如何用 Arduino 製作藍牙遙控車：逐步指南
2 分鐘
- 步驟 1：定義 Arduino 藍牙車的機械與電氣系統
- 步驟 2：為 Arduino Nano 遙控車 PCBA 選擇元件
- 步驟 3：設計 Arduino Nano 藍牙遙控車的電路圖
- 步驟 4：設計雙輪機器人車 PCBA 的 PCB 佈局
- 步驟 5：使用 PCBA 服務製造 Arduino Nano 藍牙遙控車
- 步驟 6：為 Arduino Nano 藍牙車控制編寫程式
- 步驟 7：使用手機控制 Arduino 藍牙遙控車
- 步驟 8：測試與優化 Arduino 藍牙控制車
- 結論
- 常見問題
本教學將逐步說明如何在一塊特別設計的 PCBA（印刷電路板組裝）上，使用 Arduino Nano 模組完成一輛雙輪藍牙遙控車的完整工程設計與實作。
雖然許多愛好者一開始會使用麵包板和跳線來連接馬達與藍牙模組，但這種方法容易發生斷線和訊號雜訊。本指南將升級這個過程，教您如何設計專業的主機板。
主要設計特點：
● 控制器：使用 Arduino Nano 作為可插拔模組。
● 驅動系統：兩個 N20 直流減速馬達，配置為差速驅動。
● 驅動器：表面黏著型 TB6612FNG MOSFET 驅動器。
● 製造：專業組裝 [PCB 組裝服務 → JLCPCB PCBA] 以確保可靠性。
步驟 1：定義 Arduino 藍牙車的機械與電氣系統
選擇差速驅動系統
這個機器人不依賴阿克曼轉向（像真實汽車那樣），而是採用差速驅動系統。
機制： 配置包含兩個強大的 N20 直流馬達，它們可以獨立運作，並位於底盤的兩側。
轉向邏輯：
前進： 兩個馬達以相同速度旋轉（VL = VR）。
轉彎： 一個馬達比另一個旋轉得慢（VL ≠ VR）。
■ 左轉： VL > VR
■ 右轉： VL < VR
零半徑轉彎： 馬達以相反方向旋轉。
穩定性： 使用一個前置被動球型腳輪作為第三個接觸點，以減少摩擦並實現全向移動。
規劃電氣架構
本專案中的中央處理單元是 Arduino Nano。它控制三個最重要的子系統：
1. 通訊： 處理來自 HC-05 藍牙模組通過 UART 進行的數據傳輸。
2. 馬達控制： 為馬達驅動器產生 PWM 訊號。
3. 電源分配： 調節電池電壓以供邏輯電路和馬達驅動使用。
至關重要的是，馬達驅動器 IC 隔離了 Arduino Nano 敏感的邏輯引腳，使其免受 N20 馬達產生的高電感電壓尖峰的影響。
如果電池電壓低於馬達的額定電壓，則會使用升壓轉換器（例如 XL6009）通過馬達驅動器向馬達提供全電壓，從而提高電池電壓。
| 子系統 | 元件 | 用途 |
|---|---|---|
| 控制器 | Arduino Nano | 馬達與藍牙控制邏輯 |
| 馬達 | N20 直流馬達 (x2) | 差速驅動致動 |
| 升壓模組 | XL6009 | 從電池升壓 |
| 通訊 | HC-05 | 藍牙 UART 介面 |
| 支撐 | 球型腳輪 | 前方機械穩定性 |
使用 N20 馬達的 Arduino Nano 藍牙遙控車系統概覽表
步驟 2：為 Arduino Nano 遙控車 PCBA 選擇元件
選擇正確的元件對於構建機器人 PCB 組裝是必要的。
| 元件 | 數量 | 備註 |
|---|---|---|
| Arduino Nano | 1 | 可插拔模組（排針安裝） |
| N20 直流馬達 | 2 | 差速驅動 (6V-12V) |
| TB6612FNG | 1 | 雙 H 橋驅動器 (SMD) |
| XL6009 | 1 | 升壓轉換器模組 |
| 翹板開關 | 1 | 用作切換（開/關）的斷路開關 |
