Управление роботом по Bluetooth с модулем HC-05

Введение

HC-05 — самый дешёвый способ добавить к роботу беспроводную связь. Это мост последовательной связи Bluetooth: всё, что отправляет телефон, приходит на последовательный порт Arduino как обычные байты, а всё, что Arduino печатает, возвращается на телефон. Ничто в скетче не обязано знать, что существует Bluetooth.

В этой простоте заключается привлекательность, но в ней же и ловушка. Радиосвязь — это не провод: она прерывается, запаздывает и отключается, пока робот ещё движется. Большая часть этого руководства посвящена именно этим различиям.

Подключение и ошибка, которую допускают почти все

Модуль HC-05 питает логику от 3.3 V, хотя плата-расширение принимает 5 V на VCC. Вывод RX не допускает 5 V.

Понизьте сигнал 5 V от Arduino до 3.3 V делителем из двух резисторов: 2 kΩ от вывода Arduino к RXD HC-05 и 3.3 kΩ от этой точки к земле. Это стоит двух компонентов и предотвращает сбой, который действительно невероятно трудно диагностировать: повреждённый таким образом модуль часто продолжает работать наполовину — он сопрягается, передаёт данные и молча игнорирует или портит то, что вы отправляете.

Используйте SoftwareSerial, а не выводы 0 и 1. Аппаратный последовательный порт используется совместно с USB, поэтому модуль, подключённый к нему, конфликтует с монитором последовательного порта и мешает загрузке.

#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial bt(10, 11);   // RX, TX

void setup() {
  Serial.begin(115200);      // USB, for debugging
  bt.begin(9600);            // HC-05 default baud
}

Сопряжение

Включите питание робота, и светодиод (LED) модуля начнёт быстро мигать — это означает «ожидание сопряжения». На телефоне выполните сопряжение с HC-05, используя код 1234 или 0000.

Сопряжение — это не подключение. Связь открывается только тогда, когда приложение на телефоне действительно открывает последовательный порт. Для начала подойдёт любой Bluetooth-терминал; когда соединение установится, светодиод модуля начнёт мигать сдвоенными импульсами.

Проектирование протокола команд

Очевидный первый протокол — один символ на команду, и он работает примерно десять минут:

if (bt.available()) {
  char c = bt.read();
  if (c == 'F') forward();
  else if (c == 'B') back();
  else if (c == 'S') stop();
}

У него две проблемы.

Он не задаёт скорость. Каждая команда означает полный газ, поэтому робот либо стоит, либо несётся на полной. Вместо этого передавайте вместе с командой значение: одну букву и число, завершённые переводом строки, что легко разобрать и легко вводить вручную при отладке:

// "F180\n" — forward at 180 of 255
char buffer[16];
if (bt.available()) {
  int n = bt.readBytesUntil('\n', buffer, sizeof(buffer) - 1);
  buffer[n] = '\0';
  char cmd = buffer[0];
  int value = atoi(buffer + 1);
  ...
}

Он предполагает, что сообщение приходит целиком. Ненулевое bt.available() означает, что здесь находятся какие-то байты, а не все. Чтение по одному символу за цикл и немедленное действие приведут к обработке половины команды. Чтение до перевода строки делает разбор надёжным.

Сбой, который действительно важен: потеря связи

Проводной робот останавливается, когда вы отпускаете кнопку. Беспроводной робот продолжает выполнять последнюю команду — а если последней командой было «вперёд на полной скорости» и вы только что вышли из зоны покрытия, робот на полной скорости уезжает под диван.

Каждому беспроводному роботу нужен аварийный тайм-аут. Правило простое: если недавно не пришло ни одной команды, робот должен остановиться.

unsigned long lastCommandAt = 0;
const unsigned long TIMEOUT_MS = 500;

void loop() {
  if (readCommand()) lastCommandAt = millis();

  // Nothing heard recently? Assume the link is gone.
  if (millis() - lastCommandAt > TIMEOUT_MS) stop();
}

Чтобы это помогало, контроллер должен постоянно общаться. Пусть телефон повторяет текущую команду — примерно каждые 100 ms, пока удерживается кнопка, — а не отправляет её один раз при нажатии и один раз при отпускании. Тогда «кнопка отпущена» и «телефон вышел из зоны покрытия» дают одинаковый безопасный результат, и вам не нужно полагаться на сообщение об отпускании, которое может не прийти.

Для этого используйте millis(), а не delay(). delay(200) в цикле — это 200 ms, в течение которых команды не читаются, тайм-аут не проверяется, а робот ничего не слышит.

Режим AT-команд

Чтобы переименовать модуль или изменить скорость передачи, удерживайте EN/KEY на HIGH при включении. Светодиод мигает медленно — примерно раз в две секунды — это показывает, что вы находитесь в режиме команд, а не данных.

AT              → OK
AT+NAME=MyRobot → OK
AT+PSWD="4821"  → OK
AT+UART=38400,0,0

Команды в режиме AT должны отправляться на скорости 38400 baud независимо от скорости в режиме данных, и большинство прошивок требует одновременно возврат каретки и перевод строки. Если AT не возвращает ничего, почти всегда причина в этом несоответствии.

Повышать скорость передачи данных стоит, если вы передаёте телеметрию, но пока протокол отлаживается, оставьте 9600: более быстрая связь в основном затрудняет обнаружение ошибок кадрирования.

Проверьте перед движением

Три проверки в таком порядке:

1. Проверка эха. Пусть Arduino печатает всё, что получает. Если введённая строка возвращается без изменений, подключение и скорость передачи правильные.
2. Проверка разбора. Напечатайте разобранную букву команды и значение. Убедитесь, что F180 даёт F и 180, а не F и 1.
3. Проверка тайм-аута. Отправьте команду движения вперёд, затем закройте приложение или отойдите. Робот должен остановиться за время тайм-аута. Если нет, исправьте это до установки колёс на пол.

Когда связь станет надёжной, тот же протокол команд без изменений переносится в автономного робота: соберите беспроводной слой в проекте робота с управлением с телефона или перейдите к ESP32, который раздаёт страницу управления по Wi-Fi и вообще не требует приложения.