Arduino單片機使用和開發問題記錄

一、將程序上傳到板子時Arduino IDE提示「avrdude: stk500_getsync(): not in sync: resp=0x00」

網上查遇到這個問題的人比較多，有說驅動問題的，有說IDE設置問題的。具體到我遇到的這個狀況，緣由是板子上插了RF24無線傳輸模塊（也許線尚未插對），拔掉之後再上傳程序就正常了。

二、nRF24L01+無線透傳使用問題

Arduino官網上彷佛推薦Mirf這個庫，遇到一個問題，接收端運行幾分鐘後中止響應；試了另一個RF24庫，遇到傳輸不穩定的問題，一時沒有解決，仍是回到Mirf了，以前的中止響應問題沒有再出現。

這個論壇關於無線透傳的討論很多，雖然用arduino的很少。

Mirf的地址問題：Mirf的address是有長度要求的，例如能夠用「serv1」、「clie1」做爲地址，長度太短會致使沒法傳輸，例如用「cl2」做爲地址。試了好屢次才發現這個問題。

nRF24L01模塊（使用Mirf庫時）的自動應答問題：項目裏使用一個nRF24L01（服務端）接收多個nRF24L01（客戶端）的消息，發現客戶端之間互相收到本應發到服務端的消息，通過屢次試驗，發現應該與nRF24L01的自動應答機制有關。在Mirf.cpp的setTADDR方法裏能夠看到，目標地址被同時寫到RX_ADDR_P0和TX_ADDR這兩個寄存器裏，前者是接收自動應答使用的（一個nRF24L01能夠有6個接收地址同時工做），致使peer發到服務端的消息也被看成自動應答了。爲避免這種干擾，我實驗下來的方法是：每一個客戶端在發送數據以前先setTADDR到一個無效且惟一的地址，在send以前那一刻再使用setTADDR將地址設置到服務端的地址，發送完成後立刻setTADDR到那個無效地址。

三、Arduino與Android經過usb通信

利用usb-serial-for-android這個開源項目。注意，兩側的baudrate要設置一致；android端讀取到的數據多是不完整數據，須要多讀幾回以便補齊。

「The nature of hardware device interfaces like these is that there is typically no guarantee your data will arrive in a single read(). If you expect 16 bytes of data, you need to read(), successively, until you have received all 16.  If you want to read until there is a newline, you will need to scan all characters until you find a newline -- and then save anything received after it for later.」 來源連接

四、關於arduino設備的惟一ID

最後決定使用的方案是：寫一個專門的小程序（量產程序），對每一個arduino運行一次，在EEPROM裏寫入惟一的id號。正式程序運行時只需讀取，不作修改。代碼參考

注意：EEPROM的擦寫次數是有限制的，通常標稱爲10萬次，但有人聲稱實驗結果只有100次左右。還好，這個比較靠譜的實驗測試結果是超過100萬次，總之寫入EEPROM時慎重。

五、溫溼度傳感器DHT11

3.3v/5v通用，接數字信號口，使用DHT11這個庫得到數據。DHT11精度不高，若要求高可以使用DHT22（也叫AM2302）。

六、同一段代碼在兩塊板子上運行效果不一樣

兩塊板子都是uno+sensor shield+nrf24l01，其中一塊運行徹底正常，另外一塊沒法接收到消息（能夠發送消息）。交換sensor shield（連同上面的nrf）無效，交換usb線無效，接外接12v電源無效。最後發現若是在代碼的loop()里加delay(100)則基本能接收到消息，但還有部分丟包。兩塊板子是從不一樣賣家處購買的，看來仍是有區別啊。

七、Arduino nano v3.0接nrf24l01模塊不工做問題

nano直接連nrf24l01模塊沒法收發數據；但用nano先接傳感器擴展板（sensor shield，像這種），再把nrf24l01接到擴展板上，則工做正常。仔細檢查過連線沒有問題，且分別替換過nano和nrf模塊usb線等，都沒有效果。最後發現nano板子上的3.3v針腳電壓不對，幾乎是零，聯繫賣家檢查後說是nano上少一根線，要把usb口背後的兩個電容（C1和C7）靠近芯片的引腳短接，照此方法問題解決。而擴展板上的3.3v針腳是用asm1117-3.3從5v降壓得來，因此沒有這個問題。

nano的官方文檔說只有用usb供電時3.3v針腳纔有電壓，但經實驗，我手上的這一版（電容短接後）不論用usb供電仍是經過vin供電，3.3v針腳都有3.3v電壓。

