Arduino Mega2560 基础模块小综合

摘要
以前做过个课题，整个项目是建立在 arduino 上的，但是程序比较乱，现在正好趁这个机会完善一下。

[TOC]

设计目标

通过按钮控制两组十字滑杆上下左右运动，并通过显示器显示实时坐标。

难点

  • LED 显示
  • 总共五个按钮，四个为方向键，另一个切换十字滑杆
  • 步进电机控制

设计方案

– 零部件选型

本装置搭建所需的材料及零部件的选型中十字丝杠滑台、电机及电机驱动器、Arduino 控制板是重点。

十字丝杠滑台的选择主要考虑尺寸问题。为了以后自己搭 3D打印机做准备（已经买了赤兔主板，在研究），就买了400mm×400mm规格的滚珠丝杆滑台。

电机选型主要考虑合适的扭矩，电机驱动器则需要与电机配套，最后选用了 42步进电机及 DM542 电机驱动器。

Arduino 控制板有各种配置，选型时主要考虑针脚数量需求。由于装置预计大约需要15个针脚，超出 Arduino nano、Arduino uno 的针脚数，最终选择了拥有更多针脚的 Arduino Mega 2560 控制板（省事）。

– 硬件连接设计

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按钮控制开关、超声波传感器、LCD液晶屏与Arduino Mega2560单片机的线路连接如图：

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电机驱动器与 Arduino Mega2560 单片机的线路连接如图：

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– 软件设计

软件设计主要是逻辑问题，关于代码，这里展示电机控制部分关键代码。

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//以左侧x方向电机为例，程序如下：
if (Choice_LorR == 0) //Choice_LorR为0时控制左边电机
  {
    //向左按钮按下
    else if (State_B_L == HIGH)
    {
      Serial.println("Left left");
      //            tone(EM_Pulse_common, 8000);
      digitalWrite(EM_enable_M2, HIGH);
      digitalWrite(EM_2_4_dirX_common, HIGH);
      delay(50);
    }

    //向右按钮按下
    else if (State_B_R == HIGH)
    {
      Serial.println("Left right");
      //  tone(EM_Pulse_common,8000);
      digitalWrite(EM_enable_M2, HIGH);
      digitalWrite(EM_2_4_dirX_common, LOW);
      delay(50);
    }
  }

程序完整代码

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#include <SR04.h>  //调用SR04头文件,用于超声波测量
#include <Wire.h>  //用于液晶显示
#include <LiquidCrystal_I2C.h>  //用于液晶显示

//定义Arduino板与4个电机驱动器的连接
#define EM_Pulse_common 7  // 定义电机控制脉冲信号PIN脚，4路电机脉冲信号共用同一个PIN脚
#define EM_1_3_dirY_common 3 //定义两个上下移动电机的上下移动方向控制信号，两路电机方向信号共用一个
PIN脚。电机1为左方上下移动电机,电机3为右方上下移动电机
#define EM_2_4_dirX_common 5 //定义两个左右移动电机的左右移动方向控制信号，两路电机方向信号共用一个PIN脚。电机2为左方左右移动电机,电机4为右方左右移动电机
#define EM_enable_M1 4 // 1号电机enable脚定义
#define EM_enable_M2 6 //  2号电机enable脚定义
#define EM_enable_M3 13 //  3号电机enable脚定义
#define EM_enable_M4 12 //  4号电机enable脚定义

//定义Arduino板操作按钮总开关的连接
#define B_General 2   //左方丝杠十字滑台 vs 右方丝杠十字滑台

//定义Arduino板与上、下、左、右四方向按钮的连接
#define B_U 11  // 向上移动按钮对应的Arduino PIN脚
#define B_D 10  // 向下移动按钮对应的Arduino PIN脚
#define B_L 9   // 向左移动按钮对应的Arduino PIN脚
#define B_R 8   // 向右移动按钮对应的Arduino PIN脚

