實實務務專專題題報報告告書書

全全向向輪輪自自走走車車的的製製作作與與運運動動控控制制

指 導 老 師：楊基鑫

專題製作學生：

四技電機四乙 廖振宏 BD100078

四技電機四乙 葉士緯 BD100090

中華民國 103 年 12 月 23

修 平 科 技 大 學 電 機 工 程 系 DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

HSIUPING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

摘要

隨著科技日新月異的世界中，科技快速發展，在電影中的機器在未來

可能成真，機器可以替人類做危險和單純的工作，穩定度跟精準度都比人

類優秀，在未來機器變成不可或缺了，而機器還有很大的進步空間這方面

還有很多研發的空間，所以希望用這一次機會了解機器是如何製作和動作

原理，而最近幾年來隨著智慧型手機產業的快速發展，智慧型手機已成為

我們生活中不可或缺的重要工具，所包含的功能也越來越多樣化，隨著網

際網路廣泛的應用以及雲端技術的普遍，使用者除了可以透過電腦，也可

以透過智慧型手機中的應用程式來使用各種不同的雲端功能。專題是希望

透過智慧型手機做為操作端，結合 Arduino 開發板，來達到用手機當操作端

就能使命令指令傳送給藍芽，而藍芽傳送給 Arduino 給電路達到命令。

I

目錄 摘要……………………………………………………………………………....I

目錄…..………………………………………………………..………………..II

圖目錄….……………………………………………………..………………...V

表目錄…..…………………………………………………..………………….IX

第一章 序論

1-1 動機與目的………..…………………………………………………...1

1-2 研究流程……..………………………………………………………...2

1-3 軟、硬體需求..…………………………………………………………2

第二章 全向輪車架構和元件介紹

2-1 全向輪車架構

2-1-1 全向輪自走車實體……..……………………………………………3

2-1-2 系統架構圖………………………………………..…………………4

2-1-3 系統流程圖…………………………………………..………………4

2-1-4 系統功能……………………………………………….. …………...5

2-2 使用軟、硬體元件介紹

2-2-1 Arduino 的介紹……………………………………….. …………….9

2-2-2 藍芽的介紹…………………………………………………………15

II

2-2-3 全向輪的介紹………………………………………………………19

2-2-4 IC 的介紹…………………………………………….......................20

2-2-5 馬達的介紹………………………………………............................21

2-2-6 PWM 的介紹……………………………………………………….22

2-2-7 App inventor 2 的介紹……………….……………………………..22

第三章 操作說明和製作

3-1 Arduino 安裝與設定………………………………………………….27

3-2 Arduino 程式燒入…………………………………………………….29

3-3 藍芽配對與設定……………………………………….. ……………31

3-4 實做工具……………………………………………….. ……………33

3-5 電路板製作…………………………............................. …………….34

3-6 Arduino 程式…………………………............................ ……………36

3-7 App 程式………………………….................................. …………....37

3-8 成果….………………………......................................... …………....40

第四章 結論和參考文獻

4-1 結論…………………………………………………….. ……………44

4-2 未來方向……………………………………………….. ……………44

4-3 參考文獻……………………………………………….. ……………45

III

第五章 作者簡介

5-1 作者…………………….…………………………….……………….47

5-2 工作進度和分配………………………………..…………………….49

5-3 購買材料……………………………………….…….……………….50

IV

圖目錄

圖 1-1 一般車……..……………………………………………………….1

圖 1-2 全向能車[1]………..………………………. …... ………………..1

圖 2-1 外殼圖………..……………………….…………. ………..............3

圖 2-2 自走車圖………..……………………………….…. ……..............3

圖 2-3 系統架構圖………..………………………. …………….………..4

圖 2-4 系統流程圖……………….…..………………………. …………..4

圖 2-5 方向圖………..……………………….…………. ………………..5

圖 2-6 馬達編號圖………..………………………….………. …………..5

圖 2-7 前進………..………………………. ………………….…………..5

圖 2-8 後退………..………………………. …………………….………..6

圖 2-9 右前………..………………………. ………………….…………..6

圖 2-10 左後………..………………………. ………………….…..............7

圖 2-11 左前…………….……..………………………. …………..............7

圖 2-12 右後………..……………….…………………. …………..............8

圖 2-13 原地自轉………..…………………….……………. ……..............8

圖2-14 Arduino uno圖………..………………………….……………….....9

