手把手教你做蓝牙小车（三）
第6节 马达
要说蓝牙小车哪个模块最重要，多数人一定会以为是马达。
之前说过，为了防止开发板被电流击穿，控制马达时要增加一块扩展板。
所以，控制马达，只对扩展板，而不需要对马达编程。
此外，扩展板厂家会提供通过扩展板控制马达的代码。
综上，对开发人员来说，马达，只要确认存在就可以了。
6.1 扩展板
Arduino开发板只提供了一些基础、通用的接口，针对一些常见的特殊功能，Arduino专门为其推出了扩展板。
6.1.1 官方扩展板
Arduino官方目前总共推出了5款扩展板。
其中的Arduino Motor Shield就是专为马达设计的扩展板。
6.1.2 第三方扩展板
Arduino是开放平台，所以有不少第三方设计者为Arduino设计扩展板。
我们今天要使用的是下面这款双L293D芯片的马达扩展板。
作为一个软件程序员，我们只需要知道L293D是一种&H桥电机驱动器&就足够了。
如果你还有更多好奇心，可以参看L293D的文件
之所以选择这块马达扩展板，而没有选择官方推出的扩展板。
一个原因是这块扩展板有两个L293D，它支持同时控制四个车轮。四轮驱动，好牛X的感觉:)
另一个原因是这个开发板便宜。
6.2 马达和车轮
马达采用比较常见的这种
车轮只要能和马达匹配就行
因为不会针对这两个设备编程，所以没有太多要求。
6.3 代码分析
厂家提供了一些扩展板相关的代码，我把相关的三个文件打包放在方便大家。
6.3.1 扩展板库文件
下载解压后，打开MotorTest目录，可以看到三个文件。
AFMotor.cpp，AFMotor.h是扩展板的库文件。
Arduino有两种方法使用库文件。
第一种方法是把它们加入Arduino库文件目录中。
把库文件打成zip包，直接打包文件或放在目录下打包都可以。
选择&菜单 项目-&加载库-&添加一个.ZIP库&，文件就被加到了&c:\Users\UserName\Documents\Arduino\libraries\&目录。
所以你也可以直接拷贝这两个文件到以上目录下。
第二种方法是把这两个文件和使用他们的ino文件放在一起。
使用时根据相对路径调用库文件。
所有arduino模块，厂家都会提供库文件，这个库文件相当于sdk。
大多数时候，我们不需要了解它的详细实现过程，只要知道它提供哪些接口，怎么使用就可以了。
6.3.2 扩展板测试程序
MotorTest.ino是这款马达扩展板的演示程序。
我们需要详细了解这个文件。
6.3.2.1 引用头文件
如果你没把AFMotor.h放在arduino库文件目录下，这里要改成&&引用头文件。
6.3.2.2 生成马达对象
从这张图中可以看到，这款开发板可以控制的四个马达，接口分别被标注为M1、M2、M3、M4。
AF_DCMotor motor(4);
生成一个控制M4号马达的对象。
6.3.2.3 设置马达速度
motor.setSpeed(200);
从函数名判断是设置马达的速度，代码理解到这个程度就足够了。
当然，如果你非常有好奇心，我还是有必要满足一下。
看看setSpeed函数的实现：
void AF_DCMotor::setSpeed(uint8_t speed) {
switch (motornum) {
setPWM1(speed);
setPWM2(speed);
setPWM3(speed);
setPWM4(speed);
我们传入的参数是200，即speed=200。
初始化AF_DCMotor对象时，指定了M4号马达，此处的motornum等于4。
setSpeed最终执行的是case 4: setPWM4(200);。
再看看setPWM4函数的实现：
inline void setPWM4(uint8_t s) {
#if defined(__AVR_ATmega8__) || \
defined(__AVR_ATmega48__) || \
defined(__AVR_ATmega88__) || \
defined(__AVR_ATmega168__) || \
defined(__AVR_ATmega328P__)
// use PWM from timer0A on PB3 (Arduino pin #6)
#elif defined(__AVR_ATmega1280__) || defined(__AVR_ATmega2560__)
// on arduino mega, pin 6 is now PH3 (OC4A)
#elif defined(__PIC32MX__)
// Set the OC2 (pin 5) PMW duty cycle from 0 to 255