//以下定义全局变量并初始化
//上下左右按钮状态变量定义
int State_B_U = 0; // 向 上 移动 按钮状态变量定义
int State_B_D = 0; // 向 下 移动 按钮状态变量定义
int State_B_L = 0; // 向 左 移动 按钮状态变量定义
int State_B_R = 0; // 向 右 移动 按钮状态变量定义
bool Choice_LorR = 0; // 总控制按钮状态变量声明

//超声波传感器设置,UV1/2/3/4分别对应左侧Y/X、右侧Y/X位置
const int UV1_TrigPin = A1;
const int UV1_EchoPin = A2;
const int UV2_TrigPin = A3;
const int UV2_EchoPin = A4;
const int UV3_TrigPin = A5;
const int UV3_EchoPin = A6;
const int UV4_TrigPin = A7;
const int UV4_EchoPin = A8;

//定义超声波传感器类变量，分别对应各传感器
// 定义ultrasonic1/2/3/4为4个SR04类变量，分别对应4个超声波传感器，SR04类变量可以调用函数获取超声波位置数据
SR04 ultrasonic1 = SR04(UV1_TrigPin, UV1_EchoPin);  
SR04 ultrasonic2 = SR04(UV2_TrigPin, UV2_EchoPin); 
SR04 ultrasonic3 = SR04(UV3_TrigPin, UV3_EchoPin); 
SR04 ultrasonic4 = SR04(UV4_TrigPin, UV4_EchoPin);  

//液晶屏设置
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4); // 液晶显示地址设置 set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display

void setup() {
   Serial.begin(9600);

  pinMode(B_General, INPUT); // 控制左方滑台电机还是右侧滑台电机
  pinMode(B_U, INPUT); // 向 上 移动
  pinMode(B_D, INPUT); // 向 下 移动
  pinMode(B_L, INPUT); // 向 左 移动
  pinMode(B_R, INPUT); // 向 右 移动

  //Arduino板输出信号定义
  pinMode(EM_1_3_dirY_common, OUTPUT);
  pinMode(EM_2_4_dirX_common, OUTPUT);
  pinMode(EM_enable_M1, OUTPUT);
  pinMode(EM_enable_M2, OUTPUT);
  pinMode(EM_enable_M3, OUTPUT);
  pinMode(EM_enable_M4, OUTPUT);
  pinMode(EM_Pulse_common, OUTPUT);

  //使用起动时候电机不会工作
  digitalWrite(EM_enable_M1, LOW);
  digitalWrite(EM_enable_M2, LOW);
  digitalWrite(EM_enable_M3, LOW);
  digitalWrite(EM_enable_M4, LOW);
  
  //LCD初始化
  lcd.init();   // initialize the lcd
  lcd.backlight();
}

void loop() {
   tone(EM_Pulse_common, 8000);  //电机驱动器控制脉冲设置

  if (digitalRead(B_General) == HIGH) //当按下开关时将切换控制方向，当Choice_LorR=0时控制左侧滑台电机，当Choice_LorR=1时控制右侧滑台电机
  {
    Serial.println("in loop");
    Choice_LorR = !(Choice_LorR);
    Serial.println(Choice_LorR);
    delay(500);
  }

  //读取方向按钮信号
  State_B_U = digitalRead(B_U);
  State_B_D = digitalRead(B_D);
  State_B_L = digitalRead(B_L);
  State_B_R = digitalRead(B_R);

  //左侧滑台电机控制
  if (Choice_LorR == 0) //Choice_LorR为0时控制左边电机
  {
    //向上按钮按下
    if (State_B_U == HIGH)
    {
      Serial.println("Left UP");
      digitalWrite(EM_enable_M1, HIGH);
      Serial.println("after enable");
      digitalWrite(EM_1_3_dirY_common, HIGH);
      delay(50);
    }

    //向下按钮按下
    else if (State_B_D == HIGH)
    {
      Serial.println("Left down");
      //tone(EM_Pulse_common,8000);
      digitalWrite(EM_enable_M1, HIGH);
      digitalWrite(EM_1_3_dirY_common, LOW);
      delay(50);
    }