圖 2-15 Arduino UNO板電路圖 ……………………..…………………….9

V

圖 2-16 Arduino軟體介面………….………………………. ……..............11

圖2-17 Arduino uno板介紹圖……………….…………………………….13

圖 2-18藍芽實體圖………………………. …………….…………………17

圖2-19 Arduino與藍芽模組連接位置圖……….…. ..……………………18

圖 2-20 全向輪圖………………………. ……………….. ……………….19

圖 2-21 全向輪和一般輪胎差異………………………………….……….19

圖 2-22 TA7291P 內部圖………………………. …...…... ……………….20

圖 2-23 TA7291P 接點介紹 …………………… …….. ……………….21

圖 2-24 App inventor 2 首頁………………………. ……. ……………….23

圖 2-25 Google登入………………………....……...……. ……………….24

圖 2-26 App inventor 2 Designer 介面………..………. …………………..25

圖 2-27 App inventor Blocks 介面……………………. …………………..26

圖 3-1 Arduino 下載選單圖……………………..……. …………. ………27

圖 3-2裝置設定圖……………………………………….…………………27

圖 3-3 選擇路徑圖…………………………….…….……………………..28

圖 3-4 安裝 USB Driver 圖………………………..…………….…............28

圖 3-5 連接阜選擇圖………………………..………….. …………...........29

圖 3-6Arduino 測試圖………………………..………….. ……………….29

VI

圖 3-7 程式測試圖………………………..……………………….…….…30

圖 3-8 連接阜選擇圖………………………..………….... …………….…30

圖 3-9 測試成功圖…………………………………….…. …………….…31

圖 3-10 藍芽配對圖…………………………………..…. …………….…31

圖 3-11 開啟 App 前圖……………………………….…. …………….…32

圖 3-12 開啟 App 圖………………………………….…. …………….....32

圖 3-13 App 連接藍芽圖……………………………...……………….….32

圖 3-14 App 連接藍芽成功圖………………………..…. …………….…33

圖 3-15 電路板的材料……………………….………….. …………….....34

圖 3-16 繪製電路圖………………………………………………………..34

圖 3-17 完成電路板………………………………………………………..35

圖 3-18 TA7291P 配線圖…………………………….…... ……………….35

圖 3-19 程式流程圖………………………………………………………..36

圖 3-20 主程式部分介紹…………………………………………………..36

圖 3-21 副程式部分舉例介紹………………………........ ……………….37

圖 3-22 操作介面…………………………………………………………..37

圖 3-23 App 藍芽第一部分………………………………………………...38

圖 3-24 App 藍芽第二部分…………………………..….. ………………..38

VII

圖 3-25 App 副程式舉例……………………………….………………….39

圖 3-26 實體向前圖…………………………………………………….….40

圖 3-27 實體向後圖………………………………………………………..40

圖 3-28 實體左前圖………………………………………………………..41

圖 3-29 實體右後圖………………………………………………………..41

圖 3-30 實體右前圖………………………………………………………..42

圖 3-31實體左後圖………………………………………………………...42

圖 3-32 原地自轉圖………………………………………………………..43

VIII

表目錄

表 2-1藍芽模組與UNO板功能/連接表…………….…………….............18

表 2-2馬達正反轉動作…………………………….…….…………...........21

表 2-3使用馬達………………………….…………………………............21

表 2-4 PWM [15] …………….…………………….………………………22

表 3-1全部副程式名稱和功能………………………. ………….…..........39

表 5-1工作進度分配表……………………………….….………………...49

表 5-2預估計畫執行時間表……………….………………….…………...49

IX

第一章 序論 專題是希望透過智慧型手機做為操作端，結合 Arduino 開發板，來達

到用手機當操作端就能使命令指令傳送給藍芽，而藍芽傳送給 Arduino 給電

路達到命令。 1-1 動機與目的

在這科技日新月異發展的今天，智慧型手機的運用越趨普遍，而 app

程式越來越熱門，於是我們在 Arduino 實習中又看到關於 app 的軟體製作，

所以在想如果我們把手機當成遙控器，並且透過藍芽傳輸來與 Arduino 板做

連結遙控電路功能，那我們就能做出很多操控。

一般自走車在進行環境探索時，需固定車頭行走方向，自走車行動就

會受限，因此希望利用全向輪自走車可以不用固定車頭直接往要前進方向

移動

圖 1-1 一般車 圖 1-2 全向能車[1]

1

研究目的：

1.使用程式控制電路達到功能

2.了解 Arduino 程式安裝設置和軟體功能

3.Arduino 的運用

4.電路的製作和機器組裝與結構

5.機器未來發展創新

1-2 研究流程

背景知識與相關研究：先做 Arduino 實習，利用網路資料訊息及書籍探討來

做為研究資訊來源。並且加以統整，還有去尋找相關人員詢問方法及參加

Arduino 相關的研習，了解 Arduino 把可行的做法呈現出來。

研究流程:

