步驟1：硬件概述

汽車由以下硬件組件組成：

-RC 1/10履帶式履帶底盤

-軸向競速電子調速器（ESC）

-轉向伺服電機

-鋁底板和用于安裝其他零件的鋁角

-Arduino Mega（此項目需要一個Mega）

-Sparkfun Arduino XBee防護板

-XBee Series 1 Pro（60mW）無線模塊

-Adafruit ADXL335加速度計

-Adafruit NeoPixel搖桿

-具有云臺和紅外夜視功能的IP攝像機

-便攜式Wi-Fi路由器

-7.2V NiMH電池（用于電調和轉向的電源

-11000mAH雙USB移動電源（用于Arduino Mega，Wi-Fi路由器，IP攝像機，NeoPixel棒的電源）

A 筆記本電腦需要與汽車進行通信和控制。筆記本電腦必須具有以下內容：

-Windows 7/8

-至少2個USB端口

-Wi-Fi

-可選-以太網端口（但如果筆記本電腦沒有以太網端口，則需要訪問帶有以太網端口的計算機）

在PC端還需要以下硬件組件：

-XBox 360控制器（有線）

-XBee Series 1 Pro（60mW）無線模塊

-XBee USB Explorer

完整的零件清單是

步驟2：遙控車的選擇和物理改裝

我為該平臺選擇的RC車輛類型為 1/10比例的Electric Rock Crawler 。 RC Rock履帶為4x4，具有鎖定的差速器，（相對）較高的離地間隙和較大的懸架鉸接性，因此在越過障礙物時它們不太可能卡住。但是，它們通常不如普通RC車快（專為高扭矩而不是高速而設計）。我選擇的特定型號是HSP穿山甲，因為它很便宜。它也是Axial Racing AX10的仿制品，因此很容易找到兼容的零件：-P。

該車配備了 7.2V NiMH電池，電子速度控制器（ ESC）和有刷電機。原始ESC沒有關于如何對其進行校準或對其功能進行編程的文檔。由于我打算通過Arduino控制ESC，因此我需要可以進行校準和編程的ESC。我發現Axial AE-2 ESC是最合適的替代產品，因為它們有明確的設置和配置說明（請參閱http://www.axialracing.com/blog_posts/787000000）。

要安裝所有零件后，我卸下了原來的塑料電池/ESC托盤。然后，我使用了一些鋁制角鐵和大鋁板來創建平坦的安裝表面。

各個零件都被擰到鋁板上或用電纜綁了起來。對于Arduino等電子組件，將一些塑料放在鋁板上進行絕緣。

將大多數組件安裝到汽車上后，我發現原來的懸架確實可以不能很好地應對增加的重量-汽車從原始高度掉落了約4cm。為了解決這個問題，我購買并安裝了四個超級彈簧。這些彈簧比原始彈簧要好得多（汽車僅下降0.5厘米），但仍然有些過軟-踩下油門會使汽車像下沉的船一樣晃動！

步驟3：電源和接線配置

具有兩節電池-7.2V NiMH電池和11000mAh移動電源。 NiMH電池為 ESC和轉向伺服器供電。請注意，轉向伺服系統由ESC的電池消除器電路（BEC）供電，該電路可提供穩定的5V DC輸出。同樣，驅動電機由ESC供電/控制。

移動電源為 Arduino，WiFi路由器，IP攝像機和NeoPixel搖桿提供電源。 （所有這些設備都使用5V直流電源工作）。我選擇的特定型號是Cygnett 11000mAh Charge Up Pro，因為它具有雙USB端口-一個端口可以提供最高 2A ，而另一個端口可以提供最高 1A 。它也是目前可用的最大容量的移動電源之一，因此我不必擔心在汽車電池沒電之前它會死掉。

由于移動電源只需要用兩個USB端口為四個電池供電，我制造了一些 USB電源分配器。這些可以視為USB電源雙適配器。 NeoPixel棒的USB電源分配器除USB端口外，還具有一些 0.1“母頭母頭，以允許使用剝線的22 AWG實芯線將電源連接到NeoPixel棒。 p》