八、沒法上傳程序到arduino pro mini

使用ft232rl鏈接arduino pro mini，上傳程序時提示：

stk500_getsync(): not in sync: resp=0x00

上傳時按reset按鈕不起做用，DTR線也已經鏈接。通過反覆實驗，發現兩個問題致使這個現象：1)arduino上的RX應該接ft232rl的TX，TX接RX，我一開始接反了；2）一開始用的FTDI的驅動是最新的2.0.8.30，在這個帖子的提示下，降級到2.0.8.24後問題解決。PS.最好搜索並下載CDM20824_Setup.exe文件以便強制降級。

又測試了一下DTR線的做用，若是鏈接了DTR線，直接上傳程序就能夠成功；若是不鏈接DTR線，在提示Uploading時馬上按一下arduino的reset按鈕，也能夠上傳成功，不按按鈕則上傳失敗。

Update 2014/2/19: 不知道什麼緣由，ft232rl又沒法上傳程序到arduino pro mini了。這個帖子裏有人提到在DTR線上加一個100nF的電容是關鍵的一步，但我手邊沒有這個電容，並且即便我不鏈接DTR線採用手動reset的方式仍然不行。後來使用PL2303模塊的下載線（只有四個腳，與ft232rl相比少了DTR腳）配合手動reset方式能夠正常上傳程序到arduino。

九、Arduino的數據類型

Arduino的長整型是32位的，而Java裏是64位，互傳數據時別搞錯了。關於arduino裏的數據類型

十、電池供電方案

我花了很多時間在研究各類供電方案上，要平衡電池容量和帶來的體積增長，還要考慮電池成本因素：

方案1: 5號/7號乾電池供電，爲達到至少3.3v的電壓以便驅動arduino pro mini+nrf24l01，須要至少三節電池，體積太大放棄；

方案2：CR2032鈕釦電池供電，一樣電壓不足（標稱3V），實測3.2V但後來會有電壓降低，在3V左右arduino能啓動但無線模塊不正常；

方案3：3.7V鋰電池供電，這是目前採用的方案，目標是讓一塊250mAh的鋰聚合物電池能維持設備運行2個月以上。爲節約成本和體積，鋰電池充電模塊將採用外置的方式。

這段代碼能夠檢測當前VCC腳的電壓（僅支持328和168），有助於實現提示電池電量不足，我在pro mini 5v上實測可用。

十一、減少工做電流

目前採用arduino pro mini 5v/16MHz版本，這個版本在tb上的售價爲13元人民幣左右，而3.3v/8MHz的版本要17元左右，實測5v版本用3.3v電源（輸入VCC）仍然可用，只是這時核心頻率可能會低於16MHz，影響不大。

爲減少工做電流以得到儘量長的工做時間，設備絕大多數時間進入睡眠模式（使用LowPower庫），利用watchdog週期性醒來發送數據，而後馬上回到睡眠模式。參考連接

nrf24l01模塊也須要同時睡眠和醒來，使用Mirf庫裏的powerDown()命令。

實測電流：pro mini 5v版本，3.7v鋰電池供電，HT7533穩壓，LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF)同時Mirf.powerDown()，電流1.48mA。

傳感器供電：若是直接將傳感器接在5v或3v3上，傳感器會一直消耗電流。爲了節電，能夠將對電流要求不高的傳感器接在digital輸出上，當arduino須要使用傳感器時再對它通電。參考連接1、參考連接2

十二、TP4056充電板的充電電流問題

tb上買的TP4056芯片的鋰電池充電板，要更改的Rprog是在電路板下方中部（電路板上文字方向爲正）的一個小貼片電阻，出廠時阻值是1.2k。我須要90mA的充電電流，按照說明，替換成15k左右的電阻。