1. Arduino 實習

2.了解自走車的程式和無線傳送

3.製作自走車的結構、電路圖和測試和無線傳送

1-3 軟、硬體需求

(一) 硬體需求 : 電腦、Android 手機、Arduino UNO、Arduino Shield、藍芽

模組、ABB 自走車、直流馬達。

(二) 軟體需求 : Android 、USB Driver、Arduino IDE、App inventor 2。

2

第二章 全向輪車架構和元件介紹

2-1 全向輪車架構

2-1-1 全向輪自走車實體

車體架構下面金屬板、馬達和全向輪的連接方式如圖 2-1

圖 2-1 外殼圖

車體架構上面黑色盒子為供應電路的電池盒子(9v)，板子上層為 Arduino 下

層為 IC-TA7291P和藍芽連接的電路板如圖 2-2。

圖 2-2 自走車圖

3

2-1-2 系統架構圖

手機使用 APP 開啟藍芽連接訊號給 Arduino，Arduino 判斷訊號給 IC 達到

自走車運動如圖 2-3。

圖 2-3 系統架構圖

2-1-3 系統流程圖

如果 APP 跟藍芽連接失敗要重新連接，而連接成功之後用 APP 給訊號藉由

藍芽給 Arduino，Arduino判斷有無此訊號副程式，之後給予 IC驅動馬達如

圖 2-4。

圖 2-4 系統流程圖

4

2-1-4 系統功能

以圖 2-6 來對照各移動方向名稱如圖 2-5。

每個輪圈一個編號來解釋，前面輪 1、左邊輪 2、右邊輪 3 如圖 2-6。

圖 2-5 方向圖 圖 2-6 馬達編號圖

直走:2 和 3 馬達啟動運轉往 1 馬達前進，1 馬達停止轉動，1 的全向輪白色

小輪子就會當作輔助輪 。

圖 2-7 前進

5

後退:2 和 3 馬達啟動運轉向 1 馬達反方向前進，1 馬達停止轉動。

圖 2-8 後退

右前:1 和 3 馬達啟動運轉向 2 馬達反方向前進，2 馬達停止轉動。

圖 2-9 右前

6

左後:1 和 3 馬達啟動運轉往 2 馬達前進，2 馬達停止轉動。

圖 2-10 左後

左前:1 和 2 馬達啟動運轉向 3 馬達反方向前進，3 馬達停止轉動。

圖 2-11 左前

7

右後:1 和 2 馬達啟動運轉往 3 馬達前進，3 馬達停止轉動。

圖 2-12 右後

原地正轉: 123 馬達都啟動，能選擇往左或往右

圖 2-13 原地自轉

進行訊號控制:

從 app 按下按鈕時，由手機藍芽傳送訊息給 Arduino 端藍芽，藍芽接受訊息

後，再由藍芽上 TX 點線連 ArduinoRX 點透過藍芽傳送訊息給 Arduino，接

收訊息後 Arduino 會分析訊息，開啟訊息要執行的副程式指令讓馬達轉動。

8

2-2 使用軟、硬體元件介紹

2-2-1 Arduino 的介紹

本次專題所使用的 Arduino 硬體(詳細介紹 P13)如圖 2-14

圖 2-14 Arduino uno 圖[2]

Arduino uno 的配線電路如圖 2-15。

圖 2-15 Arduino UNO 板電路圖[3]

9

Massimo Banzi 之前是義大利 Ivrea 一家高科技設計學校的老師，他

的學生們經常抱怨找不到便宜好用的微處理機控制器。西元 2005 年，

Massimo Banzi 跟 David Cuartielles 討論了這個問題，David Cuartielles 是

一個西班牙籍晶片工程師，當時是這所學校的訪問學者。兩人討論之後，

決定自己設計電路板，並引入了 Banzi 的學生 David Mellis 為電路板設計

開發用的語言。兩天以後，David Mellis 就寫出了程式碼。又過了幾天，電

路板就完工了。於是他們將這塊電路板命名為『Arduino』。當初 Arduino 設

計的觀點，就是希望針對『不懂電腦語言的族群』，也能用 Arduino 做出很

酷的東西[4]，例如：對感測器作出回應、閃爍燈光、控制馬達…等等。

Arduino 的特色

不僅軟體是開放源碼，連硬體也是一樣開放的，開發軟體用的 IDE 可

以免費下載，以及電路設計圖也是可以從網路上面下載下來。由於 Arduino

的開放，很多人都樂於分享他們的作品。在購買的價格上面也是很便宜，

有興趣的人都可以花一筆小錢買到。

10

Arduino 的軟體介面與基本架構函數式

圖 2-16 Arduino 軟體介面

1 Verify 按鈕，進行編譯、驗證看看程式有沒有問題。

2 Upload 按鈕進行上傳，指從電腦把程式傳到 Arduino 板子裡。

3 New 開啟一張新頁。

4 Open 開啟儲存過的程式檔。

5 Save 儲存現在的程式。

6 Serial Monitor 點後會跳出視窗，為顯示回傳的資料跟傳輸資料出去。

7.為 USB 傳輸線傳輸的 COM 可用 Tools->Serial Port 修改 COM。

11

基本程式架構

宣告各變數型態<----於程式一開始宣告需要的變數與資料型態

列出需要的函數庫和變數

void setup() {

當啟動時設定參數(pin 點 out.in、 鮑率等)

