอร์ ตัวที่1 เข้า กับมอเตอร์ ตัวที่2 และ สายสีแดง ขั้ว+  ของมอเตอร์ ตัวที่1 เข้า กับมอเตอร์ ตัวที่2 และ เช่นกันทำที่ มอเตอร์ คู่ด้านล่างด้วย เพื่อให้เหมือนมีมอเตอร์ จาก 4 ตัว เหลือ 2 ตัว

จากนั้น ประกอบสายไฟ ของมอเตอร์ ทั้ง 2 ตัว เข้ากับ บอร์ด L298N ดังรูป

ประกอบ โครงชิ้นที่ 2 เข้าที่ ด้านบนของ โครงชิ้นที่ 1 และ ประกอบ บอร์ด Arduino UNO R3 ลงที่โครงชิ้นที่ 2 ซึ่งอยู่ชั้นบน

ประกอบ บอร์ด Arduino Sensor Shield V5.0 ลงที่ บอร์ด Arduino UNO R3

ประกอบ รางถ่านแบบ 18650 และ เชื่อมต่อ วงจรตามรูป

หมายเหตุ : ถ้ามี Jumper อยู่ที่ขา ENA และ ENB ของ บอร์ด L298N  ให้ถอดออก

การเชื่อมต่อระหว่าง บอร์ด Arduino Sensor Shield V5.0 กับ บอร์ด L298N  

.*** VCC ของ Arduino Sensor Shield V5.0  คือ V ***

เชื่อมต่อ เซ็นเซอร์ HC-SR04 กับ Sensor Shield V5.0 ดังรูป

ประกอบ HC-SR04  เข้ากับ Mounting Bracket for HC-SR04 Ultrasonic Module แบบสั้น และ ประกอบ Bracket  เข้ากลับ โครงรถ2 ตามรูป

และทดสอบการเชื่อมต่อว่าถูกต้องหรือไม่ อุปกรณ์ใช้งานได้หรือไม่ ตามตัวอย่าง ลิงค์ด้านล่าง

http://robotsiam.blogspot.com/2016/09/hc-sr04-sensor-shield-v50.html


หลังจากนั้นให้ทดสอบเบื้องต้น ว่าการหมุนของล้อถูกต้องหรือไม่ โดย

เปิดโปรแกรม Arduino (IDE) และ Upload โค้ดนี้ ไปยัง บอร์ด Arduino UNO R3



// Motor A pins (enableA = enable motor, pinA1 = forward, pinA2 = backward)
int enableA = 3;
int pinA1 = 6;
int pinA2 = 7;

//Motor B pins (enabledB = enable motor, pinB2 = forward, pinB2 = backward)
int enableB = 5;
int pinB1 = 8;
int pinB2 = 9;

//This lets you run the loop a single time for testing
boolean run = true;

void setup() {
 pinMode(enableA, OUTPUT);
 pinMode(pinA1, OUTPUT);
 pinMode(pinA2, OUTPUT);

 pinMode(enableB, OUTPUT);
 pinMode(pinB1, OUTPUT);
 pinMode(pinB2, OUTPUT);
}
void loop() {
  if (run) {
    delay(2000);
    enableMotors();
    //Go forward
    forward(200);
    //Go backward
    backward(200);
    //Turn left
    turnLeft(400);
    coast(200);
    //Turn right
    turnRight(400);
    coast(200);
    //This stops the loop
    run = false; 
  }
}

//Define high-level H-bridge commands

void enableMotors()
{
 motorAOn();
 motorBOn();
}

void disableMotors()
{
 motorAOff();
 motorBOff();
}

void forward(int time)
{
 motorAForward();
 motorBForward();
 delay(time);
}

void backward(int time)
{
 motorABackward();
 motorBBackward();
 delay(time);
}

void turnLeft(int time)
{
 motorABackward();
 motorBForward();
 delay(time);
}

void turnRight(int time)
{
 motorAForward();
 motorBBackward();
 delay(time);
}

void coast(int time)
{
 motorACoast();
 motorBCoast();
 delay(time);
}

void brake(int time)
{
 motorABrake();
 motorBBrake();
 delay(time);
}
//Define low-level H-bridge commands

//enable motors
void motorAOn()
{
 digitalWrite(enableA, HIGH);
}

void motorBOn()
{
 digitalWrite(enableB, HIGH);
}

 //disable motors
void motorAOff()
{
 digitalWrite(enableB, LOW);
}

void motorBOff()
{
 digitalWrite(enableA, LOW);
}

 //motor A controls
void motorAForward()
{
 digitalWrite(pinA1, HIGH);
 digitalWrite(pinA2, LOW);
}

void motorABackward()
{
 digitalWrite(pinA1, LOW);
 digitalWrite(pinA2, HIGH);
}

//motor B controls
void motorBForward()
{
 digitalWrite(pinB1, HIGH);
 digitalWrite(pinB2, LOW);
}

void motorBBackward()
{
 digitalWrite(pinB1, LOW);
 digitalWrite(pinB2, HIGH);
}

//coasting and braking
void motorACoast()
{
 digitalWrite(pinA1, LOW);
 digitalWrite(pinA2, LOW);
}

void motorABrake()
{
 digitalWrite(pinA1, HIGH);
 digitalWrite(pinA2, HIGH);
}

void motorBCoast()
{
 digitalWrite(pinB1, LOW);
 digitalWrite(pinB2, LOW);
}

void motorBBrake()
{
 digitalWrite(pinB1, HIGH);
 digitalWrite(pinB2, HIGH);
}

ถอดสาย USB ระหว่าง Arduino กับ คอมพิวเตอร์ออก และ หาอุปกรณ์ที่สามารถยกตัวรถ 4WD smart car chassis ขึ้นแล้ว ล้อไม่แตะพื้น เพือทดสอบการหมุนของล้อว่าถูกต้องหรือไม่