測試充電電流時遇到一點問題：發現充電電流比預想的要低，77mA左右，並且幾乎一開始就緩慢降低，並非恆流的。查了一些資料後發現，我是把萬用表串接到BAT+口上的，而萬用表對這個電流形成了影響，由於使用不一樣的檔位測出來的電流值不一樣，高檔位顯示的電流比較高。實際應該串接到In+口，或者測量Rprog電阻的電壓而後(V/Rprog)*1200獲得充電電流。參考連接

1三、analogRead(0)與analogRead(A0)的區別？

若是這個帖子所說屬實，在Arduino IDE 0022以上這兩個命令沒有區別，A0的值爲14，而analogRead(0)等價於analogRead(14)。補充：又找到一個帖子說的比較詳細。

1四、搭建最小系統的問題

a) 我在tb上買的usbasp，vcc腳竟然與gnd腳短接(!)，vcc腳旁邊的那個看不清字的腳有5v電壓；後來仔細一看，是文字距離對應的針腳太遠，以至於串行了。

b) 我使用Atmega168pa做爲核心搭建最小arduino系統，在arduino ide 1.5.5裏選擇board -> arduino ng or older，用usbasp燒錄bootloader時會提示下面的錯誤：

 avrdude: Expected signature for ATMEGA168 is 1E 94 06

緣由是atmel168pa與atmel168這兩個芯片的簽名不同，arduino自帶的avrdude沒法識別。按照這個帖子的方法能夠解決，不過多是arduino ide版本不一樣的緣由，原帖裏的內容須要略做修改，按照ide的錯誤提示來改便可。另外一個帖子，雖然我沒實際試驗，但也值得一看。

c) 順便提醒一下用「麪包板專用電源」的，要注意電源插針的極性——電源插在麪包板兩端時正負極恰好是反過來的。

d) 多是麪包板不太牢靠，在麪包板上搭的最小系統很不穩定，後來焊到洞洞板上就沒有問題。

e) 若是使用programmer（例如usbasp）刷sketches到最小系統，注意每刷一次EEPROM都會被清除，解決的辦法是將EESAVE熔絲位設置爲1（見這個連接）。

f) 爲了方便調試，以及解決programmer刷sketches致使EEPROM被清除的問題，我決定仍是用ttl（pl2303）上傳程序。鏈接好Vcc, Gnd, Tx, Rx後發現upload會失敗，reset不起做用，在網上找到這個帖子提到boards.txt裏upload.protocal的設置問題，打開boards.txt將原來的pro.upload.tool=avrdude改成pro.upload.tool=stk500，再刷一遍bootloader，使用ttl就正常了。

補充：後來使用ttl上傳時又提示missing "upload.params.quiet"錯誤，將pro.upload.tool改回爲avrdude解決，比較奇怪。

1五、最小系統在5v下工做但在3.3v下不工做

仍是atmega168pa芯片，配合8MHz外部晶振，搭好的最小系統上傳blink程序，在5v輸入下led閃爍，但換成3.3v輸入led不亮。測量pin13的電壓輸出爲0.5v左右且保持不變，說明blink程序沒有正常執行。後來發現緣由是3.3v輸入只接到vcc而沒有接到avcc腳上。進一步測試，若是3.3v只接avcc，led也會閃爍但比較暗，pin13輸出電壓爲2.2v左右。說明vcc與avcc須要都接到3.3v供電才能夠。

在atmega的datasheet裏有這樣的說明：「AVCC AVCC is the supply voltage pin for Port A and the A/D converter. It should be externally connected to VCC, even if the ADC is not used. If the ADC is used, it should be connected to VCC through a low-pass filter. 」

1六、使用Eagle製做電路板

爲了進一步縮小成品尺寸，我決定設計本身的電路板，而後再tb上找工廠打樣生產。一開始考慮使用protel作這件事，後來發現eagle更合適，首前後者是能夠無償使用的不須要破解，其次eagle的官網上就有不少元件庫能夠下載，與arduino有關的庫也比較豐富。eagle上手也不難，推薦看一下Sparkfun上的兩篇教程（連接1，連接2）基本就能夠開始幹活兒了。