} void loop() {

當啟動後會一直執行的動作

}

基本函數式

pinmode() 設定輸入輸出的腳

digitalWrite() 設定數位輸出的 high/low

digitalRead() 讀取數位輸出的狀態

analogRead() 讀取類比輸出的值

delay() 延遲

Serial.begin() 設定鮑率，使用串列傳輸

Serial.print() 送資料到電腦

Serial.println() 送資料到電腦，並換行

Serial.read() 從電腦讀資料[5]

12

Arduino UNO 板

UNO 是一個普遍的 Arduino 板只有基本配製，跟其他 Arduino 板比沒有

特殊配製，UNO 板子相比並沒有很大的變動，基本上都一樣。可使用 ICSP

燒入器，將啟動程式燒入 IC 晶片，UNO 能簡單與各式各樣的電子元件連

接，例如 LED 燈、喇叭、馬達、開關、溫濕度感測器、紅外線發射與接

收器、LCD 顯示裝置，以及 Ethernet、WiFi、XBee、Bluetooth…等各種通

訊模組。再配合撰寫一些程式，能利用 Arduino 做出各式各樣的控制應用

[6]，例如利用溫度感測器控制風扇的運轉、使用可變電阻控制燈光的明暗、

控制馬達的轉速，以及製作自走車…等。

圖 2-17 Arduino uno 板介紹圖[6]

13

MCU:

UNO 的心臟，等同電腦的 CPU，主要功能是利用寫在 MCU 內的軟體，去

控制週邊 IO 動作。

USB (Data+PWR):

支援 USB 接頭傳輸資料，還可以提供 5V 給電源使用。

USB to UART converter:

電腦訊息透過USB訊號轉成 UART (TX/RX) 再送給MCU。主要使用 upload

code 到 MCU

Digital I/O:

數位的輸入輸出埠，MCU 藉由這 14 支數位腳去讀數位值。TX->1 = 電腦

訊息傳遞到 UNO。RX<-0 = UNO 訊息傳遞到電腦。

Analog input:

類比的輸入，MCU 可藉由這 6 支數位腳，讀取類比的值並轉成數位值

(ADC)。

Reset button:

可以重置 MCU 的動作。

PWR on LED:

當 USB or DC-in 的電壓進來會亮起。

16MHz X'Tal(石英晶體單元):

用於 USB to UART converter 和 MCU 工作用的 Clock。

Debug LED:

利用數位腳第 13 支控制這顆 LED 亮或暗，用於寫 code 時 debug 使用。

TX/RX LED:

14

upload code 進到 MCU 時，這兩顆 LED 會同時跟著閃爍。

Fuse:

USB 的+5V 端的保險絲。

7~12V DC-in:

可以外接電源，輸入電壓必須在 7V~12V。

5V LDO:

7V~12V 的 DC-in 轉成 5V 供電給板子。

3.3V LDO:

5V 轉成 3.3V，主要是提供 PWR 功能上的 3.3V 提供外部電路使用。

PWR function:

Vin = 可外接 7V~12V 電源，5V、3.3V = 提供外部電路使用，GND、GND

= 接地接腳，RESET = 短路時會重置 MCU。

Compare Circuit:

當同時插著 USB 還有 DC-in 的時，電路會自動切斷 USB 的 5V 來源。[6]

2-2-2 藍芽的介紹

易利信在 1994 年成立一個研發無線通訊標準的專案，主要是發展一種

低功率的無線電介面，以取代原有行動電話與其週邊附件（手機，PC 卡，

桌面設備）間繁雜的連接問題。 1998 年 2 月由易利信、諾基亞、IBM、

英特爾及東芝等含蓋了通信、電子、電腦三大領域的五大廠商，共同成立

一個專門的研究小組 SIG18，共同發展此種低功率、短距離的無線電通信

技術，將這種新的無線電通信技術命名為「藍芽」。[7]