ใส่ แบตเตอรี่ลิเธียม 18650 จำนวน 2 ก้อน ไปที่ รางถ่าน และ ตรวจสอบขั้วของแบตเตอรี่ ใส่ถุกต้องหรือไม่

โปรแกรมนี้จะทำงานเพียง 1 ครั้ง ถ้าต้องการทดลองใหม่ให้ถอด แบตเตอรี่ออก (หรือ ปิดเปิด สวิทช์ไฟใหม่) แล้วใส่เข้าไปใหม่ เมื่อล้อหมุน ตรวจสอบการหมุน ขอล้อต่างๆถูกต้องหรือไม่ ถ้าต่อวงจรถูกต้อง ล้อ ทั้งสองข้างจะหมุนไปข้างหน้า 1ครั้ง กลับหลัง 1 ครั้ง และ เดินหน้าอีกหนึ่งครั้งแล้วจึงหยุด ถ้าไม่ถูกต้องให้แก้ไข เช่นการต่อขั้วของมอเตอร์ผิด เป็นต้น

ถ้าทุกอย่างถูกต้อง ทดลอง ยกลงวางที่พื้นแล้วทดสอบ อีกครั้ง ถอด แบตเตอรี่ออก (หรือ ปิดเปิด สวิทช์ไฟใหม่) แล้วใส่เข้าไปใหม่ ถ้าทุกอย่างถูกต้อง รถจะเคลื่อนไปข้างหน้า-ถอยหลัง แล้ว เลี้ยวซ้าย แล้ว จึงเลี้ยวขวากลับสู่ตำแหน่งเดิม

NewPing.h  คือไลบรารี่ NewPing เป็น ไลบรารี่ ฟังก์ชัน ที่มีผู้พัฒนาเตรียมพร้อมไว้ให้เราแล้ว โดยให้ไปดาวน์โหลด ไลบรารี่ NewPing ได้ที่

  https://bitbucket.org/teckel12/arduino-new-ping/downloads

จากนั้นทดสอบ หุ่นยนต์หลบสิ่งกีดขวาง ได้โดย  Upload โค้ดนี้ ไปยัง บอร์ด Arduino UNO R3

#include <NewPing.h>

//Tell the Arduino where the sensor is hooked up
NewPing sonar(10, 11);

int enableA = 3;
int pinA1 = 6;
int pinA2 = 7;

int enableB = 5;
int pinB1 = 8;
int pinB2 = 9;

long inches;

void setup() {
pinMode(enableA, OUTPUT);
pinMode(pinA1, OUTPUT);
pinMode(pinA2, OUTPUT);

pinMode(enableB, OUTPUT);
pinMode(pinB1, OUTPUT);
pinMode(pinB2, OUTPUT);
}

void loop() {

//Run the motors at slightly less than full power
analogWrite(enableA, 200);
analogWrite(enableB, 200);

//Ping the sensor and determine the distance in inches
inches = sonar.ping_in();

//If the robot detects an obstacle less than four inches away, it will back up, then turn left; if no obstacle is detected, it will go forward
if (inches < 4) {
analogWrite(enableA, 255);
analogWrite(enableB, 255);
backward(600);
coast(200);
turnLeft(600);
coast(200);}
else {
forward(1);

}
}

//Define high-level H-bridge commands

void enableMotors()
{
motorAOn();
motorBOn();
}

void disableMotors()
{
motorAOff();
motorBOff();
}

void forward(int time)
{
motorAForward();
motorBForward();
delay(time);
}

void backward(int time)
{
motorABackward();
motorBBackward();
delay(time);
}

void turnLeft(int time)
{
motorABackward();
motorBForward();
delay(time);
}

void turnRight(int time)
{
motorAForward();
motorBBackward();
delay(time);
}

void coast(int time)
{
motorACoast();
motorBCoast();
delay(time);
}

void brake(int time)
{
motorABrake();
motorBBrake();
delay(time);
}
//Define low-level H-bridge commands

//enable motors
void motorAOn()
{
digitalWrite(enableA, HIGH);
}

void motorBOn()
{
digitalWrite(enableB, HIGH);
}

//disable motors
void motorAOff()
{
digitalWrite(enableB, LOW);
}

void motorBOff()
{
digitalWrite(enableA, LOW);
}

//motor A controls
void motorAForward()
{
digitalWrite(pinA1, HIGH);
digitalWrite(pinA2, LOW);
}

void motorABackward()
{
digitalWrite(pinA1, LOW);
digitalWrite(pinA2, HIGH);
}

//motor B controls
void motorBForward()
{
digitalWrite(pinB1, HIGH);
digitalWrite(pinB2, LOW);
}

void motorBBackward()
{
digitalWrite(pinB1, LOW);
digitalWrite(pinB2, HIGH);
}

//coasting and braking
void motorACoast()
{
digitalWrite(pinA1, LOW);
digitalWrite(pinA2, LOW);
}

void motorABrake()
{
digitalWrite(pinA1, HIGH);
digitalWrite(pinA2, HIGH);
}

void motorBCoast()
{
digitalWrite(pinB1, LOW);
digitalWrite(pinB2, LOW);
}

void motorBBrake()
{
digitalWrite(pinB1, HIGH);
digitalWrite(pinB2, HIGH);
}

ทดลอง ยกลงวางที่พื้นแล้ว หาสิ่งกีดขวาง ทดสอบ อีกครั้ง จากรถจะกลายเป็น "หุ่นยนต์หลบสิ่งกีดขวาง" ทำงานได้ดีพอสมควรครับ