此外，由于涉及兩個電池，因此連接到這些電池的設備的接地 應該，因此所有信號電壓均基于相同的參考電壓為此，我將ESC電池消除器電路（BEC）的接地引腳連接到ArduinoGND。USB電源分配器和Arduino GND之間也存在連接。此公共接地是必需的，以便轉向伺服

最后一張圖顯示了汽車上電線/電纜的完整概覽，包括所使用的Arduino Mega引腳。

第4步：軟件概述

該項目中的軟件包括一個基于PC的C＃程序和一個 Arduino草圖。該程序是WinForms應用程序，具有圖形用戶界面（GUI）。 C＃程序執行許多功能，并處理各種輸入和輸出。這些內容的摘要如下：

C＃程序

-接收XBox 360控制器輸入

-接收鼠標/鍵盤輸入一些功能

-從IP攝像機接收視頻數據（通過http）

-從Arduino接收遙測/狀態數據（通過串行）

-將指令發送到Arduino（通過串行）

-將指令發送到IP攝像機（通過http）

-將振動指令發送到XBox 360控制器

-GUI-顯示狀態控制器，串行通信，視頻流。

Arduino素描并不像C＃程序那么復雜，但是仍然可以做很多事情：

-從C＃程序（通過串行）接收指令

-從加速度計模塊接收遙測數據（通過模擬輸入）

-向電子速度控制器發送控制信號

-向轉向伺服器發送控制信號

-將控制數據發送到NeoPixel控制棒（數字輸出）

-將狀態/遙測數據發送到C＃程序（通過串行）

我已已附加 C＃項目和下面的Arduino草圖。對于接下來的幾個步驟，我建議下載文件并保持打開狀態，以便您可以在步驟和代碼之間進行切換。沒有這些步驟，這些步驟就不是很有用，沒有這些步驟，代碼可能會有些混亂！

注意：如果項目沒有，您可能需要從源文件中手動重新創建C＃項目。

第5步：軟件開發環境和實用程序

C＃程序是使用Visual Studio Express 2012開發的。這是Visual Studio的免費版本，但提供了足夠的功能來開發復雜的C＃應用程序。

不幸的是，在開發C＃應用程序時，Microsoft不包括對自己的XBox 360控制器的本機支持。幸運的是，我不是唯一遇到此問題的人，因此有人在“ xinput” 周圍做了一個 C＃包裝器（該API允許開發人員與XBox進行通信360控制器）。我使用的特定版本附在下面。可以從github 下載最新版本的包裝器： https://github.com/speps/XInputDotNet。有關詳細的安裝/配置說明，請參閱github頁或自述文件。我的指示摘要是：在C＃項目中添加“ XInputDotNetPure.dll”作為參考，并將“ XInputInterface.dll”與.exe文件放在同一文件夾中。

開發了Arduino草圖使用Arduino IDE。為了同時使用NeoPixel操縱桿和兩個伺服輸出（用于轉向和油門），還需要兩個附加的庫。這些庫是Adafruit “ TicoServo” 庫和Adafruit “ NeoPixel” 庫。可以從github 下載這些庫：

https://github.com/adafruit/Adafruit_TiCoServo

https://github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

每個庫中均提供了安裝說明。有關通用的 Arduino庫安裝指南，請參閱：https://learn.adafruit.com/adafruit-all-about-arduino-libraries-install-use/how-to-install-a-庫

注意：由于使用NeoPixel棒，因此無法使用標準的Arduino伺服庫。 Adafruit提供了對此不兼容的解釋：https://learn.adafruit.com/neopixels-and-servos

步驟6：C＃應用程序線程和XBox 360控制器輸入

我為此項目編寫的第一部分軟件是針對XBox 360控制器的（您可能已經注意到原始的Visual Studio項目名稱已經沿用了到最后！）。您將在“ Form1.cs”文件的第一部分中找到 XBox控制器代碼。如上一步中所述，僅當配置了Xinput dotnet包裝器（即，已將“ XInputDotNetPure.dll”添加為C＃項目中的引用，并且“ XInputInterface.dll”與該文件位于同一文件夾中）時，此代碼才有效。 .exe文件）。