15

藍芽的應用

是一種共通的標準，無論是通訊、資訊、媒體（消費性電子）等可攜

式終端機，都可以使用一種語言，彼此自由溝通相互傳送資訊。[8]一般使

用者最常使用藍芽的方式，大部分在使用手機時、藍芽耳機、無線麥克風、

鍵盤、滑鼠、喇叭等等也可以使用藍芽。藍芽比一般傳統式紅外線傳輸更

快，且不用一直線對準兩個傳輸埠就可以連接。藍芽科技在傳輸方面的好

處就是，它能夠允許兩個裝置，不需排成一直線的狀態下，還能夠以無線

的方式傳送資料。

藍芽的特性

藍芽技術是一種小範圍的無線電頻率技術，裝置間透過晶片可互相溝

通，不必再透過纜線傳輸。與藍芽對比的紅外線，其傳輸的距離短、且受

方向限制，藍芽應用的層面在行動電話、PDA(掌上型電腦)、電腦及其相關

產品上。

藍芽主要特點如下：

1.操作頻段：2.4GHz 工業、科學、醫療頻段。

2.可及範圍十公分到一百公尺。

3.使用跳頻展頻技術 FHSS。

4.最高可支援八個連結埠。

16

5.可以超越紅外線傳輸埠的限制，需要傳輸端與接收端面對面一直線的傳

輸。

6.支援同步和非同步傳輸模式，易與 TCP/IP 整合成網路。[9]

藍芽模組介紹

至今手機跟電腦都有藍芽配備，如果有藍芽通訊的模組，便可以跟手

機藍芽連結做各種應用。藍芽模組分成主機和從機，主機是主動搜尋的，

從機是被搜尋的。這次使用從機模組，從機模組之間不能連接，因此我們

使用手機藍芽連接藍芽模組到 UNO 板，藍芽模組範圍大約 10 米內無線傳

輸通信。

圖 2-18 藍芽實體圖[10]

17

表 2-1 藍芽模組與 UNO 板功能/連接表

藍芽腳位

UNO 備註

輸入電壓 3.6V~6V VCC 5V

電源請勿接錯

輸入電壓 3.3V~5V 3V3 3.3V

電源請勿接錯

接地(GND) GND GND

電源請勿接錯

N.C 無 無 空接點

資料輸入至藍芽 RXD TXD

資料由藍芽輸出 TXD RXD

圖 2-19 Arduino 與藍芽模組連接位置圖

18

2-2-3 全向輪介紹

1973 年，, 瑞士 Bengt 一位發明家在一家名為 Mecanum 的公司，發明

了一種可以任意自由移動方向的輪子，他的構想是在一個環圈中固定一些

自由滾子，這些自由滾子與滾動軸心成 45°配置，這種奇怪的外型配置，

可以輪子不只在垂直軸新的方向運動，同時也可以在+45° ~ -45°的方向上運

動。利用全向輪 360°運動特性所設計輪形自走車。[11]

圖 2-20 全向輪圖

圖 2-21 全向輪和一般輪胎差異

19

2-2-4 IC 介紹

第一個積體電路雛形是由傑克·基爾比於 1958 年完成的，其中包括一個

雙極性電晶體，三個電阻和一個電容器，相較於現今科技的尺寸來講，體

積相當龐大。積體電路 integrated circuit、 IC、或稱微電路 microcircuit、微

晶片 microchip、晶片 chip,是一種把電路（主要包括半導體裝置，也包括被

動元件等）小型化的方式，並通常製造在半導體晶圓表面上。[12]IC 對於

離散電晶體有兩個主要優勢：成本和效能。成本低是由於晶片把所有的元

件透過照相平版技術，作為一個單位印刷，而不是在一個時間只製作一個

電晶體。效能高是由於元件快速開關，消耗更低能量，因為元件很小且彼

此靠近。[12]

IC-TA7291P

圖 2-22 TA7291P 內部圖[13]

20

圖 2-23 TA7291P 接點介紹 表 2-2 馬達正反轉動作[13]

2-2-5 馬達介紹

表 2-3 使用馬達

PHOTONIC 直流馬達(含減

速齒)輪[14]

主體直徑 35mm

接點間距 17.5mm

輸出功率 Min 5W

轉 速 400 rpm

最高電壓 12V

21

2-2-6 PWM 介紹表 2-4 PWM [15]

將類比信號轉換為脈波，轉換後脈波

的週期固定，但脈波的占空比會依類

比信號的大小而改變進而變轉速。

為何用 PWM?