| HC-05 | 1 | 藍牙 UART 模組 |
| 球型腳輪 | 1 | 前方被動支撐 |
使用 N20 馬達的 Arduino Nano 藍牙遙控車 PCBA 物料清單表
步驟 3：設計 Arduino Nano 藍牙遙控車的電路圖
分配 Arduino Nano 引腳用於馬達和藍牙控制
正確的引腳映射對於 PWM 產生至關重要。
| 功能 | Arduino Nano 引腳 |
|---|---|
| 馬達 A PWM | D5（支援 PWM） |
| 馬達 A 方向 | D6, D7 |
| 馬達 B PWM | D10（支援 PWM） |
| 馬達 B 方向 | D8, D9 |
| 藍牙 RX | D0 (RX) |
| 藍牙 TX | D1 (TX) |
周邊設備的 Arduino Nano 引腳分配
為差速驅動連接馬達驅動器
● 輸入： AIN1/AIN2 連接到 Nano D6/D7 以控制方向（順時針/逆時針），而 BIN1/BIN2 連接到 Nano D8/D9 以控制方向（順時針/逆時針）。
● 速度： PWMA/PWMB 連接到 Nano D5/D10。
● 待機： TB6612FNG 上的 STBY 引腳必須拉高（至 VCC）或由 GPIO 控制以啟用馬達。
● 輸出： AO1、AO2 和 BO1、BO2 連接到左側 N20 馬達端子。
連接藍牙模組以實現手機控制
直接連接： HC-05 TX 連接到 Arduino RX，HC-05 RX 連接到 Arduino TX
Arduino 藍牙控制雙輪遙控車（使用 N20 馬達）的電路圖
步驟 4：設計雙輪機器人車 PCBA 的 PCB 佈局
優化元件佈局
● 置中： 電池座應精確定位在中間，以便重量均勻分佈。
● 邊緣放置： 將 HC-05 模組放置在電路板邊緣。PCB 銅箔區域不應延伸到藍牙天線區域下方，以避免訊號屏蔽。
● 連接器： 將用於 N20 馬達的 JST 或螺絲端子精確放置在馬達實際安裝的位置，以縮短導線長度。
在 PCB 上安全佈線高電流馬達走線（關鍵設計技巧）
● 走線寬度： 承載通往 N20 馬達電源的走線必須夠寬。使用計算器（IPC-2221）來確定尺寸，至少能承受 1A 連續電流（通常 ≥ 20 mil）。
● 迴路面積： 保持馬達電流的去程和回程路徑靠近，以最小化電感和輻射雜訊。
● GND 鋪銅： PCB 上的 GND 鋪銅會用連接到地的銅箔填滿開放區域，建立一個實心的接地平面。它的作用是減少 EMI、提供低阻抗訊號返迴路徑、幫助散熱以及穩定電壓，這對於複雜或高速設計中的訊號品質和生產非常重要。
針對 PCBA 優化的 Arduino 藍牙遙控車 PCB 佈局
步驟 5：使用 PCBA 服務製造 Arduino Nano 藍牙遙控車
產生用於 PCBA 的 Gerber、BOM 和 Pick-and-Place 文件
要使用 JLCPCB PCBA 服務，您必須從您的 EDA 軟體（例如 EasyEDA 或 KiCad）匯出三個特定文件：
1. Gerber 文件： 定義物理銅層、阻焊層和鑽孔。
2. BOM（物料清單）： 一個包含製造商零件編號的元件列表。
3. CPL（元件放置列表）： SMT 貼片機的座標（X、Y、旋轉）。
JLCPCB 2D Gerber 檢視器顯示不含元件的 Arduino 遙控車電路板走線。
3D 預覽顯示已組裝的元件
在 JLCPCB 訂購 Arduino 藍牙控制車的 PCB 和 PCBA
完成設計後，您可以按照以下步驟訂購您的組裝電路板：
1. 上傳 Gerber 文件： 前往 JLCPCB 網站並上傳包含您 Gerber 文件的 zip 檔案。檢視器將顯示您的電路板設計。