該代碼通過重復輪詢控制器以檢索按鈕和模擬控件的狀態來工作。由于進行了輪詢，我意識到該程序需要多個線程才能正常工作。這是一個挑戰，因為在此之前我并沒有編寫過多線程應用程序。在查看了一些示例和教程之后，我決定將有一個用于圖形用戶界面（GUI）的主應用程序線程，一個用于處理XBox 360控制器的單獨線程以及其他一些用于其他用途的線程。多個線程允許所有這些事情并行運行，而在GUI中沒有任何明顯的滯后。

在Xbox控制器線程中，控制器狀態以大約50Hz的頻率輪詢，因此它始終具有最新數據。該控制器數據也會在GUI上回顯，并且按鈕的按下將以橙色突出顯示。為此，需要跨線程數據傳輸。我使用“代理” 的概念允許線程彼此“影響”。您還會注意到在多個線程中使用的許多“ shared _.。..”變量。

此代碼段還具有一個計數器，用于跟蹤控制器“框架” 即可。在我的代碼上下文中，這些框架指的是何時讀取了控制器狀態。使用計數器“ samplecount”和“ oldsamplecount”，以便正確處理長按按鈕。例如，我分配了一些數字按鈕，以便一按即可激活一項功能，而下一按則可禁用該功能。如果長按操作不正確，程序將連續打開和關閉該功能。該代碼通過將oldsamplecount的值與samplecount進行比較，可以正確地將長按操作作為單按。如果兩個變量之間的差異太小，則長按即可檢測到。

步驟7：串行通訊（第1部分）

I考慮了幾種在筆記本電腦和汽車之間發送控制數據的選項。 Wi-Fi或藍牙似乎是顯而易見的解決方案，但它們都無法提供我想要的范圍。大多數無線arduino項目似乎使用依賴串行通信的 XBee模塊，所以我決定使用串行接口。

汽車/筆記本電腦通信的工作方式如下：

1。 汽車發送一個串行字符串（具有固定結構），并帶有消息字符的開始和結束。

2。 C＃程序連續輪詢筆記本電腦的串行接口。

3。當C＃程序接收到包含預期的開始和結束字符的序列字符串時，將準備自己的序列字符串（具有固定結構），并將其發送到汽車。

3。 汽車接收到串行字符串，進行快速檢查（基于消息字符的結尾和消息長度），如果消息“有效”，則提取并處理信息，并等待指定的在準備和發送另一條消息之前延遲-，并且循環重復。

注意：如果在Arduino上收到的消息不被視為“有效”，則Arduino草圖將使汽車停下來

通過C＃程序發送到汽車的消息的消息結構是：

500，500，F，D00，Z

此字符串的含義是：

第一個字段：油門（以500為中心）

第二個字段：轉向（以中心大約500）

第三場：慢速模式-F：快，S：慢（最大油門為半速）

第四場：前大燈

第一個字符：D ：暗（熄滅），L：亮

第二個字符：亮度（0-9）

第三個字符：亮燈序列（0-9）

決賽字段：消息結尾字符（Z）

有關某些字段的更多詳細信息，將在后續步驟中提供

已發送消息的消息結構從汽車到C＃程序，是：

A，500，500，F，D00，R，Z

第一個字段：消息字符的開頭（A）

第二個字段：油門（約500個中心）

第三個字段：轉向（約500個中心）

第四個字段：慢速模式-F：快，S：慢（最大油門為半速）

第五個字段：前燈

第一個字符：D：黑暗（熄滅），L：亮起

第二個字符：亮度（0-9）

第三個字符：光序列（0-9）

第六場：隆隆聲（R-隆隆聲，O-關）

最后一個字段：消息結尾字符（Z）

這些字段中的大多數只是呼應 Arduino收到的內容。這是作為串行接口的運行狀況的視覺指示器來完成的。如果接口工作正常，則C＃程序中顯示的輸出和輸入字符串應該匹配。