#error &This chip is not supported!&
我手头这块Mega板对应的宏定义是__AVR_ATmega2560__，即执行了代码OCR3A =。
你如果不确定哪个宏定义对应你的开发板，可以用这个方法。
每一个#if下都胡乱写一些代码，不相同即可。
inline void setPWM4(uint8_t s) {
#if defined(__AVR_ATmega8__) || \
defined(__AVR_ATmega48__) || \
defined(__AVR_ATmega88__) || \
defined(__AVR_ATmega168__) || \
defined(__AVR_ATmega328P__)
// use PWM from timer0A on PB3 (Arduino pin #6)
#elif defined(__AVR_ATmega1280__) || defined(__AVR_ATmega2560__)
// on arduino mega, pin 6 is now PH3 (OC4A)
#elif defined(__PIC32MX__)
// Set the OC2 (pin 5) PMW duty cycle from 0 to 255
#error &This chip is not supported!&
编译一下，编译器会告诉你某行代码出错了。我这里提示def出错了。
我就确定我的开发板对应的是__AVR_ATmega1280__或defined(__AVR_ATmega2560__。
OCR3A = s这行代码做了什么？简单说，就是告诉Arduino，输出电压按时间分成255份，s份输出1，其他的输出0。
OCR3A = 200就是200份输出1，55份输出0。整体看，Arduino就输出了一个5(v)*200/255~=4(v)的电压。
还不满意我这个解释？
那就自己学习和两篇文档。
6.3.2.4 马达初始状态设置为停止
motor.run(RELEASE);
先看看RELEASE的定义,在AFMotor.h中一共定义了四条命令。
// Constants that the user passes in to the motor calls
#define FORWARD
#define BACKWARD 2
#define BRAKE
#define RELEASE
接着分析run函数的实现，先看函数的后半段。
void AF_DCMotor::run(uint8_t cmd) {
switch (cmd) {
case FORWARD:
latch_state |= _BV(a);
latch_state &= ~_BV(b);
MC.latch_tx();
case BACKWARD:
latch_state &= ~_BV(a);
latch_state |= _BV(b);
MC.latch_tx();
case RELEASE:
latch_state &= ~_BV(a);
// A and B both low
latch_state &= ~_BV(b);
MC.latch_tx();
先看看_BV是个啥东东。
#define _BV(bit) (1 && (bit))，作用就是把1左移bit位。
我们继续分析刚才发出的RELEASE命令，
latch_state &= ~_BV(a);，把latch_state的第a位清零。
latch_state &= ~_BV(b);，把latch_state的第b位清零。
MC.latch_tx();调用AFMotorController类latch_tx函数。
回过头再分析run函数的前半段
void AF_DCMotor::run(uint8_t cmd) {
uint8_t a,
switch (motornum) {
a = MOTOR1_A; b = MOTOR1_B;
a = MOTOR2_A; b = MOTOR2_B;
a = MOTOR3_A; b = MOTOR3_B;
a = MOTOR4_A; b = MOTOR4_B;
继续查看MOTOR1_A的定义
#define MOTOR1_A 2
#define MOTOR1_B 3
#define MOTOR2_A 1
#define MOTOR2_B 4
#define MOTOR4_A 0
#define MOTOR4_B 6
#define MOTOR3_A 5
#define MOTOR3_B 7
结合这个定义，我们可以得出结论：
latch_state变量的2,3位对应MOTOR1，也就是扩展板上看到的M1。
