代码收藏家技术教程 2024-12-22

基于stm32单片机四足机器人，应用sg90舵机（8个）控制四条腿，BT06蓝牙模块与单片机进行串口通讯，控制机器人前进后退转动

一、设计简介

针对STM32单片机控制的四足机器人项目，使用8个SG90舵机并通过蓝牙BT06进行控制，以下是视频展示

基于stm32四足机器人，sg90舵机8个，蓝牙模块BT06

百度网盘源码资料下载链接https://pan.baidu.com/s/1DpydIRuhsTLnbWYqtZ3o0A?pwd=vgaz

二、硬件准备

STM32单片机：

STM32F103C8T6单片机是一款非常用的单片机型号，可以方便灵活的进行嵌入式系统开发。首先，它的处理器基于Cortex-M3内核，最高工作频率达72MHz。STM32F103C8T6拥有64KB闪存和20KB SRAM，非常适合中小型单片机开发项目。

具有非常丰富的外设接口，如串口USART、SPI通信、I2C通讯、CAN通讯和USB，在与单片机外设通信方面非常方便。有多个GPIO通用IO口，定时器，中断系统，灵活配置为输入，输出、模拟输入或PWM输出，可以连接各类传感器和模块。

内部集成的12位逐次逼近型ADC和DAC，支持高精度模拟信号处理。STM32F103C8T6还支持低功耗模式，适合电池供电的应用场景。结合强大的STM32开发生态，包括库函数和工具链，可以让开发者很方便的完成单片机项目的开发。

SG90舵机：
共8个，用于驱动四足机器人的四条腿。

SG90舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。

无负载速度：0.12秒/60度（4.8V）

堵转扭矩：1.2~1.4公斤/厘米（4.8V）

使用温度：-30~+60摄氏度

死区设定：7微秒（7MHZ）

工作电压：4.8V~6V

位置等级：1024级

舵机一般可以在0~180度或0~360度范围内转动任意角度，经常用于小车小船转向控制和机械臂的关节等。舵机的转动角度范围不是固定的，一般选用0~180度旋转的舵机，简称180度舵机。

SG90舵机的工作原理主要由电机、电子控制板和位置反馈器三部分组成。当系统通过SG90 PWM信号控制电子控制板时，电机内部的电机轴会向上或向下旋转，从而输出一定的转角位置。位置反馈器会读取输出轴的角度位置信息，并将该信息反馈给电子控制板，从而实现闭环控制。

在控制SG90舵机时，MCU需要产生一个20ms的脉冲信号，以0.5ms到2.5ms的高电平来控制舵机的角度。高电平时间与舵机旋转角度的对应关系如下：

0.5ms：0度（占空比为2.5%）

1.0ms：45度（占空比为5.0%）

1.5ms：90度（占空比为7.5%）

2.0ms：135度（占空比为10.0%）

2.5ms：180度（占空比为12.5%）

蓝牙BT06模块：
用于实现与手机或其他蓝牙设备的无线通信，从而控制四足机器人的运动。

BT06蓝牙模块是一款专为智能无线数据传输设计的模块，以下是对其的详细介绍：

一、主要特点

遵循蓝牙规范：BT06蓝牙模块遵循V3.0蓝牙规范，确保了数据传输的稳定性和高效性。

支持UART接口：该模块支持UART接口，方便与各种微控制器、单片机等设备进行连接和数据传输。

支持SPP蓝牙串口协议：BT06蓝牙模块支持SPP（Serial Port Profile）蓝牙串口协议，使得数据传输更加简单和直接。

成本低、体积小：模块具有成本低、体积小的优点，适合在各种小型设备中使用。

功耗低、收发灵敏性高：只需配备少许的外围元件就能实现其强大功能，同时功耗较低，收发灵敏性高。

二、硬件接口

电源接口：通常接在5V供电口上。

数据传输接口：TXD、RXD接口用于数据传输，只需将蓝牙的TXD、RXD接口对应接在串口的RXD、TXD上，即可进行数据传输。

三、工作模式

数据透传模式：当BT06蓝牙模块上电并与手机APP配对成功后，即进入数据透传模式。在数据透传模式下，从串口发送出的所有消息都可以原封不动地传输到手机APP中，实现了数据的透明传输。

