Управление Lego Power Functions через Arduino и Bluetooth — полное руководство

Компоненты и материалы

Arduino UNO	×	1
Драйвер двигателей L293D (DIP, с длинными ножками)	×	1
Breadboard	×	1
Коннектор 9V → Barrel Jack (для питания Arduino)	×	1
Lego Power Functions Extension wire (Item 8886) — 3 шт.	×	3
Bluetooth-модуль HC-05	×	1

О проекте

Есть крутая Lego-модель с моторами Power Functions? Научимся управлять ею с Arduino минимумом деталей. Подробно разберём схемы и код — доступно для новичков. Модель собираете сами (если нет сына, который даст свою 9398 4X4 Crawler).

Также создадим пульт на Android через MIT App Inventor. Скоро у вас будет свой Mars rover во дворе!

Понимание проводки Power Functions

Купите провода расширения (8886) и разрежте их. Сделайте «break-out» кабели: Lego-штекер с одной стороны, пины — с другой.

Проводка (4 жилы):

• GND — земля (минус батарейки, анод)
• C1, C2 — управление направлением (переключение полярности на моторе/серве)
• 9V — плюс от батарейного бокса (только на тёмно-сером штекере)

Для сервы нужны все 4 провода (светло-серый штекер). Для питания от батарейного бокса — только 9V и GND (тёмно-серый штекер, male). Для мотора — C1 и C2 (светло-серый штекер).

Управление мотором через L293D

Нужен PWM для скорости (DC) и позиции (серво). Arduino: analogWrite(pin, 0-255) на пинах с ~.

Arduino выдаёт 5В/30мА, моторы Lego — 9В/>100мА. Нужен H-мост. L293D содержит 2 H-моста: один для моторов (параллельно), второй для сервы. (Для независимого управления двумя моторами — второй L293D).

L293D гальванически разделяет 9В (Lego) и 5В (Arduino). Никогда не соединяйте 9В и 5В! Общий GND — обязателен.

Распиновка Arduino → L293D:

• Мотор: D2 (1A), D5 (2A), D9 (EN1,2 — PWM скорость)
• Серво: D6 (3A), D8 (4A), D3 (EN3,4 — PWM позиция)

Логика L293D (H = 5В, L = 0В):

EN1,2	1A	2A	Результат
H	H	L	Мотор вперёд (motorDirection=1)
H	L	H	Мотор назад (motorDirection=0)

EN3,4	3A	4A	Результат
H	H	L	Серво влево (steeringDirection=0)
H	L	H	Серво вправо (steeringDirection=1)

Подпрограмма управления:

void SetMotorControl() {
  if (motorDirection == 1) { digitalWrite(controlPin1A, HIGH); digitalWrite(controlPin2A, LOW); }
  else { digitalWrite(controlPin1A, LOW); digitalWrite(controlPin2A, HIGH); }
  analogWrite(ENablePin, motorSpeed);

  if (steeringDirection == 0) { digitalWrite(controlPin3A, HIGH); digitalWrite(controlPin4A, LOW); }
  else { digitalWrite(controlPin3A, LOW); digitalWrite(controlPin4A, HIGH); }
  analogWrite(servoENablePin, steering);
}

Android-пульт с джойстиком (MIT App Inventor 2)

MIT App Inventor — веб-среда для создания Android-приложений (Google + MIT).

1. На телефоне: установите MIT AI2 Companion из Google Play.
2. На ПК: откройте ссылку на проект в Firefox/Chrome, войдите через Gmail.
3. В Companion на телефоне можно тестировать изменения в реальном времени.

Интерфейс: оранжевая панель с синим джойстиком. Программа (Blocks view):

• Блок when Touch.Dragged отслеживает палец.
• Переменные currentX, currentY → расчёт steering и speed (-100..0..+100).
• Ограничение краёв панели.
• Формирование команды: RC,steering,speed\n\0 — отправка по Bluetooth.

Чтение Bluetooth-команд в Arduino

Подключение HC-05:

• VCC → 5V Arduino (модуль толерантен до 6В)
• GND → GND
• TXD → Arduino RX (D0) — 3.3В, Arduino воспринимает как HIGH
• RXD → Arduino TX (D1) — нужен делитель напряжения! 3 резистора 1 кОм для получения 3.3В из 5В (2/3 от 5В ≈ 3.3В)

Важно: D0/D1共用 USB. При загрузке скетча отключите RXD/TXD от D0/D1!