1,4位对应M2，
5,7位对应M3，
0,6位对应M4。
继续分析latch_tx函数
void AFMotorController::latch_tx(void) {
//LATCH_PORT &= ~_BV(LATCH);
digitalWrite(MOTORLATCH, LOW);
//SER_PORT &= ~_BV(SER);
digitalWrite(MOTORDATA, LOW);
for (i = 0; i & 8; i++) {
//CLK_PORT &= ~_BV(CLK);
digitalWrite(MOTORCLK, LOW);
if (latch_state & _BV(7 - i)) {
//SER_PORT |= _BV(SER);
digitalWrite(MOTORDATA, HIGH);
//SER_PORT &= ~_BV(SER);
digitalWrite(MOTORDATA, LOW);
//CLK_PORT |= _BV(CLK);
digitalWrite(MOTORCLK, HIGH);
//LATCH_PORT |= _BV(LATCH);
digitalWrite(MOTORLATCH, HIGH);
这段代码根据latch_state各个位的状态开或关MOTORDATA引脚。
如果不详细学习这个硬件知识，完全搞不懂这是在做什么。
目前只要知道通过这些操作，马达是可以被有效控制的就足够了。
6.3.2.5 马达前进
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);
经过刚才的分析，这一块的代码就很简单了。
motor.run(FORWARD)让车轮向前转
第一个for循环i逐渐变大，motor.setSpeed(i)使车轮速度越来越快。
第一个for循环i逐渐减小，motor.setSpeed(i)使车轮速度越来越慢到最后停止。
6.3.2.6 马达后退
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);
其他代码比较简单，就不再分析了。
6.4 连接模块
蓝牙模块还是5.2节的连接方法。
这里要注意扩展板和Mega的连接方式。扩展板没有Pin脚的这头和Mega没有Pin脚的这头放一边，扩展板0 Pin脚和Mege 0 Pin脚重合，图中黄线所示。
上传程序到开发板，可以观察到马达先向前转，速度从慢到快，又从快到慢。
接着马达向后转，速度从慢到快，又从快到慢。蓝牙Airsync协议开发与介绍-技术分享-温州忆初科技有限公司
蓝牙Airsync协议开发与介绍
　　该文档规范了蓝牙设备和手机上的微信的通信协议
　　协议支持经典蓝牙和4.0 BLE蓝牙，目前支持ios和andriod两个系统，后续会扩展到其他系统。
　　整体架构
　　厂商服务器和外设，由厂商开发完成。
　　微信会提供服务器的接口以对接厂商的服务器，会提供手机的接口(如本文规定的蓝牙协议)以对接厂商的外设。
　　主要功能
　　该协议打通了设备和厂商服务器之间的数据链路，也就是支持将设备上的数据发送到厂商的服务器上，也支持将厂商的数据发送到设备。
　　厂商的数据对于微信来说，是黑盒，微信不对设备数据做分析。
　　该协议也打通了设备和微信服务器之间的数据链路。
　　设备和微信服务器之间的数据格式由微信规定，例如登录，新消息通知等。
　　蓝牙BLE模拟成流
　　微信支持蓝牙BLE。
　　微信规定了蓝牙BLE设备需要先模拟成流(即stream，输入输出流)。经典蓝牙的RFCOMM，就是一个流。流具有的特性有：
　　a. 可以传输无限长度的数据
　　b. 双工，读写可以并发，互不干扰。
　　显然，蓝牙BLE无法传输无限长度的数据，为了实现这个目的，需要定义一个规范。
　　蓝牙设备需暴露两个特征值(Characteristics)：Write特征值，Indication特征值。蓝牙设备从Write特征值接受数据，从Indication特征值发送数据。
　　Indication特征值类型是bytes。
　　这里我们约定，把一个特征值一次传输的数据，称为一帧(不同类型的特征值一次传输的数据长度是不一样的)。
　　注意：应用层上的数据包(例如1k大小)，会分散成许多帧来传输。
　　蓝牙设备写过程：
分帧：假设蓝牙手环上有1k数据，要发给手机微信。由于一个特征值长度有限(如20个字节)，显然需要分多次才能传输完成。1k数据，要分成1024字节/
20字节=51 个帧。剩下的4个字节，不足一帧(20个字节)，需补齐为一帧并对剩下的16个字节赋0。总共是52帧。
