Zigbee ＋PC上位机无线控制二维云台开发笔记

今日尝试开发一款简单好学的PC上位机无线控制二维云台的小试验品：

主要开发环境与工具介绍：

单片机 STM32F103C8T6 使用标准库函数编程

Visual Studio 2022软件C# Winform 开发上位机控制软件

DL_20 无线串口模块＋ USB-TTL 模块实现无线通信功能

文章提供完整代码解释、设计点解释、测试效果图、完整工程下载

目录

主要用到的知识如下：

C# Winform上位机的编程：

窗体设计：

Form1初始化：

打开串口控件函数：

串口接收控件函数：

串口发送控件函数：

头部/底部开始移动控件函数：

一键归位控件函数：

测试连接控件函数:

创建日志委托函数：

清除日志区控件函数：

注意事项：

C# Winform 整体测试工程下载：

STM32F10xx 单片机的编程：

OLED的驱动显示：

PWM控制舵机运动：

初始化TIM3为舵机控制定时器：

设置TIM3占空比控制舵机运转：

串口接收与串口中断服务函数的编写:

STM32F103C8T6测试工程下载：

测试视频与图片：

主要用到的知识如下：

DL_20无线串口模块_dl20无线串口模块-CSDN博客

C#学习笔记10：winform上位机与西门子PLC网口通信_中篇_winform的窗口操作设计、日志的添加使用_c#网口通信界面-CSDN博客

C# Winform上位机的编程：

窗体设计：

主要用到的控件有Listview、imaginelist、button、checkbox、combobox、label 、serialport

Form1初始化：

       //创建这个窗体的addlog ，需要绑定一个实际方法
       private AddLog myaddlog;
       bool Form1_FClosing = false;//用于防止二次Form1_FormClosing()事件发生的
       string formattedLogMessage; //用于临时拼接字符串
       bool OPEN_SERIAL_flag = false;//打开串口标志 false:未打开
       int angle;                  //角度

       public Form1()
       {
           InitializeComponent();
           this.Load += Form1_Load;
           myaddlog = this.AddLog;//绑定方法
           serialPort1.Encoding = Encoding.GetEncoding("GB2312");     //串口接收编码
           Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;
       }

       private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
       {
           设置第一列的宽度=整个宽度 减去 第0页宽度
           lstInfo.Columns[1].Width = lstInfo.ClientSize.Width - lstInfo.Columns[0].Width;

           for (int i = 1; i < 10; i++)//初始化串口 号下拉框内容
           {
               comboBox4.Items.Add("COM" + i.ToString()); //添加串口
           }

           for (int H = 0; H < 5; H++)//初始化串口 波特率下拉框内容
           {
               switch (H)
               {
                   case 0: comboBox5.Items.Add("2400"); break;
                   case 1: comboBox5.Items.Add("4800"); break;
                   case 2: comboBox5.Items.Add("9600"); break;
                   case 3: comboBox5.Items.Add("115200"); break;
               }
           }

           //停止位 下拉框内容
           for (int j = 0; j < 3; j++)
           {
               switch (j)
               {
                   case 0: comboBox7.Items.Add("1"); break;
                   case 1: comboBox7.Items.Add("1.5"); break;
                   case 2: comboBox7.Items.Add("2"); break;
               }
           }

           comboBox4.Text = "COM1";//端口下拉框初始值
           comboBox5.Text = "9600";//波特率下拉框初始值
           comboBox7.Text = "1";//停止位
           comboBox6.Text = "8";//数据位

           serialPort1.Close();   //关闭串行端口连接
       }

打开串口控件函数：


        //打开/关闭串口
        private void button6_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if(OPEN_SERIAL_flag==false)
            {
                try
                {
                    serialPort1.PortName = comboBox4.Text;//设置端口号
                    serialPort1.BaudRate = Convert.ToInt32(comboBox5.Text);//设置端口波特率
                    serialPort1.StopBits = (StopBits)Convert.ToInt32(comboBox7.Text);//设置停止位
                    serialPort1.DataBits = Convert.ToInt32(comboBox6.Text);//设置数据位
                    serialPort1.ReceivedBytesThreshold = 1;
                    serialPort1.DataReceived += new SerialDataReceivedEventHandler(serialPort1_DataReceived);
                    serialPort1.Open();                   //打开串口
                    OPEN_SERIAL_flag = true;   //标记打开了串口
                    myaddlog(0, "当前串口有设备连接，串口已成功打开");
                    button6.Text = "关闭串口";
                }
                catch
                {
                    myaddlog(1, "错误警告: 端口无设备连接");
                    button6.Text = "打开串口";
                }

