[Arduino/Genuino101 專題] Arduino101 x BLE x MeArm x App Inventor 使用手機藍牙遙控機械手臂

本文將帶領讀者認識Arduino/Genunio101的功能，以及如何使用I2C界面來控制機械手臂MeArm、用BLE(Bluetooth Low Energy)來跟手機溝通，並使用MIT App Inventor來撰寫手機的應用程式來跟控制板溝通。

作者/攝影	袁佑緣
時間	3小時
成本	約1,850（不含101）
難度	* * * * *
材料表	Arduino1011 meArm機械手臂1 伺服馬達控制板PCA96851 3號電池4 3號4入電池盒*1

1.Arduino/Genuino 101 介紹

2015年10月，Arduino與Intel合作發表了一塊名為Arduino/Genuino 101的開發板，使用x86的核心並搭載BLE(Bluetooth Low Energy)以及IMU(Inertial Measurement Unit)，也就是內建加速度感測與陀螺儀，而本次範例將使用101上面的BLE功能，如果想要了解IMU在101上面的應用，可以參考部落格上的另外一篇文章[ Arduino101 專題實作計畫] Arduino101二輪平衡小車DIY

101 的詳細規格介紹

2. Arduino IDE 環境準備

首先請到Arduino的官網下載最新版本的IDE，https://www.arduino.cc/en/Main/Software
以筆者為例，最新的Arduino IDE版本是8.3，Windows使用者如果不想要系統安裝Arduino IDE的話，可以直接點選Windows zip的選項，下載後解壓縮，點選裡面的.exe檔也可以直接執行。

打開Arduino IDE後，我們要來安裝最新的101套件包，因為驅動程式也會包含在裡面，所以不需要在額外安裝囉。請打開Tools -> Board -> Boards Manager，並搜尋101，應該就會有最新版本的Intel Curie Boards跳出來，以筆者為例，最新版本為2.0.2版。

接下來因為我們的101在連接到機械手臂之間，會經過一塊16通道的伺服馬達控制板PCA9685，所以我們必須先下載PCA9685的函式庫才能控制我們的伺服馬達。

請到Adafruit的github上面下載Adafruit-PWM-Servo-Driver-Library。

請點選Download，並將下載後的壓縮檔解壓縮後，放到Arduino資料夾裡面的libraries資料夾裡面。

3.硬體電路

接下來請準備好若干條母對公的杜邦線，以及電池提供額外的電源(6v)，以防驅動機械手臂時電源供應不足，導致101控制板無法正常運作。

完整的電路接線圖如下，基本機械手臂上的四顆伺服馬達只要把接頭正確的接上PCA9685上就行了，PCA9685上面黑色的部份表示接地線，紅色部份表示電源線，黃色則是訊號線，我們可以透過此腳位輸入PWM訊號來控制伺服馬達。

PCA9685接到101的部份只要把SDA、SCL這兩個腳位接起來，好讓101可以透過I2C來跟PCA9685溝通，另外再接上VCC跟GND以提供PCA9685工作時所需的電壓就行了。

接完之後大概就會如下完成圖，因為這塊伺服馬達控制板的關係，所以我們不需要一塊額外的麵包板跟很多條的杜邦線互相接，是不是很方便啊？

4.Arduino 程式設計

請在Arduino IDE 上面完成以下的程式碼。

#include <CurieBLE.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>

#define SERVOMIN  150 
#define SERVOMAX  600 

Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver();

BLEService BLE_serv("19B10010-E8F2-537E-4F6C-D104768A1214");
BLEUnsignedIntCharacteristic BLE_char("19B10011-E8F2-537E-4F6C-D104768A1214", BLERead | BLEWrite);

void setup() 
{
    Serial.begin(9600);
    pwm.begin();
    pwm.setPWMFreq(60);

    BLE.begin();
    BLE.setLocalName("mearm");
    BLE.setAdvertisedService(BLE_serv);
    BLE_serv.addCharacteristic(BLE_char);
    BLE.addService(BLE_serv);
    BLE_char.setValue(0);
    BLE.advertise();

    Serial.println("Waiting for connections...");
}

void loop() {
    BLEDevice central = BLE.central();
    if(central)
    {
        Serial.print("Connected to central");
        Serial.println(central.address());
        while(central.connected())
            if(BLE_char.written())
            {
                int servo_num = BLE_char.value();
                int pulse_len = BLE_char.value();
                pwm.setPWM(servo_num, 0, pulse_len);
            }
        Serial.println("disconnected");
    }
}

程式說明：

以上的程式碼主要會引入兩個函式庫，一個是用來控制馬達的<Adafruit_PWMServoDriver.h>，另一個則是待會要用來跟手機溝通的<CurieBLE.h>，接下來的程式碼就是初始化一個BLE的Service，然後裡面

包一個Characteristic，主要負責來接收手機端傳送過命令。來馬達編號，還有指定的馬達PWM訊號，藉此來操控我們的機械手臂。

在while(central.connected())迴圈當中，101會一直去確認是否有新的訊息送過來，如果有收到訊息，就會把收到的來馬達編號，還有指定的馬達PWM訊號，透過pwm.setPWM(servo_num, 0, pulse_len);來控制指定的伺服馬達，藉此來操控我們的機械手臂。

5.App Inventor 程式設計

App Inventor是一款圖形化的Android App設計界面，只要您有google帳號，就可以直接線上編輯，雲端儲存，還可以打包下載成APK檔，然後傳到手機裡安裝，如果想要知道App Inventor的教學與應用，可以參考App Inventor中文學習網。

接下來我們就要實際動手來寫我們的應用程式了，請先連到MIT App Inventor官網

接下來請新建一個專案，並進到Designer界面，開始進行我們的手機界面佈置。

因為本次專案會用到BLE的元件，所以我們必須用到App Inventor的擴充元件功能，請複製以下的網址http://iot.appinventor.mit.edu/assets/edu.mit.appinventor.ble.aix

並在extension中把BLE元件import進來，如下圖。

接下來請完成以下的元件佈置，其中Slider的最大數值是600，最小數值是150，跟前面Arduino 程式碼裡面定義的一樣，另外Connect按鈕其實是一個清單(而非一般的按鈕元件)，按下去之後可以讓使用者去選取要連哪一個藍牙裝置，最下方有一個scan的按鈕，可以用來掃描新的藍牙裝置，掃描附近的裝置後，app就會自動更新清單中可以連線的裝置列表。