　　2. 发送第一个帧：把第一个帧的内容放入特征值里面。然后通知手机读取数据，通知有两种方式，Indication
和notify，这里使用Indication方式，即带响应的通知。当通知完成的时候，可以认为手机已经读完数据。这就完成了发送第一个帧。
　　3. 按照2的步骤，依次发送剩下的帧。
　　蓝牙设备读过程：
　　当蓝牙设备发现读特征值收到数据的时候，就接收数据，并追加到设备的buf里。
　　注意：蓝牙设备必须等微信app订阅了Characteristics之后，才能indicate数据，否者会造成设备发送数据丢失的问题。
&&&&& 本文由&- 温州忆初科技发布，转载需要注明：作者：airMAX - airSync -协议问题
AirSync的好处是什么？在多个无线设备并置在一起时，airSync可以减少问题。在一个无线设备接收时，它以最高的信噪比（SNR）工作。如果在第一个设备接收时一个附近的无线设备也在发送，那么第一个设备的信噪比就会低很多，因为在高信号强度工作时附近无线设备发送的数据会被收到。在AirSync启用时，所有的AP将在同一时间发送并在同一时间接收，AirSync能减少相互干扰。
AP如何知道同时同步？带airSync功能的AP配置了一定的发送和接收时隙（时间量）。所有AP将从GPS卫星获得非常准确的定时，并基于该定时与上述配置的时隙，就会知道何时应该发送以及何时应接收。
AP如何获得同步/定时信息？在airSync中配置一个AP为主，其余为从。在从无线设备中输入主设备的IP地址。当从无线设备启动时，它们将联系主无线设备，并获取同步时隙定时信息。
AP之间需要第二层通信吗？不需要，只要该设备可以在第三层（UDP）进行通信，airSync就会工作（换句话说，只要你可以从从AP ping通主AP）。
AirSync为什么可以克服多站同址干扰？
为了加大网络的容量或是提高覆盖范围，通常会考虑增加更多的基站AP，或者通过多基站和扇区天线实现相对集中的覆盖。但是，在同一个站址安装多个AP可会造成互相之间的干扰，被称为同址干扰（co-location interference）。对于无线通信，同址干扰对通信系统的主要影响有两个方面。首先是“远近效应”会造成RF接收信号抑制或者灵敏度降低甚至阻塞，即便是两个频率完全不同的基站，因为工作频率十分接近，近距离基站发出的强信号直接进入相邻基站的接收机，淹没了从远距离传输过来的其他基站和客户端微弱信号，造成接收机放大电路工作阻塞或解调失效。其次是两个同址基站以相同频率发射，如果发射过程存在时间上的混叠，或先后次序小于一个数据帧长度，在接收端收到的信号实际上可能造成了事实上的碰撞或者冲突。同址干扰造成的困扰，一般通过系统同步发射技术来解决，即每个发射机使用统一的定时来实现载波或数据帧同时发送，使接收端看起来像是一个基站发出的信号。
为什么AirSync要使用GPS？
airSync需要GPS的原因是为了提高系统同步发射的定时精度，GPS输出的NEMA 0183导航报文具有非常高的定时精度，误差通常小于几纳秒。如果采用IP网络自身的报文（UDP）来控制同步，可能存在很大的风险。因为考虑到不同设备的硬件配置和软件处理能力及版本等存在差异，这种微小的差异可能会导致在系统上产生接近毫秒级的误差，这种接近报文长度的误差几乎是不可容忍的。
为什么AirSync同步发射技术可以增加用户容量总数？
同址多站一般用于提高系统容量和增加覆盖范围。特别是当使用airMAX扇区天线进行密集覆盖，或多个基站需要频率复用却受到限制时，采用同址多站是效费比较高的方法之一。airSync同步发射技术就是解决同频同址多站收发同步的问题，使多个基站看起来就像一个基站一样。但是这些基站却在不同扇区天线覆盖面上工作，当然，用户的容量也会随之增加N倍。
采用airSync同步发射技术以后带来airMAX的一些性能变化：
1）采用GPS同步，所有AP和客户端站点同时收发，有效避免了同址干扰。
2）存在一个相对较小的系统延时（8-16ms左右，因为处理GPS报文信息和消息同步）。
3）稳定的吞吐量（时隙和方向都是固定的），上下行单方向上的吞吐量峰值是理论峰值的一半，但是这一吞吐量不随网络规模的变化而变化。
4）收发定时间隔对不同尺寸的TCP数据包影响不同。一般较小的时间间隔对小的TCP包具有较好的性能，但对大尺寸的复用TCP包会受到影响，降低性能。反之，采用较大的时间间隔对大数据流的TCP或UDP应用极为有利，如视频多媒体等应用。
5）具有固定的、最小的网络延迟特性，取决于收发定时间隔的大小。
6）网络总的吞吐量与AP的个数呈线性的比例关系。
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