    //向左按钮按下
    else if (State_B_L == HIGH)
    {
      Serial.println("Left left");
      //            tone(EM_Pulse_common, 8000);
      digitalWrite(EM_enable_M2, HIGH);
      digitalWrite(EM_2_4_dirX_common, HIGH);
      delay(50);
    }

    //向右按钮按下
    else if (State_B_R == HIGH)
    {
      Serial.println("Left right");
      //  tone(EM_Pulse_common,8000);
      digitalWrite(EM_enable_M2, HIGH);
      digitalWrite(EM_2_4_dirX_common, LOW);
      delay(50);
    }
  }
  else
  {
    //向上按钮按下
    if (State_B_U == HIGH)
    {
      Serial.println("Right UP");
      tone(EM_Pulse_common, 8000);
      digitalWrite(EM_enable_M3, HIGH);
      digitalWrite(EM_1_3_dirY_common, HIGH);
      delay(50);
    }

    //向下按钮按下
    else if (State_B_D == HIGH)
    {
      Serial.println("Right down");
      tone(EM_Pulse_common, 8000);
      digitalWrite(EM_enable_M3, HIGH);
      digitalWrite(EM_1_3_dirY_common, LOW);
      delay(50);
    }

    //向左按钮按下
    else if (State_B_L == HIGH)
    {
      Serial.println("Right left");
      //  tone(EM_Pulse_common,8000);
      digitalWrite(EM_enable_M4, HIGH);
      digitalWrite(EM_2_4_dirX_common, LOW);
      delay(50);
    }
    //向右按钮按下
    else if (State_B_R == HIGH)
    {
      Serial.println("Right right");
      //  tone(EM_Pulse_common,8000);
      digitalWrite(EM_enable_M4, HIGH);
      digitalWrite(EM_2_4_dirX_common, HIGH);
      delay(50);
    }
  }
  digitalWrite(EM_enable_M1, LOW);
  digitalWrite(EM_enable_M2, LOW);
  digitalWrite(EM_enable_M3, LOW);
  digitalWrite(EM_enable_M4, LOW);
 
  //使用GetDistance()函数获取当前超声波传感器返回的距离值,并存入变量distance中
  //LCD显示设置，4行分别显示当前位置，单位cm
        float distance_2_Left_X = 440-ultrasonic2.GetDistance() * 10; //左-X  位置
        Serial.println(distance_2_Left_X);
        lcd.setCursor(0, 0);
        lcd.print("Left(mm)");
        lcd.setCursor(11, 0);
        lcd.print("Right(mm)");
      
        lcd.setCursor(0, 1);
        lcd.print("X=");
        lcd.print(distance_2_Left_X, 1); 
      
        float distance_4_Right_X = 450-ultrasonic4.GetDistance()*10; //右-X  位置
        Serial.println(distance_4_Right_X);
        lcd.setCursor(11, 1);
        lcd.print("X=");
        lcd.print(distance_4_Right_X,1);
      
        float distance_1_Left_Y = 65+ultrasonic1.GetDistance()*10; //左-Y  位置
        Serial.println(distance_1_Left_Y);
        lcd.setCursor(0, 2);
        lcd.print("Y=");
        lcd.print(distance_1_Left_Y,1);
      
        float distance_3_Right_Y = 65+ultrasonic3.GetDistance()*10; //右-Y  位置
        Serial.println(distance_3_Right_Y);
        lcd.setCursor(11, 2);
        lcd.print("Y=");
        lcd.print(distance_3_Right_Y,1);
}

过程性图片

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成品展示

image-20210226184032295 电控上下移动1 电控左右移动1 电控上下移动2 电控左右移动2

image-20210226184750611

参考文章:
参考链接

arduino > 单片机
#arduino #单片机
Arduino Mega2560 基础模块小综合
https://wujunyi792.github.io/2021/02/26/arduino基础模块小综合/
作者
Wujunyi
发布于
2021年2月26日
许可协议