實驗過使用 OP 來調整電壓，但沒有

在 OP 正常放大範圍電壓會減少或增

加無法精準調整，而使用 PWM 可以

有效固定調整電壓。

2-2-7 App inventor 2 介紹

App inventor 是起先由 Google 提供的應用軟體，現在由麻省理工學院

所維護及運營。它可以讓任何熟悉或不熟悉程序設計的人來創造基於

Android 作業系統的應用軟體，從開發工具、模擬器、實機測試等一路上所

需使用的軟體均可免費取得，自由測試。，它就可以在許多手機設備上運

行。2010 年 7 月 12 日這應用軟體運行，2010 年 12 月 15 日對公眾開放。

2011 年 12 月 31 日谷歌終止了這應用開發者軟體。現在 MIT 中心手機學習

部門支持運營這個應用軟體，名字改為「MIT 應用開發者」。應用開發者

團隊是由哈爾·阿伯爾森領導。[16]

22

App inventor 2 的特性

它使用圖形化界面，這樣使用者可以拖放圖形對象來創造一個運行在

安卓系統上的應用，但 ios 系統不相容不能使用。App inventor 功能跟 Eclipse

等正統撰寫 App 程式相比當然差很多，但對於讓剛了解 App 或不會使用撰

寫程式的人，想使用簡單的 App 功能 App inventor 就是個好選擇，使用者

只要熟悉介面能連接自己程式結構，之後用 QR 扣或下載就能使用程式。

1. 免費使用，使用時只需要 Goolge 帳號只要電腦能登錄就能開啟。

2. 自動儲存能用 QR 扣或下載。

3. 使用圖形化界面。

App inventor 2 的介面

http://appinventor.mit.edu/explore/tutorial-version/app-inventor-2.html

1. 剛開始到 App inventor 2 首頁點之後點擊右上角 Create 進入登入介面。

2. 進入 Google 登入介面輸入帳密就能進入 App inventor 2。

圖 2-24 App inventor 2 首頁[17]

23

圖 2-25 Google 登入

App inventor 2 使用介面是使用圖形化界面，下圖就是介面是用來製作 App

的 Designer 介面

1. 放置各元件的地方，有按鈕、顯示、圖片、幾 x 幾等等，把需要的元件

拖曳到 2.再放開。

2. 螢幕介面顯示的地方可以看到製作出的螢幕狀況。

3. 放置到 2.後會顯示元件的名稱和在哪一個區塊可以更改元件名稱或刪

除。

4. 顯示點擊 3. 一個元件的細步資料可以更改元件。

5. 在右上角的 Blocks 點擊後就會到程式介面，製作螢幕介面點擊後程式的

命令。

24

圖 2-26 App inventor 2 Designer 介面[17]

下圖就是介面是用來製作 App 的 Blocks 介面

1. 放置各建立元件的區塊，點擊後會出現區塊，把需要的元件拖曳到 2.再

放開

2 程式顯示的地方可以看到製作出的程式狀況。.

3. 放置到 2.後會顯示程式有沒有問題。

4. 放置在 2.的程式如果要刪除按住移到 4.

5.在右上角的 Designer 點擊後就會到螢幕介面，製作螢幕介面。

25

圖 2-27 App inventor Blocks 介面[17]