四、AT指令集

BT06蓝牙模块支持AT指令集，用户可以通过串口发送AT指令来配置和控制模块。以下是一些常用的AT指令：

测试指令：发送“AT”，返回“OK”表示模块工作正常。

模块复位：发送“AT+RESET”，模块将重启并恢复到默认状态。

获取软件版本号：发送“AT+VERSION”，返回软件版本号。

恢复默认状态：发送“AT+DEFAULT”，模块将恢复到出厂默认设置。

设置/查询蓝牙地址码：发送“AT+LADDR<地址码>”，可以设置或查询模块的蓝牙地址码。

设置/查询设备名称：发送“AT+NAME<名称>”，可以设置或查询模块的蓝牙设备名称。

查询模块角色：发送“AT+ROLE”，可以查询模块的角色（主角色或从角色）。

设置/查询配对码：发送“AT+PIN<配对码>”，可以设置或查询模块的蓝牙配对密码。

设置/查询串口波特率：发送“AT+BAUD<波特率>”，可以设置或查询模块的串口波特率。

三、硬件连接

STM32与SG90舵机的连接：
使用STM32的PWM输出引脚（如TIM2和TIM4的通道）连接SG90舵机的信号线。
根据SG90舵机的工作原理，通过PWM信号的占空比来控制舵机的旋转角度。
STM32与蓝牙BT06模块的连接：
将蓝牙BT06模块的RXD和TXD引脚分别连接到STM32的串口（如USART2）的TXD和RXD引脚上。
配置STM32的串口以接收和发送蓝牙数据。

四、软件设计

STM32固件开发：
使用Keil等开发工具进行STM32固件的开发。
配置STM32的时钟、GPIO、PWM和串口等外设。
编写PWM控制代码，用于生成控制SG90舵机所需的PWM信号。
编写串口通信代码，用于接收和解析来自蓝牙BT06模块的数据。
蓝牙通信协议：
定义一套蓝牙通信协议，用于手机或其他蓝牙设备与STM32单片机之间的数据交换。
协议可以包括控制指令、数据格式、校验方式等内容。
四足机器人步态控制：
根据四足机器人的运动需求，设计相应的步态控制算法。
通过调整SG90舵机的旋转角度和速度，实现四足机器人的前进、后退、转向等动作。
调试与优化：
在实际调试过程中，可能需要对PWM信号的占空比、串口通信的波特率等参数进行调整。
根据四足机器人的运动效果，对步态控制算法进行优化。

五、原理图及设计流程图

六、程序代码

#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "bsp_GeneralTim.h"
#include "bsp_servo.h"

uint8_t state;

int main()
{
	USART_Config();
	LED_GPIO_Config();
	
	printf("四足机器人初始化中!\r\n");
	
	GENERAL_TIM_Init();

	while(1)
	{
		if(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx_2,USART_FLAG_RXNE) != RESET)
		{
			state = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx_2);
			Usart_SendByte(DEBUG_USARTx_1, state);
		}
		
		//机器人的动作通过扫描串口的值进行选择进入
		//蓝牙主机设置为：按下发送01、02、03...，松手发送00
		switch(state)
		{
			case 0:
				//暂停状态
				break;
			case 1:
				//前进
				Servo_Advance();
				break;
			case 2:
				//右转
				Servo_RightTurn();
				break;
			case 3:
				//左转
				Servo_LeftTurn();
				break;
			case 4:
				//后退
				Servo_Retreat();
				break;
			case 5:
				//特殊姿势1，左右摆动
				Servo_Pose_1();
				break;
			case 6:
				//站立
				Servo_Stand();
				break;
			case 7:
				//趴下
				Servo_Fall();
				break;
			case 8:
				//复位姿态
				Servo_Reset();
				break;
			default:
				printf("无任何状态指示！\r\n");
				break;
		}
	}
}