JLCPCB 訂單頁面，顯示裸 PCB 的 Gerber 檢視
2. 選擇 PCBA： 將「PCB 組裝」選項切換為 開啟。
PCBA 訂單經濟型頂面
3. 選擇設定： 選擇「組裝頂面」（因為我們的 SMT 元件在頂面），然後根據您的複雜度決定「經濟型」或「標準型」組裝。
4. 上傳 BOM 和 CPL： 上傳在前一步驟產生的特定文件。
5. 零件選擇： 系統會將您的 BOM 項目與 JLCPCB 零件庫進行比對。驗證零件並查看 3D 預覽以確認方向正確。
6. 訂購： 前往結帳。JLCPCB 工程師將在開始生產前進行 DFM（可製造性設計）審查。
為何 PCBA 使 Arduino 藍牙控制車更可靠
● 抗雜訊能力： 與充當天線的跳線相比，實心 PCB 接地平面大幅減少了電磁干擾。
● 抗震性： N20 馬達會產生振動。PCB 上的焊點比麵包板連接更耐用。
| 指標 | 麵包板 | PCBA |
|---|---|---|
| 抗雜訊能力 | 差 | 高 |
| 耐用性 | 低（導線容易鬆脫） | 高（焊接） |
| 可重複性 | 低 | 極佳 |
Arduino Nano 機器人車的麵包板接線與 PCBA 比較
步驟 6：為 Arduino Nano 藍牙車控制編寫程式
構建用於遙控車控制的 Arduino 韌體
所以程式碼的作用是接收來自序列埠的字元，並將其轉換為馬達差速。
#include <SoftwareSerial.h>
// 馬達引腳
const int enA = 5;
const int inA1 = 6;
const int inA2 = 7;
const int enB = 10;
const int inB1 = 8;
const int inB2 = 9;
// ... 定義其他引腳
void setup() {
Serial.begin(9600); // 藍牙鮑率
pinMode(enA, OUTPUT);
pinMode(inA1, OUTPUT);
pinMode(inA2, OUTPUT);
pinMode(enB, OUTPUT);
pinMode(inB1, OUTPUT);
pinMode(inB2, OUTPUT);
}
void loop(){
//您的邏輯程式碼放在這裡
}
實作差速驅動邏輯
● 左轉： 當右馬達以速度 X 向前旋轉，而左馬達停止或向後旋轉時，機器人左轉。
○ 程式碼邏輯：
analogWrite(RightMotor, 200);
analogWrite(LeftMotor, 0);
● 右轉： 左馬達以速度 X 向前旋轉，而右馬達停止或向後旋轉。
○ 程式碼邏輯：
analogWrite(RightMotor, 0);
analogWrite(LeftMotor, 200);
● 原地旋轉（零半徑）：
○ 程式碼邏輯：左馬達向後，右馬達向前。
加入安全邏輯以防止馬達和電源故障
● 故障安全： 如果藍牙連線中斷，機器人的動作應停止，而不是繼續行駛。
● 緩升： 應避免 PWM 從 0 立即跳到 255，以保護 N20 馬達內的塑膠齒輪。
步驟 7：使用手機控制 Arduino 藍牙遙控車
將藍牙模組與行動裝置配對
1. 為 PCBA 通電。HC-05 LED 應快速閃爍（配對模式）。
2. 在手機上開啟藍牙設定，並與「HC-05」配對。
3. PIN 碼： 通常是 1234 或 0000。
使用藍牙手機 App 控制遙控車
使用標準的「藍牙電子」App。
● 配置： 將「前進」箭頭按鈕對應到發送字元 'F'。將「左轉」對應到 'L'，以此類推。