            }
            else if(OPEN_SERIAL_flag == true)
            {
                try
                {
                    serialPort1.Close(); //关闭串口        
                    myaddlog(0, "已关闭串口 ");
                    OPEN_SERIAL_flag = false;
                    button6.Text = "打开串口";
                }
                catch { }
            } 
        }

串口接收控件函数：

用到的全局变量：

        string formattedLogMessage; //用于临时拼接字符串


        //串口接收
        //一个接收数据事件获取串口发送来的数据
        private void serialPort1_DataReceived(object sender, System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e)
        {
            //处理事件这块可以加上延时确保不定数的数据可以全部收到缓冲后,才去读缓冲内容--单位: 毫秒
            Thread.Sleep(50);
            //如果16进制转换没被勾选
            if (!checkBox1.Checked)
            {
                myaddlog(0, serialPort1.ReadExisting());
                myaddlog(0, "串口消息接收回传：");
            }
            //如果16进制转换被勾选了
            else
            {
                try
                {
                    //定义缓冲区数组大小为串口缓冲区数据的字节数
                    //因为串口事件触发时有可能收到不止一个字节
                    byte[] data = new byte[serialPort1.BytesToRead];
                    serialPort1.Read(data, 0, data.Length);
                  
                    foreach (byte Member in data)  //遍历用法
                    {
                        string str = Convert.ToString(Member, 16).ToUpper();
                        formattedLogMessage = string.Format("0x" + (str.Length == 1 ? "0" + str : str) + " ");
                        myaddlog(0, formattedLogMessage);
                    }
                    myaddlog(0, "串口消息接收回传：");
                }
                catch { }
            }
        }

串口发送控件函数：


        //串口测试发送：
        private void button7_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            byte[] Data = new byte[1];                                                         //单字节发数据     
            if (serialPort1.IsOpen)
            {
                if (textBox1.Text != "")
                {
                    //如果不是16进制发送,就直接string形式发送
                    if (!checkBox2.Checked)
                    {
                        try
                        {
                            serialPort1.Write(textBox1.Text);
                            myaddlog(0, "单条发送成功");
                            //serialPort1.WriteLine();                             //字符串写入
                        }
                        catch
                        {
                            myaddlog(1, "串口数据写入错误");
                        }
                    }
                    else                                                                    //数据模式
                    {
                        try                                                                 //如果此时用户输入字符串中含有非法字符（字母，汉字，符号等等，try，catch块可以捕捉并提示）
                        {
                            for (int i = 0; i < (textBox1.Text.Length - textBox1.Text.Length % 2) / 2; i++)//转换偶数个
                            {
                                Data[0] = Convert.ToByte(textBox1.Text.Substring(i * 2, 2), 16);           //转换
                                serialPort1.Write(Data, 0, 1);
                            }
                            if (textBox1.Text.Length % 2 != 0)
                            {
                                //单独处理最后一个字符
                                Data[0] = Convert.ToByte(textBox1.Text.Substring(textBox1.Text.Length - 1, 1), 16);
                                serialPort1.Write(Data, 0, 1);//写入
                            }
                            //Data = Convert.ToByte(textBox2.Text.Substring(textBox2.Text.Length - 1, 1), 16);
                            myaddlog(0, "单条发送成功");
                        }
                        catch
                        {
                            myaddlog(1, "数据转换错误，请输入数字。");
                        }
                    }
                }

            }
        }

头部/底部开始移动控件函数：

       //头部开始移动
       private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
       {
           bool success;//用于检查文本框textbox输入规范用

           //先检查串口是否打开
           if (serialPort1.IsOpen == false)
           {
               myaddlog(1, "无法发送内容，请检查 串口是否打开！");
           }

           else
           {
               //尝试转换 textBox2 角度的输入数值，看是否失败
               success = int.TryParse(textBox2.Text.Trim(), out angle);
               if (success == false && serialPort1.IsOpen)
               {
                   myaddlog(1, "无法将框中内容转换，请检查 设定移动角度 的输入。");
               }
               else
               {
                   if (Headleft.Checked && Headright.Checked)
                   {
                       myaddlog(1, "错误！头部移动方向 不可多选！");
                   }
                   else if (Headleft.Checked == false && Headright.Checked == false)
                   {
                       myaddlog(1, "错误！头部移动方向 并未选择！");
                   }
                   else if (Headleft.Checked == true && Headright.Checked == false)
                   {
                       //此处添加串口发送数据:
                       formattedLogMessage = string.Format("HL{0}&", textBox2.Text);
                       serialPort1.Write(formattedLogMessage);
                       formattedLogMessage = string.Format("已发送头部 移动方向为左 角度为{0}", textBox2.Text);
                       myaddlog(0, formattedLogMessage);
                   }
                   else if (Headleft.Checked == false && Headright.Checked == true)
                   {
                       //此处添加串口发送数据:
                       formattedLogMessage = string.Format("HR{0}&", textBox2.Text);
                       serialPort1.Write(formattedLogMessage);
                       formattedLogMessage = string.Format("已发送头部 移动方向为右 角度为{0}", textBox2.Text);
                       myaddlog(0, formattedLogMessage);
                   }
               }
           }

