入门篇：Arduino蓝牙手套第一部分-基础

本项目的目的是开发一种能够检测出操作员的手和手指方位的设备，以实现机器人的控制。我们将介绍有关电阻和分压器的基础知识。另外，我们还将了解如何通过 I²C 总线从陀螺仪和加速度计获取测量值，以及如何建立 Arduino–PC蓝牙连接。该设备在集成到 Arduino蓝牙手套中之后将会发挥出它的作用。

硬件

• • Arduino UNO
• • 面包板
• • 电位计 0-10kOhm
• • 电阻 10 kOhm
• • IMU 传感器
• • 电线
• • Arduino 无线扩展板
• • Xbee USB 适配器
• • Bluetooth Bee
• • PC 蓝牙适配器
• • USB A-B 数据线
• • 微型 USB 数据线

软件

• • Arduino IDE 1.6.7
• • LabVIEW

工具

• • 万用表

基于Arduino的采集系统配置在用户的每只手上。Arduino开发板通过测量每个电位计的电阻来获取手指弯曲（手指弯折）的信息。在处理了来自惯性测量单元（IMU）的数据后，可以识别出用户手的方位，该单元包括陀螺仪和加速度计。电池和无线数据传输模式使基于 Arduino的采集系统可用作一个可穿戴智能手套。例如，它可以用作手动控制机器人手臂的通用输入设备。

旋转测量

当旋转从手指传递到电位器手柄时，可以通过测量每个电位计的电阻来识别手指的弯曲。可使用分压器来测量电位计电阻。如果想要降低电压并获得某些固定值，可以在电路中使用分压器，由两个或多个电阻组成。

V 是来自Arduino 5V电源的电压； I 是 流经电路的电流； R1是具有固定电阻值的电阻； R2 是具有可变电阻的电位计； V1和V2是电压表。

电压在电阻R1和R2处均产生压降。V1和V2之和为V的值。根据欧姆定律：

用Arduino模拟输入代替V2电压表，以测量电位计的电阻。

int sensorValue;
void setup()
{
  Serial.begin(9600);// initialize serial communication at 9600 bits per second
}

void loop()
{
  sensorValue = analogRead(A0);// read the input on analog pin 0
  Serial.println(sensorValue);// print out the value you read
  delay(100);        // delay in between reads for stability
}

定向测量

惯性测量单元（IMU）是一种可以测量人体比力和角速度的电子设备。通过对角速度的连续积分，我们可以获得安装有IMU传感器的物体的当前方向。

得益于MEMS技术，IMU传感器开始流行并被广泛使用。大多数MEMS IMU传感器利用 I2C协议作为将测量结果发送到控制器的主要方式。

您必须为芯片提供电源（V和G），并将数据和时钟引脚（D和C）连接到相应的数字引脚（SDA和SCL），如图5所示：

通常，来自不同制造商的IMU传感器都会具有相同的结构，即所有的MEMS芯片都连接到 I²C 总线。因此，要从陀螺仪、加速度计和磁力计获取测量值，您将仅使用这两个引脚。

我们这里使用的IMU传感器包含 STMicroelectronics芯片（ L3G4200D和 LIS331DLH ）。如果您使用包含不同MEMS芯片的IMU传感器，可以更改源代码中的地址使其工作。

现在，让我们进行测试程序吧！

您需要下载安装 IMU 库 （点击Github上的“View Raw”来下载 IMU_Sensor.zip ）。

将.ZIP Library 添加到 Arduino IDE（ Sketch >> Include Library >> Add .ZIP Library…）

您将会在 Arduino libraries文件夹中看到 IMU_Sensor库（图8）。现在，我们将使用“#include ”测试IMU传感器。

#include <Wire.h> // Library for I²C
#include <imu.h> // Library for working with IMU modules

Gyroscope gyro; // Create an object to work with Gyroscope

Accelerometer accel; // Create an object to work with Accelerometer

void setup ()
{
Serial.begin (9600); // Open the serial port

Serial.println ("Begin init ..."); // Display a message on the beginning of the initialization

gyro.begin (); // Initialize the gyroscope
accel.begin (); // Initialization of accelerometers
Serial.println ("Init completed"); // Display a message about the successful initialization