● 數據流： 手機 App → 藍牙 —> HC-05 $\rightarrow$ Arduino Nano (RX) → 韌體邏輯 → TB6612FNG → 馬達。
步驟 8：測試與優化 Arduino 藍牙控制車
對 PCBA 和馬達進行電氣測試
在插入 Nano 之前：
1. 使用電池為電路板供電。
2. 三用電表檢查：測量排針上的 5V 引腳。必須是穩定的 5V。如果是 7V 以上，請勿插入 Nano！
3. 堵轉電流：在抓住車輪的同時測量電流，確保熱走線不會過熱。
驗證機械性能
● 平衡： 確保電池置中，以免機器人傾倒。
● 腳輪阻力： 如果前方球型腳輪有拖曳現象，請潤滑它或更改 N20 馬達支架的高度。
結論
本教學展示了如何透過 PCBA，將一輛簡單的雙輪 Arduino Nano 藍牙遙控車提升為一個可靠的工程專案。
使用專業製造取代麵包板，可確保您的機器人能為 N20 馬達提供完美的動力、擁有不中斷的藍牙通訊，並且機械強度足以應對實際應用。
準備好開始您的製作了嗎？
匯出您的 Gerber 文件，並透過 JLCPCB PCBA 入口網站開始您的 Arduino Nano PCBA 專案，立即製造您的客製化電路板！
常見問題
問題 1：如果 TB6612FNG 驅動器在零件庫中缺貨怎麼辦？
JLCPCB 擁有龐大的零件庫，但庫存狀況會變動。您可以使用「預訂」選項為您保留零件，或者查看列為相容的 L9110S 驅動器是否符合您的電壓需求，作為替代方案。
問題 2：我需要訂購鋼板嗎？
如果您使用 PCBA 服務，則不需要。JLCPCB 會製作自己的內部鋼板來塗抹錫膏。只有當您打算自己在家焊接 SMT 零件時，才需要鋼板。
問題 3：JLCPCB 的「基礎」和「擴展」零件有什麼區別？
「基礎」零件已裝載在送料器上，無需人工費用。「擴展」零件則需要少量人工費用來裝載卷盤。為了節省成本，在選擇電阻、電容和 LED 時，請篩選「基礎」零件。
問題 4：我可以用標準的 9V 電池為這個 PCBA 供電嗎？
我們強烈建議不要這樣做。標準的 9V (PP3) 電池無法提供馬達所需的高電流。請使用 2S 鋰離子電池組 (7.4V) 或 6 顆 AA 電池以獲得可靠的性能。
問題 5：為什麼插入藍牙模組時，程式碼上傳會失敗？
HC-05 使用與 USB 連接埠相同的硬體序列引腳（D0/D1）。在將草稿碼上傳到 Arduino Nano 期間，您必須斷開藍牙模組，或者可以在藍牙模組的電源線上添加一個開關。
持續學習
什麼是焊接用的助焊劑？類型、用途與應用完整指南
助焊劑（Flux）是一種化學清潔劑，用於去除金屬表面的氧化層、改善錫的流動性（潤濕效果），並在加熱過程中防止再次氧化。它確保了電子產品和 PCB 組裝中的強大可靠電氣連接。 無論你是在修理斷線還是組裝印刷電路板（PCB），達成完美焊點都是至關重要的。助焊劑在清潔金屬表面、提升錫流動性及防止加熱氧化方面扮演關鍵角色。 什麼是焊接用助焊劑？ 助焊劑是一種化學化合物，通常來自松香（樹脂）或合成材料。在焊接前與焊接過程中使用，作為淨化劑，準備元件與 PCB 焊盤表面與熔融錫形成結合。 為什麼助焊劑在電子焊接中不可或缺 金屬暴露在空氣中會自然形成一層微小氧化層，焊錫無法附著於氧化金屬上。焊接需要助焊劑嗎？絕對需要。若無助焊劑，熔融錫會凝成小球而無法附著，造成弱電連接或焊點失效。 助焊劑在 PCB 組裝中的作用 在專業 PCB 製造中，助焊劑不可或缺。它確保高密度 SMT 與通孔組裝元件完美附著，避免短路，並保證長期可靠性。 圖示：對比光亮、助焊劑處理過的焊盤與暗淡氧化焊盤。 助焊劑在焊接中做什麼？ 其主要作用是克服金屬在加熱時無法結合的化學與物理障礙。助焊劑在焊接時執行三個關鍵功能： 去除金屬表面氧化層 降......