此串行通信方法最初是使用有線串行連接（即使用Arduino USB電纜）開發的。我能夠將Arduino端的延遲設置為20ms，因此消息頻率約為50Hz。使用USB電纜，我的通訊沒有問題，并且可以在兩端獲得穩定的消息接收。波特率設置為 38400 。

步驟8：串行通信（第2部分）-無線串行

為了進行無線串行通信，我最初購買了一些XBee Series 1 1mW模塊，只是為了進行嘗試。 Arduino需要XBee防護罩，而筆記本電腦一側則需要XBee USB Explorer（或等效物）。自從我使用Arduino Mega以來，我將XBee防護罩上的相關引腳連接到了第二個硬件串行接口的Arduino Mega引腳上。

我發現使用 XCTU應用程序（請參見Sparkfun指南：https：//learn.sparkfun.com/tutorials/exploring-xbees-and-xctu）。但是，我遇到了一些限制。第一個是顯而易見的-具有1mW的模塊，可用范圍非常有限，并且對于沒有丟失的消息，我最多只能到達3m！使用長USB電纜可以獲得更好的覆蓋范圍。第二個是更重要的限制，似乎是基于硬件的。我發現即使將XBees配置為38400的波特率，也無法以50Hz的頻率進行可靠的通信。我增加了延遲，因此消息速率約為25Hz，并且取得了更好的成功。在25Hz的頻率下，我可以在3m內獲得穩定的通信。我還發現，當我超出范圍時，消息將被丟棄，但是當返回范圍時將立即恢復。為了檢查串行通訊是否正常工作，我在C＃程序GUI上觀看了串行輸入/輸出文本框。串行輸入框應顯示一個非常穩定的字符串，該字符串與串行輸出框匹配。如果串行輸入框開始閃爍，顯示空白或損壞的數據，則表明消息沒有通過。

這些模塊正常工作后，我訂購了一些功率更高的模塊。看到高功率的Series 1和Series 2模塊都可用，我選擇了價格稍便宜的XBee Series 2 Pro（63mW）模塊，而不是XBee Series 1 Pro（60mW）模塊。我已經讀到它們很難設置，但是可以像系列1模塊一樣在透明（AT）模式下使用。我配置了這些模塊，并讓它們以38400波特的價格相互通信（注意：一個模塊必須作為“協調器”進行刷新，另一個模塊必須作為“路由器”進行通信）。然后，我將一個安裝到Arduino防護罩中，立即遇到問題。在25Hz時，我根本無法獲得可靠的通信。為了檢查發生了什么，我通過Arduino的第一個串行端口（即USB電纜）回應了Arduino收到的消息。使用筆記本電腦上的Arduino串行監視器，我發現Series 2 XBees將消息切成兩半或將連續的消息混在一起。因此，Arduino有時會收到固定在下一個字符串前半部分的字符串的后半部分。我必須增加延遲，以使頻率降至大約13Hz，然后才能在短距離上獲得看似可靠的串行通信。較低頻率信息的缺點是，它在控制器輸入和汽車運動之間引入了更大的延遲。不幸的是，較低的頻率不能完全解決問題。在更長的距離上，串行數據損壞仍然發生，并且當回到近距離時，接口無法恢復。

因此，面對所有這些問題，我最終購買了一對 Series 1個Pro 60mW模塊。就串行接口而言，它們的工作原理與1mW Series 1模塊一樣好-在范圍內時，沒有數據損壞或奇怪的消息行為。它們的范圍也比1mW模塊好得多（如預期的那樣）。

總之，如果您在項目中使用XBees進行簡單的點對點通信，請系列2中的“遠離” XBee模塊！ Series 1模塊的性能無限提高，并且沒有問題（這可能解釋了它們的受歡迎程度和更高的價格）。

（在相關說明中，澳大利亞有誰想要買一些不常用的XBee Series 2 Pro 63mW模塊？：-P）

第9步：汽車油門和轉向

汽車上的節氣門和轉向是“模擬” ，這意味著通過使用XBox控制器，汽車可以在一定的速度范圍內行駛，并在一定的轉向范圍內轉彎角。 右觸發器用于前進，左觸發器用于后退，左指桿用于轉向（這是XBox賽車游戲的標準控件）。為了將這些“模擬”輸入從XBox控制器傳輸到汽車，數據按如下方式通過程序傳播：