Serial.println ("Gyroscope\t\t\tAccelerometer");
}

void loop ()
{
Serial.print (gyro.readX_DegPerSec ()); // Output angular velocity around the axis X
Serial.print ("\t");
Serial.print (gyro.readY_DegPerSec ()); // Output of the angular velocity around the Y axis
Serial.print ("\t");
Serial.print (gyro.readZ_DegPerSec ()); // Output of the angular velocity about the Z axis
Serial.print ("\t\t");

Serial.print (accel.readX_G ()); // Output of the direction and magnitude of acceleration along the X axis
Serial.print ("\t");
Serial.print (accel.readY_G ()); // Output of the direction and magnitude of acceleration along the Y-axis
Serial.print ("\t");
Serial.print (accel.readZ_G ()); // Output of the direction and magnitude of acceleration along the Z axis
Serial.print ("\t\t");

Serial.println ("");
delay (300);
}

无线数据传输

可以使用 Bluetooth Bee（无线蓝牙BT模块）来建立无线连接。 Bluetooth Bee模块带有板载天线。它的作用就像一个透明串行端口，可与各种蓝牙适配器和蓝牙手机配合使用。

为了检查蓝牙模块配置，请将开关置于AT模式。当模块处于AT模式时，用户或主机微控制器可以通过经串行端口发送预定义的AT指令来对其进行配置。在AT模式下，您可以从BT模块获取服务数据并更改某些设置（名称，波特率，奇偶校验和停止位）。

将BT模块和 Xbee适配器堆叠在一起，然后通过微型USB电缆将 Xbee适配器连接到PC。LED灯必须处于打开状态。

启动Arduino IDE，从 Tools >> Serial Port菜单中选择与 Xbee适配器对应的COM端口。

打开 Arduino的串行监视器（ Tools >> Serial Monitor或者Ctrl+Shift+M ）。如果COM端口没有正常显示，请安装 Xbee USB适配器驱动程序。从相应的选项栏中选择“Both NL & CR”、“38400”来更改PC的串行设置，以读取来自 Xbee适配器的信息，或写入需要输入到 Xbee 适配器中的信息。

发送“AT”并接收到“OK”。

发送“AT+UART?”并接收串行设置，如“9600,0,0”。

如果您接收到的串行设置不是“9600,0,0”，那么发送“AT+UART=9600,0,0”指令并接收到“OK”。

关闭串行监视器，断开 Xbee适配器与微型 USB数据线和BT模块的连接。不要忘记向左旋转开关来关闭AT模式。

将 Bluetooth Bee放置在 Arduino无线扩展板上，将 Arduino与USB A-B数据线连接，如图12所示。

完成此步骤后，您将可以使用默认的“我的蓝牙设备”窗口找到您的 Bluetooth Bee。将您的 Bluetooth Bee与默认密码“1234”配对。请注意连接到您的设备的是哪个COM端口，在下一步草图中选择该COM端口。

这是用于测试蓝牙连接的 Arduino草图。（请注意，当将 Bluetooth Bee 安装到 Arduino无线扩展板上时，您将无法启用草图）。

#define LED 13 
int pause = 0;    // variable to store sent value
 
void setup() 
{ 
  pinMode(LED, OUTPUT); 
  Serial.begin(9600);  // open the serial port
} 
 
void loop() 
{ 
  if (Serial.available() > 0) {
    // read incoming serial data:
    String inStr = Serial.readString();
    Serial.println("Get Message:"+inStr);
    pause = inStr.toInt();
    }
  
  digitalWrite(LED, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(pause);              // wait for a second
  digitalWrite(LED, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(pause);              // wait for a second
}

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Ivan Petrov

一名嵌入式系统开发以及自动化领域的工程师。Ivan热衷于通过以移动机器人技术、AI技术和控制理论为基础构建项目来不断挑战自己。