Сопряжение: Bluetooth ON → приложение → «Bluetooth connect» → ищите HC-05 → код 1234 → «connected» зелёным.

Парсинг команды в Arduino:

#define INPUT_SIZE 30
void loop() {
  char input[INPUT_SIZE + 1];
  byte size = Serial.readBytesUntil('\n', input, INPUT_SIZE);
  input[size] = 0; // null-termination

  char* command = strtok(input, ",");      // "RC"
  char* RCsteering = strtok(NULL, ",");    // -100..100
  char* RCspeed = strtok(NULL, ",");       // -100..100

  int iRCsteering = atoi(RCsteering);
  int iRCspeed = atoi(RCspeed);

  // Масштабирование к 0..255
  if (iRCsteering > 0) steeringDirection = 1; else steeringDirection = 0;
  steering = int(2.55 * abs(iRCsteering));

  if (iRCspeed > 0) motorDirection = 1; else motorDirection = 0;
  motorSpeed = int(2.55 * abs(iRCspeed));

  SetMotorControl();
}

Что дальше?

• Превратите модель в робота: ультразвуковые датчики, логика избегания препятствий — самодельный Mars rover.
• Добавьте команды и функции.
• Сначала решите: как Arduino определит потерю Bluetooth и остановит модель.
• Breadboard и провода ненадёжны для ездящей модели. Переходите на Adafruit Motor Shield с клеммниками или Sensor Shield.

Делитесь проектами!

Код

Legocar_v3_bluetooth (Arduino)

/* Lego Power Functions car over Bluetooth
   Arduino Uno: моторы + серво
   Android app: MIT App Inventor 2
   Circuit:
   - Serial (D0,D1) → HC-05 (отключать при загрузке!)
   - L293D motor: D2, D5, D9
   - L293D servo: D6, D8, D3
*/
#include <SPI.h>
#include <String.h>  // strtok

#define INPUT_SIZE 30

const int controlPin1A = 2, controlPin2A = 5, ENablePin = 9;
const int controlPin3A = 6, controlPin4A = 8, servoENablePin = 3;

int motorSpeed = 0, motorDirection = 1;
int steering = 0, steeringDirection = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.setTimeout(1000);
  pinMode(controlPin1A, OUTPUT); pinMode(controlPin2A, OUTPUT); pinMode(ENablePin, OUTPUT);
  pinMode(controlPin3A, OUTPUT); pinMode(controlPin4A, OUTPUT); pinMode(servoENablePin, OUTPUT);
  digitalWrite(ENablePin, LOW); digitalWrite(servoENablePin, LOW);
}

void loop() {
  char input[INPUT_SIZE + 1];
  byte size = Serial.readBytesUntil('\n', input, INPUT_SIZE);
  input[size] = 0;

  char* command = strtok(input, ",");
  char* RCsteering = strtok(NULL, ",");
  char* RCspeed = strtok(NULL, ",");

  int iRCsteering = atoi(RCsteering);
  int iRCspeed = atoi(RCspeed);

  if (iRCsteering > 0) steeringDirection = 1; else steeringDirection = 0;
  steering = int(2.55 * abs(iRCsteering));

  if (iRCspeed > 0) motorDirection = 1; else motorDirection = 0;
  motorSpeed = int(2.55 * abs(iRCspeed));

  SetMotorControl();
}

void SetMotorControl() {
  if (motorDirection == 1) { digitalWrite(controlPin1A, HIGH); digitalWrite(controlPin2A, LOW); }
  else { digitalWrite(controlPin1A, LOW); digitalWrite(controlPin2A, HIGH); }
  analogWrite(ENablePin, motorSpeed);

  if (steeringDirection == 0) { digitalWrite(controlPin3A, HIGH); digitalWrite(controlPin4A, LOW); }
  else { digitalWrite(controlPin3A, LOW); digitalWrite(controlPin4A, HIGH); }
  analogWrite(servoENablePin, steering);
}

GitHub с исходниками (Arduino, Fritzing, App Inventor): https://github.com/Notthemarsian/Lego-car-Arduino

Схемы

Fritzing-схема и файлы проекта на GitHub (ссылка выше).