什麼是焊膏？成分、用途與 PCB 組裝完整指南
什麼是錫膏？ 錫膏是一種灰色膏狀物，由微小金屬粉末與黏性助焊劑混合而成。在電子製造中，它主要用於表面黏著技術 (SMT)，可暫時將元件固定於 PCB 上。經過回流加熱後，錫膏會熔化並形成永久且可靠的電氣與機械連接。 本指南將介紹： 錫膏組成：金屬粉末與助焊劑的比例與成分。 核心功能：在 SMT 組裝中的關鍵角色。 可用類型：合金、助焊劑系統及 IPC 顆粒尺寸。 塗佈方法：PCB 組裝中的最佳操作流程。 錫膏在 PCB 組裝的作用 錫膏的粘性可固定元件，防止移位；加熱後，金屬粉末熔化，形成可靠焊點。 主要功能 提供低阻抗電氣連接 機械固定元件 支援自動化高效量產 錫膏組成 錫膏由 金屬粉末 與 助焊劑 組成，另含添加劑改善性能。 金屬粉末 約佔重量的 85-90%，體積約 50%。現代以無鉛 SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) 為主。 助焊劑 化學清潔劑，清除焊盤與引腳氧化層，防止重新氧化，保護焊接品質。 添加劑 稠度劑與溶劑，讓錫膏在印刷時易流動，打印後又能迅速變稠，防止塌陷或短路。 合金類型 成分 熔點 適用場景 含鉛 Sn63/Pb37 183°C 業餘、舊電子產品、維修......
電阻符號完整新手入門指南：意義、類型與實際電路範例
電阻符號是用來繪製電子電路的基本「字母表」。嚴格來說，它是一種標準化圖形表示方式，用來代表一個被動式雙端電氣元件，該元件在電路中提供電阻作用。 本指南會從簡單的視覺辨識到進階電路圖繪製，逐步拆解這些符號，幫助你銜接數位圖面與實體 PCB 佈局之間的差距。 在本指南中，你將學到： 什麼是電阻符號 電阻符號的類型 ANSI 與 IEC 的差異 如何閱讀電阻符號 電阻符號圖表（快速參考指南） 電阻符號類型 不同類型的電阻符號，用來表示電阻在不同條件下於電路中的作用方式。主要的電阻符號類型包括固定電阻、可變電阻、溫度相關電阻與光敏電阻。以下列出電路圖中最常見的電阻符號，方便快速參考。 固定電阻符號 電阻值固定，不可調整。這是一種具有固定數值、且不會改變的標準電阻器。它代表一個線性、被動元件，具有固定歐姆值。無論是高瓦數繞線電阻，還是微小的 SMD 元件，其電路圖符號都保持相同。 提示：若後續需要辨識實體零件，可參考 SMD 電阻代碼指南。 可變電阻符號 可透過手動控制調整電阻值。這是可手動調整電阻器的一般符號，例如音量旋鈕。通常會以一支箭頭穿過基本符號來表示。 電位器符號：三端式分壓器。電位器可作為可調式......