26

第 3 章 操作說明和製作 3-1 Arduino 安裝與設定

首先到 Arduino 官方網站找適合你電腦的作業系統並下載程式，下載完之後

直接安裝，如圖 3-1。

圖 3-1 Arduino 下載選單圖

接著把你的 UNO 板上的 USB(Data+PWR)接上電腦，這時候你的電腦應該

搜尋不到 Arduino 的 USB Driver。沒關係下載 Arduino IDE 時，連帶 USB

Driver 一起下載了，如圖 3-2。

圖 3-2 裝置設定圖

27

這時候打開電腦管理的裝置管理員(開始->電腦->右鍵內容->裝置管理員)查

看，基本上會看到無法辨識的裝置。接著在無法辨識的裝置上點選右鍵內

容，點選更新驅動程式，再點選瀏覽選擇路徑，路徑位置在安裝 Arduino

時的資料夾內的 drivers，如圖 3-3。

圖 3-3 選擇路徑圖

瀏覽完畢後，就能順利的安裝 USB Driver，如圖 3-4。

圖 3-4 安裝 USB Driver 圖

28

安裝 USB Driver 完成後，可以打開電腦管理(開始->電腦->右鍵內容->裝置

管理員->連接埠)的裝置管理員檢查是否正確出現 USB Serial

Port(COM21)，如圖 3-5。

圖 3-5 連接阜選擇圖

3-2 Arduino 程式燒入

首先使用傳輸線將自走車與電腦連接，開啟 Arduino 進入程式畫面，點選打

勾(Verify)檢查程式是否正常運行，如圖 3-6。

圖 3-6Arduino 測試圖

29

在紅色框框裡輸入代號測試程式是否能夠讓自走車運行，如圖 3-7。

圖 3-7 程式測試圖

完成測試之後，將程式燒入自走車。

點選 Tools > Serial Port > COM (選擇連接阜)，如圖 3-8。

圖 3-8 連接阜選擇圖

按下→(Upload)將程式燒入自走車，完成下方會顯示 Done uploading，如圖

3-9。

30

圖 3-9 測試成功圖

3-3 藍芽配對與設定

完成燒入後，將藍芽模組接上自走車，腳位 VCC 接 3.3V、GND 接

GND、RXD 接 TX、TXD 接 RX。接腳正確後，藍芽模組會不停的閃爍紅

燈。如果手機跟藍芽模組連接恆亮。

此時使用手機開啟藍芽搜尋自走車上的藍芽模組並做配對如圖 3-10。

圖 3-10 藍芽配對圖

31

之後開啟 App 如圖 3-12。

圖 3-11 開啟 App 前圖

圖 3-12 開啟 App 圖

圖 3-13 App 連接藍芽圖

32

圖 3-14 App 連接藍芽成功圖

3-4 實做工具

(一) 硬體 : 電腦一台、智慧手機一台、自走車一台、

Arduino UNO 一塊、藍芽從機模組一塊。

(二) 作業系統 : Windows7、AndroidIDE。

(三) 通訊設備: Bluetooth。

(四) 程式開發環境 : APP inventor 2、Arduino IDE。

(五)焊槍、焊槍架、海綿、萬用鉗、斜口鉗、尖嘴鉗、銲錫、鐵線

33

3-5 電路板製作 1.電路板的材料有 9V 揷頭、30X30 電路板，40P 母接點、電源公接點、電源 母接點、單心線、TA7291PX3，完成後如圖 3-17。

圖 3-15 電路板的材料

2.繪製電路圖

為電路圖正反面橫向為 TA7291P 接點，旁邊直向為 Arduino 連接訊號接點、

右下角為藍芽放置接點如圖 3-16。

圖 3-16 繪製電路圖

34

3.完成電路板

圖 3-17 完成電路板

IC-TA7291P 跟電路板、馬達、電池和 Arduino 連接方式如圖 3-18。

圖 3-18 TA7291P 配線圖

35

3-6 Arduino 程式

主程式在接收到代表其中一個副程式的信號，進入到副程式執行動作

當在副程式接收到新信號就會回主程式解讀信號。

圖 3-19 程式流程圖

圖 3-20 主程式部分介紹

36

圖 3-21 副程式部分舉例介紹

3-7 App 程式

圖 3-22 操作介面

37

第一列為連結藍芽的開關

第二列為藍芽連線狀態

第 3~6 列為操控車子

第七列為操控速度

(1) App 藍芽第一部分

圖 3-23 App 藍芽第一部分

(2) App 藍芽第二部分

圖 3-24 App 藍芽第二部分

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(3) App 副程式舉例

圖 3-25 App 副程式舉例

表 3-1 全部副程式名稱和功能

副程式名稱 副程式功能 副程式名稱 副程式功能

forward 前進 backwardtrunRi

ght 右後

trunLeft 左自轉 stopp

電壓 0

trunRight 右自轉 VVV

判斷目前電壓

backward 後退 v0

停

Bestop 停 V5

慢

forwardtrunLeft 左前 V7

中

forwardtrunRight 右前 V9

快

backwardtrunLeft 左後

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3-8 成果

移動方向

使用影片截圖，由地板紅色十字線看出車向前移動如圖 3-26

圖 3-26 實體向前圖

使用影片截圖，由地板紅色十字線看出車向後移動如圖 3-27

圖 3-27 實體向後圖

40

使用影片截圖，由地板紅色十字線看出車向左前移動如圖 3-28

圖 3-28 實體左前圖

使用影片截圖，由地板紅色十字線看出車向右後移動如圖 3-29

圖 3-29 實體右後圖

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使用影片截圖，由地板紅色十字線看出車向右前移動如圖 3-30

圖 3-30 實體右前圖

使用影片截圖，由地板紅色十字線看出車向左後移動如圖 3-31

圖 3-31 實體左後圖

42

圖 3-32 原地自轉圖

速度

使用 50 公分=半公尺來測量，分別計算慢、中、快三個動作狀態下多快移

動半公尺，而時間使用小數點一位四捨五入。

慢速 10 秒 =5cm/sec

中速 6 秒 =8.3 cm/sec

快速 4 秒 =12.5 cm/sec

43

第四章 結論 4-1 結論

實驗結果自走車可以控制往八個動作，變速可以有停、慢、中、快四個動

作，共 12 動作狀態訊息由藍芽接收 App 信號。

我們的專題研究是結合了電子電路，使用 Arduino 製作程式碼使其自走車得

以操控，並且結合了目前幾乎人人都有的智慧型手機做結合，來完成一台

能夠操控的自走車，其中也許多困難與挫折，如一開始測試 IC 和 PWM 的

定義、和繪畫電路圖和程式加入變速時，經過了許多測試並且從中不斷的

除錯與更改才得以完成此專題，雖然還有些問題可以改進，例如電池的消

耗太快如果可以更換成行動電源電量大又可重覆使用，而馬達是用現有的

因為天生轉速有差異會造成方向偏移，未來希望更換或其他辦法。

4-2 未來方向

1. 自動化工廠全向輪搬運車:

