Node.jsで無線制御するロボットカー：リアルタイムIoTプロジェクト

部品と材料

Arduino UNO		×1
SparkFun デュアルHブリッジ モータードライバ L298		×1
HC-05 Bluetoothモジュール		×1
ジャンパーワイヤー（汎用）		×1
9V電池		×2
DCモーター 12V		×2

このプロジェクトについて

プロジェクトのアイデア

Node.jsはリアルタイムアプリケーションに最適な選択肢の一つです。以前Socketを使ったリアルタイムアプリで経験があり、同じ概念でNode.jsサーバーを用いたIoTプロジェクトを自習目的で作成しました。

このローバーはBluetoothでNode.jsサーバーと通信し、フロントエンドではSocketを使ってサーバーにコマンドを送信します。

プロジェクトの目的

Nodeサーバーとハードウェア（ローバー）間の無線通信を学習・実装し、Nodeサーバーが提供するモバイルWebページからSocket経由でローバーをリモート制御すること。

前提知識

Node、Socketプログラミング、L298モータードライバの基本知識が必要です。

必要なもの

• Arduino Uno ×1
• L298 モータードライバ ×1
• HC-05 Bluetoothモジュール ×1
• ジャンパーワイヤー
• 9V電池 ×2
• ギアードモーター（6-9V） ×2
• 互換ホイール ×2
• シャーシ
• Node.jsインストール済みのコンピューター（サーバー用）

ステップ1：ローバーの組み立て

組み立ては複雑ではありません。「2輪シャーシキット」をオンラインで購入すれば、組み立てに必要な部品がすべて揃っています。

Arduino UnoとL298モータードライバをローバーの上面に搭載し、それぞれ別の9V電池で駆動します。Arduino UnoがHC-05 Bluetoothモジュールに電源を供給し、サーバーと通信します。

回路図

上図の通り、L298モータードライバは9V電池で駆動し、2つのモーター制御出力をモーターAとBに接続。モーターに極性はないためどちらの端子に繋いでも構いませんが、両モーターが同じ方向に回転するようにしてください。5Vレギュレータージャンパーは外さないでください。

注意： L298に12V以上を供給すると、オンボードの5Vレギュレーターが破損します。

Arduino Unoも9V電池で駆動（プラスをVinピン、マイナスを共通GND）。ArduinoがBluetoothモジュールに電源を供給するため、HC-05のVccをArduinoの5V、GNDをGNDに接続。

HC-05とArduinoのシリアル通信用に、HC-05のTXDをArduinoのRX、HC-05のRXDをArduinoのTXに接続。

L298制御用に、EN1とEN2をArduinoの任意のPWMピンに、Inputピン1〜4を任意のデジタルピンに接続。

データ伝送の流れ

1. ユーザーがNodeサーバーの提供するWebページにアクセス（URL例：192.XXX.XXX.129:8080）

2. Webページでボタンをクリックすると、Socket経由でサーバーに必要な関数実行を要求

3. HC-05とBluetooth接続しているNodeサーバーが、必要なデータをHC-05に送信

4. HC-05がシリアル通信でArduino UNOにデータを転送

5. Arduino UNOがL298モジュールを制御

ステップ2：サーバーのセットアップ

Node.jsをインストール（安定版ならどれでも。私はv11.15を使用）。以下のパッケージをインストール：

• node-gyp
• express
• node-bluetooth
• socket.io
• ejs

※ node-gyp のインストールは少し癖があり、最新版Nodeではサポートされていない場合があるため、Node v11.15の使用を推奨。

Webページでの操作イベントを受け取り、Socketでサーバーに通知、サーバーが対応する関数（Bluetoothへのデータ送信）を実行する仕組みです。

express と EJS でサーバーとWebページを作成し、望むコントロールを配置、Socket接続を設定します。ドキュメントを参照してください。

Bluetooth設定はこちらのドキュメントを参照。コントロールボタンがクリックされるたびにHC-05モジュールへメッセージが送られます。

私のシンプルなWebページ：

ステップ3：Arduinoコード

BluetoothとArduino Unoはシリアル通信でやり取りするため、「文字列」コマンドと、終了を示す追加文字を送信します。

例：前進コマンドは forwardT 。Arduino側では文字 T を検出したらシリアル通信完了とみなします。

受信した文字列コマンドに基づき、L298ドライバを制御して前進、後退、左折、右折、速度変更などを行います。

Arduinoコードは添付ファイルを参照。

ステップ4：最終結果

拡張と今後の展望

今後は音声コマンドでの制御、障害物回避機能を追加予定。また、走行距離、最高速度、平均速度などの統計をデータベースに記録したり、温度・光・湿度センサーを複数追加して定期的に記録・DB保存することも計画中。

次期バージョン

次のプロジェクト「モバイルで音声制御ローバー」をご覧ください。

コード

Node Rover Arduinoコード Arduino

const int en1 = 9;
const int en2 = 3;
const int inp1 = 2;
const int inp2 = 4;
const int inp3 = 7;
const int inp4 = 8;
char charRead;
String inputString = "";

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(en1, OUTPUT);
  pinMode(en2, OUTPUT);
  pinMode(inp1, OUTPUT);
  pinMode(inp2, OUTPUT);
  pinMode(inp3, OUTPUT);
  pinMode(inp4, OUTPUT);
}

void loop() {
  if (Serial.available()) {
    charRead = Serial.read();
    if (charRead != 'T') {
      inputString += charRead;
    } else {
      if (inputString == "forward") {
        digitalWrite(inp1, HIGH);
        digitalWrite(inp2, LOW);
        digitalWrite(inp3, HIGH);
        digitalWrite(inp4, LOW);
      } else if (inputString == "backward") {
        digitalWrite(inp1, LOW);
        digitalWrite(inp2, HIGH);
        digitalWrite(inp3, LOW);
        digitalWrite(inp4, HIGH);
      } else if (inputString == "fleft") {
        digitalWrite(inp1, HIGH);
        digitalWrite(inp2, LOW);
        digitalWrite(inp3, LOW);
        digitalWrite(inp4, LOW);
      } else if (inputString == "fright") {
        digitalWrite(inp1, LOW);
        digitalWrite(inp2, LOW);
        digitalWrite(inp3, HIGH);
        digitalWrite(inp4, LOW);
      } else if (inputString == "bleft") {
        digitalWrite(inp1, LOW);
        digitalWrite(inp2, LOW);
        digitalWrite(inp3, LOW);
        digitalWrite(inp4, HIGH);
      } else if (inputString == "bright") {
        digitalWrite(inp1, LOW);
        digitalWrite(inp2, HIGH);
        digitalWrite(inp3, LOW);
        digitalWrite(inp4, LOW);
      } else if (inputString == "break") {
        analogWrite(en1, 50);
        analogWrite(en2, 50);
        delay(550);
        digitalWrite(inp1, LOW);
        digitalWrite(inp2, LOW);
        digitalWrite(inp3, LOW);
        digitalWrite(inp4, LOW);
        analogWrite(en1, 150);
        analogWrite(en2, 150);
      } else if (inputString == "maxspeed") {
        analogWrite(en1, 250);
        analogWrite(en2, 250);
      } else if (inputString == "medspeed") {
        analogWrite(en1, 180);
        analogWrite(en2, 180);
      } else if (inputString == "lowspeed") {
        analogWrite(en1, 90);
        analogWrite(en2, 90);
      } else {
        digitalWrite(inp1, LOW);
        digitalWrite(inp2, LOW);
        digitalWrite(inp3, LOW);
        digitalWrite(inp4, LOW);
      }
      inputString = "";
    }
  }
}

回路図