       }

       //底座开始移动
       private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
       {
           bool success;//用于检查文本框textbox输入规范用

           //先检查串口是否打开
           if (serialPort1.IsOpen == false)
           {
               myaddlog(1, "无法发送内容，请检查 串口是否打开！");
           }
           else
           {
               //尝试转换 textBox3 角度的输入数值，看是否失败
               success = int.TryParse(textBox3.Text.Trim(), out angle);
               if (success == false)
               {
                   myaddlog(1, "无法将框中内容转换，请检查 设定移动角度 的输入。");
               }
               else
               {
                   if (Buttomleft.Checked && Buttomright.Checked)
                   {
                       myaddlog(1, "错误！底部移动方向 不可多选！");
                   }
                   else if (Buttomleft.Checked == false && Buttomright.Checked == false)
                   {
                       myaddlog(1, "错误！底部移动方向 并未选择！");
                   }
                   else if (Buttomleft.Checked == true && Buttomright.Checked == false)
                   {
                       //此处添加串口发送数据:
                       formattedLogMessage = string.Format("BL{0}&", textBox3.Text);
                       serialPort1.Write(formattedLogMessage);
                       formattedLogMessage = string.Format("已发送底座 移动方向为左 角度为{0}", textBox3.Text);
                       myaddlog(0, formattedLogMessage);
                   }
                   else if (Buttomleft.Checked == false && Buttomright.Checked == true)
                   {
                       //此处添加串口发送数据:
                       formattedLogMessage = string.Format("BR{0}&", textBox2.Text);
                       serialPort1.Write(formattedLogMessage);
                       formattedLogMessage = string.Format("已发送底座 移动方向为右 角度为{0}", textBox3.Text);
                       myaddlog(0, formattedLogMessage);
                   }
               }
           }

       }

一键归位控件函数：

       //一键归位
       private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
       {
           if (serialPort1.IsOpen)
           {
               formattedLogMessage = "RS&";
               serialPort1.Write(formattedLogMessage);
               myaddlog(0, "已发送归位测试字符串RS");
           }
           else
           {
               myaddlog(1, "无法发送内容，请检查 串口是否打开！");
           }
       }

测试连接控件函数:

       //测试连接
       private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
       {
           if (serialPort1.IsOpen)
           {
               formattedLogMessage = "TEST&";
               serialPort1.Write(formattedLogMessage);
               myaddlog(0, "已发送测试字符串TEST");
           }
           else
           {
               myaddlog(1, "无法发送内容，请检查 串口是否打开！");
           }
       }

创建日志委托函数：

创建委托函数需要放置的位置：

    //info 表示报警级别 ,log 表示报警信息
    public delegate void AddLog(int info, string log);

       //写入日志委托方法
       //创建委托
       private void AddLog(int info, string Log)
       {
           if (!lstInfo.InvokeRequired)
           {
               //创建ListViewItem ，将时间与info放进去
               ListViewItem lst = new ListViewItem("   " + DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss"), info);
               lst.SubItems.Add(Log);
               lstInfo.Items.Insert(0, lst);
           }
           else
           {
               Invoke(new Action(() =>
               {
                   ListViewItem lst = new ListViewItem("   " + DateTime.Now.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss"), info);
                   lst.SubItems.Add(Log);
                   lstInfo.Items.Insert(0, lst);
               }));
           }
       }

清除日志区控件函数：

        //清除日志区
        private void button8_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            lstInfo.Items.Clear();         //清除日志listview 的内容
            MessageBox.Show("已成功清除日志区", "清除接收区");
        }