油門數據-C＃：

1。讀取XBox Controller狀態。左右觸發值保存為浮點數

2。在兩個觸發值之間進行比較。使用較大的值，而忽略較小的值（例如，如果同時按下向前和向后，則較大的值“獲勝”）

3。將該值乘以100，然后對其進行調節，以使0速度等于值500。這意味著反向全速等于值“ 400”，向前全速等于值“ 600”。這樣做是為了避免需要使用負數，并且選擇500作為中心點是完全任意的。

4。新的油門值將轉換為字符串（3位數字）。

5。節流字符串添加到C＃輸出字符串中，并在需要時發送到Arduino。

節流數據-Arduino：

1。 Arduino接收完整的字符串，然后將油門字符保存到字符數組中。

2。油門字符數組將轉換為int

3。使用“映射”功能，將油門值轉換為ESC的兼容值。 ESC接受與伺服電動機相同的控制信號，因此使用Servo型將“度”值寫入ESC引腳。已對ESC進行校準，以使0度為全速后退，而180度為全速前進。 90度是0速度。

4。該值將被寫入ESC。

在C＃代碼中，您還將看到一些操縱油門的額外功能。這些都是為了改變駕駛特性，但我還沒有發現它們有用。這些功能之一涉及線性/平方/立方節氣門模式。線性模式在觸發位置和速度之間提供1：1關系。因此，將前進觸發器按下一半將導致汽車以其最大速度的一半行駛。方形模式涉及對原始值進行平方運算，因此將觸發開關按下一半會導致汽車以其最大速度的四分之一移動。這在較低速度下提供了更多的控制范圍，而在較高速度下提供了更少的控制范圍。可以使用C＃程序GUI上的下拉框（使用鼠標）選擇這些節氣門模式。

另一個功能涉及通過按B上的B按鈕來啟用/禁用“慢速模式”的功能。 XBox控制器。慢速模式將汽車的最高速度限制為最大速度的一半。因此，您可以使用所有觸發器來控制較低的速度。這種模式有時有時會派上用場-非常適合在慢速下進行精確控制。

轉向非常類似于油門。數據傳輸的方式是：

轉向數據-C＃：

1。讀取XBox Controller狀態。左指桿的x軸值保存為浮點數

2。該值乘以100，然后相加500。這意味著最左邊等于值“ 400”，最右邊等于值“ 600”。像油門一樣，這樣做是為了避免需要使用負數，并且選擇500作為中心點是完全任意的。

3。新的轉向值將轉換為字符串（3位數字）。

4。將操縱字符串添加到C＃輸出字符串中，并在需要時發送給Arduino。

操縱數據-Arduino：

1。 Arduino接收完整的字符串，并將轉向字符保存到字符數組中。

2。轉向字符數組將轉換為int

3。使用“映射”功能，將轉向值轉換為轉向伺服器的兼容值。請注意，轉向伺服器的范圍不是0到180。在我的汽車上，左全是133度，右全是60度，中心值約為96度

4。將該值寫入轉向伺服器。

像油門一樣，可以在C＃程序中將轉向配置為線性/平方/立方模式。我發現對于我的車來說，這是沒有意義的，因為轉向角的范圍相對較小。由于輪子不會轉動太遠，因此很容易在線性模式下將它們調整到正確的角度。

關于Arduino Servo庫的注意事項：

當我開發Arduino草圖時，我將標準Arduino伺服庫用于ESC和轉向伺服器。一旦介紹了NeoPixel熒光棒，就無法再使用Servo庫（請參閱https://learn.adafruit.com/neopixels-and-servos）。 TiCoServo庫在我的RC車上也能很好地工作，但是有一些限制-只能同時使用兩個伺服器，只能使用一小部分引腳（即使在Arduino Mega上也是如此），并且只能使用這些引腳中的特定對一起工作。通過反復試驗找出了最后一個。..