下圖我設計的第一個PCB板（已送去打樣），尺寸爲25mmx42mm，電路板上主要集成了基於atmega328p的arduino最小系統和nrf24l01接口，用來實現傳感器數據的無線上傳，低功耗設計使用250mAh的鋰電池供電2個月左右。徹底手工佈線，雖然過程磕磕絆絆，但仍是挺有成就感的。

上圖是初版設計，打樣回來發現幾個問題：1)絲印有重疊，緣由是雖然在eagle裏隱藏了一些層，但gerbers文件裏這些層仍然可見；解決辦法是在pcb設計圖裏smash元件，而後刪除掉與絲印重疊的name和value；2)有三條線沒有連通（見上圖中的三條細黃線），設計時本來覺得地線都靠覆銅連通的就沒有管，其實覆銅不是哪裏都能覆蓋到的，因此打樣前要保證全部飛線都route過（點擊ratsnest工具提示nothing to do就表示全部飛線都route好了）。

第二版的設計裏改正了初版中的問題，並對一些元件進行了從新佈局。

第三版的改動比較大：裏把配對按鈕的下拉(pull-down)改成上拉(pull-up)以便與習慣一致，另外修改了電源接口和傳感器接口，atmega328芯片採用45度角佈局方便走線，led從0603改成0805方便焊接，aref與3v3斷開但保留一個跳線，將晶振改成貼片封裝，nrf24l01模塊設計在電路板背面以便在焊接後仍然能修改（拆）正面的元件。

16.1 經常使用單位換算

Eagle裏的鑽孔尺寸單位是英寸inch，乘以39.4就是毫米，例如0.02inch=0.508mm。打樣前要注意廠家對最小鑽孔的要求，通常不能低於0.4mm，由於鑽孔越小使用的鑽頭越小，價格也越貴。

1mil = 1/1000英寸 = 0.0254毫米

1英寸 = 25.4毫米

1毫米 = 39.4mil = 0.0394英寸

16.2 PCB板覆銅

在PCB板上覆銅對走線頗有幫助，雙面板通常有一面的覆銅用於地線，上面提到的Sparkfun的pcb教程裏有覆銅的使用方法。

可是要注意，有些地方因爲被其餘走線包圍，會致使覆銅沒法到達，這些地方一般會有遺留的連線（例如上圖中兩個10uF電容之間）須要手工route，若是不route這些線在成品線路板上就只能飛線補救了。

1七、從Eagle導出gerbers文件

爲了打樣，須要給工廠提供設計文件，但不是每家工廠都接受eagle的源文件，同時提供源文件也容易被別人複製本身的設計。所以須要將eagle格式的設計文件導出爲gerbers文件，這個絕大多數工廠都接受的文件格式。我在網上找到了一個簡易教程《Eagle PCB 生成Gerber文件步驟》，做者孫民強，按照教程所說的步驟打樣「基本」成功。

此次打樣比較明顯的一個問題是，雖然在eagle裏隱藏了tNames層，但導出gerbers之後這個層依然存在，致使元件自帶的Name與tPlace層的文字同時出現產生重疊。解決方法是先smash帶有Name的元件，而後就能夠移動或刪除Name，從而只保留tPlace層。也許在導出gerbers過程當中也能夠作一些設置達到相同目的吧，暫時沒有研究。

使用viewmate免費版能夠查看gerbers文件。

1八、電路板焊接注意

焊接atmega芯片前，先確保芯片已經刷好bootloader，用arduino ide刷時要注意選擇正確的board類型（例如arduino pro or pro mini）；處理器類型最好也選一下（例如atmega328(3.3v 8MHz)）.

貼片LED極性：有彩色線的一端是負極，「|>」指向的一端是負極。

焊接很小的貼片元件時這樣比較容易：先在其中一邊焊盤上掛上錫，而後用鑷子夾住元件貼緊這個焊盤，用烙鐵將錫熔化的同時稍微用力將元件推動去，這一邊就固定好了，這時能夠輕鬆將另外一邊焊好。

1九、最小系統沒法工做緣由

a)萬用表檢查電源與地線是否短路 b)檢查atmega芯片方向是否正確 c)加電檢查3v3電壓是否正確 d)atmega芯片是否已燒入正確的bootloader