二極體符號指南：意義、類型與電路圖範例
二極體符號是工程師用來表示二極體如何在電路中控制電流流向的視覺語言。 你可以把二極體想成電子電路中的單行道。它就像一個閥門，只允許電流朝一個方向自由流動。電路圖符號基本上就是一張視覺地圖，清楚呈現這種單向通行的概念！ 你將在本指南中學到： 辨識陽極與陰極（極性） 了解順向偏壓與逆向偏壓 認識常見二極體符號類型 查看實際電路範例 一步步讀懂二極體符號 從電路圖轉換到 PCB 二極體符號圖片（快速參考） 圖：標準二極體（接面二極體）、稽納二極體、LED、蕭特基二極體、光二極體、穿隧二極體、變容二極體、定電流二極體、SCR、DIAC 與 TRIAC 的電路圖符號。 二極體符號類型 電路圖中最常見的二極體符號包括標準二極體（PN 接面）、稽納二極體、LED、蕭特基二極體、光二極體、穿隧二極體、變容二極體、SCR、DIAC 與 TRIAC。 不同應用需要不同類型的二極體。 雖然它們都共享基本的三角形加直線結構，但陰極線上的細微變化會用來表示特定功能。 以下是快速參考表： 二極體類型 符號說明 主要功能 標準二極體 （PN 接面／整流二極體） 三角形指向一條垂直直線。 AC 轉 DC、基本訊號導引、極性保護。......
電感符號指南：不同類型與電路圖範例
在電子學中，電感器符號是用於原理圖中表示線圈的標準圖形符號。從技術上來說，它代表一種被動式雙端子元件，能透過在磁場中儲存能量，抵抗電流變化。無論你是在設計複雜的降壓轉換器，還是在診斷簡單的無線電電路，理解電感器符號的意義都非常重要。 你將學到的內容 1. 了解電路圖中電感器符號的意義 2. 辨識不同類型的電感器符號 3. 學習點標記慣例與極性概念 4. 逐步閱讀電感器符號 5. 查看實際電路圖範例 6. 將原理圖轉換為 PCB 設計 圖：多種實體電感器放置在電路原理圖上，展示不同的電感器符號圖。 電路圖中的電感器符號是什麼？ 圖：標準電感器符號圖，以線圈形狀表示電路中的電感。 電感器原理圖符號通常會畫成一串相連的半圓或線圈。這種線圈表示方式對應實際繞在磁芯上的導線結構，其電感值以亨利（H）為單位，並以字母「L」表示。 電感器符號的關鍵功能： 在磁場中儲存能量 抵抗電流的快速變化 用於電源轉換、RF 與濾波器 為什麼電路圖中會使用電感器符號？ 表示電磁能量儲存 顯示其對高頻雜訊的濾波作用 指出特定子電路中的電感行為 電感器符號的使用位置：電源、RF、濾波電路 電源供應器，例如切換式穩壓器 RF 電路......
開關符號指南：含義、類型與電路圖示例及實際應用
你可以把開關想像成電子電路中的吊橋。當橋放下時，交通，也就是電流，就能順暢通過；當橋升起時，路徑被切斷，一切就會停止。 只要理解紙面上的電氣開關符號，你就能快速判斷裝置如何開啟、如何導引訊號，或如何觸發動作。學會這些基礎符號，能讓電路故障排除變得更快速、更直覺。 在本指南中，你將學到： 1. 了解電路圖中開關符號的意義 2. 辨識不同類型的開關符號（SPST、SPDT、DPDT） 3. 學習常開與常閉開關 4. 逐步閱讀開關符號 5. 查看實際電路範例 6. 在 PCB 設計中使用開關符號 圖：從原理圖中的開關符號，轉換為安裝在 PCB 上的實體開關元件。 開關類型與其符號 電路圖中最常見的開關符號類型包括： SPST 開關符號（Single Pole Single Throw，單刀單擲）：最簡單的 ON／OFF 控制。 SPDT 開關符號（Single Pole Double Throw，單刀雙擲）：可在兩條不同電路路徑之間選擇。 DPDT 開關符號（Double Pole Double Throw，雙刀雙擲）：可同時控制兩個獨立電路。 按鈕開關符號（NO／NC）：用於使用者輸入的瞬時動作。 撥......