如何利用ADXL335實現(xiàn)手勢控制機器人的設計

該無線控制的機器人汽車使用手勢：手的傾斜/方向來向前、向后、向左或向右行駛。

說到機器人，手勢控制機器人是業(yè)余愛好者和學生在物理和實際項目中理解和實施微控制器知識的最常見的項目類型之一。其背后的概念很簡單：手掌的方向控制機器人汽車的運動。但如果你要問它是怎么做到的？那就得讓我們仔細分解一下。

為了更好地理解，我們將通過了解每個組件的角色和功能，然后將它們組合起來以實現(xiàn)所需的性能。

1. ADXL335（加速度計）

加速度計的功能很簡單：感知手腕的方向。加速度計測量加速度，包括重力加速度“g”。因此，我們可以使用加速度計通過測量 ADXL335 任何特定軸上的“g”分量來感知手腕的方向，如下圖所示：

由于手的傾斜，X 和/或 Y 軸的角度隨垂直方向發(fā)生變化，因此“g”加速度的分量也作用在它們上，這可以被測量并因此指示手的方向。

ADXL335 可以測量高達 3g 的加速度，并通過將其軸引腳連接到 Arduino 的模擬引腳來與 Arduino 接口。加速度計輸出與加速度成比例的電壓值。

在這個項目中，加速度計連接到 Arduino Nano 并附在手掌上。ADXL335 輸出電壓范圍為 0 到 Vcc（施加電壓通常為 3.3V），并由 Arduino 的模擬引腳讀取。因此對于用戶來說，我們得到一個范圍從 0 到 1024（10 位 ADC）的值。不同的方向為每個軸產生不同的模擬值，然后映射到不同的機器人運動。

加速度計的電路圖是：

了解 ADXL335 工作的測試代碼如下：

你可以運行這個程序來查看你的手掌和手腕向前、向后、向左和向右傾斜的值，這些值最終將用于控制機器人。

2. RF-433 發(fā)射器和接收器

RF模塊的功能很簡單：將手腕Arduino Nano的命令數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂艫rduino Uno的電機。RF 模塊使用 433hz 頻率的無線電波，因此命名為 RF-433。它們使用幅度調制來發(fā)送數(shù)據(jù)，但不會涉及太多技術細節(jié)并保持簡單，它們將用于向機器人傳輸命令，即：向前、向后、向右或向左移動。在沒有數(shù)據(jù)的情況下，靜止不動。它們的工作范圍可達 10 米。

現(xiàn)在要了解如何在我們的項目中實現(xiàn)射頻模塊，讓我們依次處理發(fā)射器和接收器電路。

發(fā)射器電路

發(fā)射器電路由兩部分組成：發(fā)射器RF和編碼器HT12E。發(fā)射器由一個數(shù)據(jù)引腳、一個天線、一個接地和電源組成。向發(fā)送器提供數(shù)據(jù)是HT12E編碼器的工作。編碼器由 4 個可以發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)引腳組成。我們將使用這 4 個數(shù)據(jù)引腳來表示四種運動，這些引腳上的高電平將分別表示四種運動之一，所有引腳上的低電平表示靜止。

電路圖如圖所示：

左側引腳（A0-A7）是地址引腳，定義了將交換數(shù)據(jù)的對（具有相同地址的發(fā)送器和接收器將僅共享數(shù)據(jù)）。我們將 A0-A7 設置為 LOW（接地）。

數(shù)據(jù)輸入引腳連接到 Arduino 數(shù)字引腳（在本項目中為 6 到 9），它們將輸出命令數(shù)據(jù)為：

數(shù)字引腳命令（高電平時）

9 前鋒

10 反向

11 左

12 右

我們將根據(jù) ADXL335 的輸入將數(shù)字引腳寫入高電平以執(zhí)行所需的運動。

接收電路

接收器電路與所示的發(fā)射器電路完全相似，但數(shù)據(jù)引腳不是作為 Arduino 的輸出，在這種情況下，它們將被讀取為輸入，以接收 Arduino Uno 的命令并根據(jù)需要運行電機：

為簡化起見，您可以在引腳 17 處將 LED 與 1K 電阻串聯(lián)，而不是如圖所示的復雜電路，以指示與發(fā)射器的正確連接。

3.電機護罩

由于 Adafruit 庫 AFMotor 的可用性，電機護罩是最容易處理的部分，鏈接：- https://github.com/adafruit/Adafruit-Motor-Shield-library