步驟10：IP攝像機（第1部分）-硬件

Arduino的視頻功能不足，因此我需要一個自包含的視頻解決方案。這排除了網絡攝像頭，這將需要車載計算機來處理視頻并將其轉發到便攜式計算機。而且，GoPro有點貴，模型（當我在2014年中期開始尋找時）在沒有明顯延遲（3秒）的情況下就沒有直播過。我發現可以以最小的延遲傳輸實時數字視頻的攝像機的最佳選擇是 IP攝像機。這些通常用作監控攝像機，實際上帶來了更多好處，例如紅外夜視。然后，我整理了所需/需要的功能列表：

-以太網和/或Wi-Fi接口

-能夠設置靜態IPv4地址

- MJPEG 視頻流（簡單地包含在C＃程序中）

-如何通過http命令控制相機的文檔

-廣角鏡頭

-紅外截止濾光片，用于日光（色彩精度更高）

-紅外夜視

-5V直流輸入

- （可選）云臺控制

我能夠找到一個符合所有這些條件的模型。我選擇的IP攝像機是Foscam FI8910W IP攝像機。這是一個非高清IP攝像機，可以發送MJPEG視頻（最大分辨率：640 x 480）。我沒有選擇HD型號，因為它們通常使用H.264視頻，而且我也不知道如何在C＃winforms應用程序中顯示H.264視頻流（是否有可能？

該IP攝像機由 5V DC（需要高達0.7A）供電，使其與USB移動電源兼容。但是，該連接器是桶形連接器，因此我制作了一條定制電纜-一端具有桶形連接器，另一端具有USB連接器。

IP攝像機同時具有Wi-Fi和以太網接口。從理論上講，我可以在筆記本電腦和IP攝像機之間建立直接的臨時Wi-Fi連接，但是我對其Wi-Fi天線的性能存有疑問。因此，我決定在車上添加一個便攜式Wi-Fi路由器。我選擇的型號是Netgear Trek PR2000。我之所以選擇此型號，是因為它很小，可以通過USB電源供電并且具有以太網端口。擁有Wi-Fi路由器還為以后的升級提供了靈活性-可以輕松添加其他基于以太網/Wi-Fi的功能。

IP攝像機配置：

唯一需要設置的是靜態IP地址。我選擇了地址192.168.1.10（子網掩碼255.255.255.0）。要設置相機，我將其插入筆記本電腦的以太網端口，然后首先確保可以自動分配IP地址以進行通信。然后，我打開一個Web瀏覽器，然后鍵入攝像機的IP地址以加載其配置頁面。然后將靜態IP地址設置為192.168.1.10。注意：這將斷開與計算機的連接-為了恢復連接，筆記本電腦的IP地址已手動更改為同一子網（例如192.168.1.11，子網掩碼255.255.255.0）。

還可以配置用戶名和密碼，但是由于僅在專用網絡上使用攝像機，因此我將這些設置保留為默認設置（user = admin，無密碼）。

Wi-Fi路由器配置：

與大多數其他消費級路由器一樣，Netgear Trek路由器通過Web瀏覽器界面進行配置，并且初始設置需要有線以太網連接。為了在汽車上使用，需要將路由器配置為使用子網192.168.1.XXX（子網掩碼255.255.255.0）。路由器還需要啟用DHCP（默認情況下處于啟用狀態），并且需要配置基本的Wi-Fi設置（SSID和密碼）。此配置只需要完成一次。

初始路由器配置非常輕松，但是不幸的是，常規啟動過程并不像我期望的那么簡單。只要路由器打開，它就不會進入運行模式，直到它檢測到連接到其“ Internet”端口的設備或有線計算機。將IP攝像機連接到黃色端口后，路由器似乎可以進入“邊緣”模式。要強制路由器完全啟動，必須斷開攝像機電纜并將其插入藍色的“ Internet”端口。幾秒鐘后，路由器將正常啟動，并且Wi-Fi將打開，從而使筆記本電腦可以進行無線連接。 IP攝像機無法在藍色端口中工作，因此必須拔下電纜，然后將其重新連接到黃色端口。盡可能地邪惡。