工廠隨著科技慢慢趨向自動化，有許多設備慢慢再減少人力，機器人取代

或協助人類工作 ，希望自走車製作成自動化搬運車，延著地面上由黑色膠

帶所佈置之軌道進行移動，並在脫離軌道路線時會經由紅外線感測器發出

的信號來修正行進方向，來達成自動運送工廠貨物並能判斷最快速路徑。

2.探勘偵查車: 希望自走車上可以增加類似機械手臂的物品，增加遠距離能

44

看到畫面，達成在遠距離可以之到狀況。

4-3 參考文獻

[1]全向輪行走示意圖

http://designer.mech.yzu.edu.tw/articlesystem/article/compressedfile/(2009-07-17)%20%E4%BB%A5pic_Server%20V3X%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%85%A8%E5%90%91%E8%BC%AA%E5%B9%B3%E5%8F%B0.aspx?ArchID=973

[2] Arduino uno 圖

http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno

[3]Arduino UNO 板電路圖

http://arduino.cc/en/uploads/Main/arduino-uno-schematic.pdf

[4]Arduino 作者

http://zh.wikipedia.org/wiki/Arduino

[5]飆機器人 abb car 書

[6]零件位置圖和對應的功能方塊

http://lostlink.pixnet.net/blog/post/37806184

[7]藍芽

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%97%8D%E7%89%99

[8]藍芽應用

http://www.vectronix.com.tw/front/bin/ptlist.phtml?Category=265923

45

[9]藍芽特性

http://www.shs.edu.tw/works/essay/2009/11/2009111500244012.pdf

[10] 藍芽實體圖

http://www.lipoly.de/index.php?main_page=product_info&products_id=165270

[11]全向輪

http://www.zhihu.com/question/20707593

[12]積體電路

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%86%E6%88%90%E7%94%B5%E8%B7%AF [13]TA7291P,TA7291S,TA7291F http://www.electronicaestudio.com/docs/1437_2_4025.pdf

[14] 馬達

http://ir.hust.edu.tw/bitstream/310993100/2514/1/%E5%85%A8%E6%96%87.pdf

[15] PWM 圖

http://az.wikipedia.org/wiki/Kodlar [16] App inventor 2 http://zh.wikipedia.org/wiki/Android%E5%BA%94%E7%94%A8%E5%BC%80%E5%8F%91%E8%80%85

[17] App inventor 2 首頁

http://appinventor.mit.edu/explore/tutorial-version/app-inventor-2.html

46

第五章作者簡介 5-1 作者

47

姓名 葉士緯

性別 男 血型 B

生日 82/5/28 電話 0912167488

E-mail wesley40127@yahoo.com.tw

住址 台中市太平區中山路三段 25 巷 59 弄 8 號

學歷

修平科技大學-電機工程系

埔里高級工業職業學校-電機科

台中市新光國民中學

班級幹部 環保股長(大一 ~ 大二)

副班代(大三)

專業證照

中華民國技術士證 - 工業電子(丙級)

中華民國技術士證 - 儀表電子(乙級)

台灣嵌入式暨單晶片系統發展協會 - 實用級

中華民國商業職業教育學會 - 英語能力 Level 4

在校成績排名

100 學年度第二學期 - 系排第三名

101 學年度第一學期 - 系排第一名

102 學年度第一學期 - 系排第二名

102 學年度第二學期 - 系排第一名

48

5-2 工作進度和分配

表 5-1 工作進度分配表

姓名 工作項目

組長 廖振宏

BD100078

相關資料查詢以及彙整、硬體製作、IC 和馬達

實習測試 、arduino 程式、APP 程式、口試報告、

PPT 製作、專題書製作

組員 葉士緯

BD100090

硬體製作、op 實習測試、口試報告、PPT 製作

表 5-2 預估計畫執行時間表

1-4 月 5-6 月 7-8 月 9 月 10 月 11 月 12 月

Arduino 實習與

了解

收集資料

購買材料

實驗/操作

機器軟/硬體建

構

49

收集資料

資料整理

整理成果報

告

5-3 購買零件 30X30 板 X5=50 零件不需花費額外經費 40P 母接點 X5=200 Arduino unoX1 40P 公接點 X3=24 A7291PX6 電源公接點 X20=20 12v 直流馬達 X3 電源母接點 X20=20 電路線 X2=20 線壓接接點 X20=10 線接點 X20=10 雙母接頭線 X1=100 裸鐵線 X2=20 長銅柱 X8=24 短銅柱 X4=24 魔鬼氈 X1=50 9V 電池盒 X3=30

50