下載并復制 Arduino 庫文件夾中的庫，以便能夠將其包含在程序草圖中。

AFMotor 庫的示例如下所示：

#include
AF_DCMotor motor(4);
//Attach motor wires to point Motor 4 on shield
void setup()
{
Serial.begin(9600);
// set up Serial library at 9600 bps
Serial.println("Motor test!");
// turn on motor
motor.setSpeed(200);
motor.run(RELEASE);
}
void loop()
{
uint8_t i;
Serial.print("tick");
motor.run(FORWARD);
for (i=0; i<255; i++)?
{
motor.setSpeed(i);
delay(10);
}
for (i=255; i!=0; i--)
{
motor.setSpeed(i);
delay(10);
}
Serial.print("tock");
motor.run(BACKWARD);
for (i=0; i<255; i++) {
motor.setSpeed(i);
delay(10);
}
for (i=255; i!=0; i--) {
motor.setSpeed(i);
delay(10);
}
Serial.print("tech");
motor.run(RELEASE);
delay(1000);

4.結合所有部分

最后也是最后一部分包括將上述所有部分組合在一起，形成一個完整的機器人，遵循手的命令！

由于電機屏蔽使用幾乎所有的數(shù)字引腳，我們將使用 Arduino Uno 的模擬引腳來讀取接收器數(shù)據(jù)。最終的電路圖如下所示：

電機屏蔽處理與電機的連接。將 9V 電池連接到屏蔽的電源輸入端。

注意：我個人更喜歡將 2 甚至 3.9V 電池并聯(lián)到屏蔽電源輸入端，以提供足夠的電力來運行所有四個電機。我已將四個電機連接成一組 2（同一側電機并聯(lián)連接在一起，因此只需要電機點 3 和 4 即可運行）。

最終代碼
Arduino Nano：

int x_axis = 0;
int y_axis = 0;
int forward = 9;
int backward = 10;
int right = 11;
int left = 12;
void setup()
{
pinMode(A0, INPUT); //X-Axis
pinMode(A3, OUTPUT); //Y-Axis
pinMode(forward, OUTPUT); //HIGH to move Forward
pinMode(backward, OUTPUT); //HIGH to move Backward
pinMode(right, OUTPUT); //HIGH to move Right
pinMode(left, OUTPUT); //HIGH to move Left
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
x_axis = analogRead(A0);
y_axis = analogRead(A3);
Serial.print(" X = ");
Serial.println(x_axis);
Serial.print(" Y = ");
Serial.println(y_axis);
if (y_axis >= 390)
{
Serial.println("Forward");
digitalWrite(forward, HIGH);
}
else
{
if (y_axis <= 310)
{
Serial.println("BACK");
digitalWrite(backward, HIGH);
}
else
{
if (x_axis >= 380)
{
Serial.println("RIGHT");
digitalWrite(right, HIGH);
}
else
{
if (x_axis <= 320)
{
Serial.println("LEFT");
digitalWrite(left, HIGH);
}
Serial.println(" ");
}
}
}
delay(200);
if (x_axis > 320 && x_axis < 380 && y_axis > 310 && y_axis < 390)
{
digitalWrite(forward, LOW);
digitalWrite(backward, LOW);
digitalWrite(right, LOW);
digitalWrite(left, LOW);
}
}

#include
AF_DCMotor motor_right(3);
AF_DCMotor motor_left(4);
int forward=0;
int backward=0;
int right=0;
int left=0;
void setup()
{
pinMode(A2,INPUT);
pinMode(A3,INPUT);
pinMode(A4,INPUT);
pinMode(A5,INPUT);
Serial.begin(9600);
motor_right.setSpeed(255);
motor_left.setSpeed(255);
motor_right.run(RELEASE);
motor_left.run(RELEASE);
}
void loop()
{
forward=digitalRead(A0);
backward=digitalRead(A1);
right=digitalRead(A2);
left=digitalRead(A3);
if(forward==HIGH)
{
motor_right.run(FORWARD);
motor_left.run(FORWARD);
Serial.println("Forward");
}
if(backward==HIGH)
{
motor_right.run(BACKWARD);
motor_left.run(BACKWARD);
Serial.println("Reverse");
}
if(right==HIGH)
{
motor_right.run(FORWARD);
motor_left.run(RELEASE);
Serial.println("RIGHT");
}
if(left==HIGH)
{
motor_right.run(RELEASE);
motor_left.run(FORWARD);
Serial.println("LEFT");
}
if(left==LOW&&right==LOW&&forward==LOW&&backward==LOW)
{
motor_right.run(RELEASE);
motor_left.run(RELEASE);
}
delay(100);
}

發(fā)射器電路：

加速度計：

完整的全部模塊：