注意事项：

1、要检查各个控件操作可能出现的错误连接的情况：串口未打开、字符输入非法等，并设置报错日志

2、日志委托写入listview控件，别忘了编辑列

3、

C# Winform 整体测试工程下载：

https://download.csdn.net/download/qq_64257614/89368716?spm=1001.2014.3001.5503

STM32F10xx 单片机的编程：

OLED的驱动显示：

有关于OLED的驱动就不多赘述，这里只介绍在哪里刷新了哪些显存，具体配置是有关IIC通信的相关文章贴出如下：

STM32 F103C8T6学习笔记9：0.96寸单色OLED显示屏—自由取模显示—显示汉字与图片_stm32f103c8t6 oled显示文字-CSDN博客

STM32 F103C8T6学习笔记11：RTC实时时钟—OLED手表日历_stm32f103c8t6显示实时时间-CSDN博客

STM32 F103C8T6学习笔记16：1.3寸OLED的驱动显示日历-CSDN博客

PWM控制舵机运动：

初始化TIM3为舵机控制定时器：

底座舵机： Signal: PA7
头部舵机： Signal: PA6

设置TIM3占空比控制舵机运转：

这里为了防止舵机运转过快出问题，我使用定时器控制其占空比更新频率不过快，并对占空比输出限幅：然后再主函数调用TIM_SetCompare X();函数来落实占空比的设置:
//通用定时器 定时器1 中断服务函数
void TIM1_UP_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_Update) == SET)
	{	
		if(++t==70)		  //每70ms设置一次舵机占空比
		{
			t=0;
			t1=MIDDLE + t1_receive;
			if(t1>=260) {t1=260;}
			if(t1<150)  {t1=150;}
			
			
			t2=MIDDLE + t2_receive;			
			if(t2>=260) {t2=260;}
			if(t2<150)  {t2=150;}
		}
		
		TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Update);//清出中断寄存器标志位，用于退出中断
	}
}

串口接收与串口中断服务函数的编写:

这部分的设计有些麻烦，串口接收是一件比较麻烦的事，

这里为了开发迅速，就不自己编写 状态机+结构体 这样比较规范的串口接收方式了，

我选择了简单的 定义接收buff[]数组缓冲区＋末尾接收字符检验 的方式进行串口接收校验了，这种方式好编程，但缺点也很多很明显！

定义的诸多变量如下：


int t,t1,t2,t1_receive,t2_receive; //辅助配置占空比
int Receive[20]; //提取 串口接收数组 字符串里的 所有数字 
int temp_Receive;


//定义串口程序需要用到的变量
char USART0_save[20];  //存字符串命令的数组
char USART0_xb=0;			 //帮助数组下标位移
char USART0_flag=0;    //接收完成标志

//定义命令字符串，用于与接收进行比较 ,不可修改
const char str1_order[]="TEST&"; //测试命令
const char str2_order[]="RS&";   //归位命令


//定义响应字符串，用于响应不同的命令
char str1_receive[]="Cotact OVER";
char str2_receive[]="NTM: Hello,STM32F1xx !";
char error_receive[]="ERROR CMD!";

串口中断服务函数：

//串口1中断服务函数 
void USART1_IRQHandler(void)
{
 
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断
	{USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE);}
		USART0_save[USART0_xb++]=USART_ReceiveData(USART1);
		if(USART0_xb== 20){USART0_xb=0;	}							      //下标最大不超过20
		if(USART0_save[USART0_xb-1]=='&') {USART0_flag=1;}  //命令以&结尾
	
}

串口接收buff[]缓冲处理函数：

void Handle_Uart_Receive(void)
{
		int i;
				if(USART0_flag==1)
				{
					printf("STM32 confirm Receive : %s",USART0_save);            //先重复接受到的字符串
				
				//先判断命令长度，再根据其判断是否为接受到的命令字符串，根据情况发送不同回应
					if(strncmp(USART0_save,str1_order,5)==0) printf("%s",str1_receive);
					else if(strncmp(USART0_save,str2_order,3)==0) 
						{
								 t1_receive=0;t2_receive=0;
								 printf("%s",str2_receive);
							}
						
						//如果是头部舵机转动的命令头	
					if(USART0_save[0]=='H')
							{
								extractDigitsFromStringArray();//提取 USART0_save 接收数组中的数字								
								//循环拼接提取到的每个数字
								for (i = 0; i < USART0_xb -3; i++) 
								{  
											temp_Receive = temp_Receive*10+Receive[i];  
								}
								//判断向左向右
								if(USART0_save[1]=='L'){t1_receive=0-temp_Receive;}
								if(USART0_save[1]=='R'){t1_receive=0+temp_Receive;}
							}
							
								//如果是底部舵机转动的命令头	
							if(USART0_save[0]=='B')
							{
								extractDigitsFromStringArray(); //提取 USART0_save 接收数组中的数字
								//循环拼接提取到的每个数字
								for (i = 0; i < USART0_xb -3; i++) 
								{  
											temp_Receive = temp_Receive*10+Receive[i];  
								}
								//判断向左向右
								if(USART0_save[1]=='L'){t2_receive=0+temp_Receive;}
								if(USART0_save[1]=='R'){t2_receive=0-temp_Receive;}								
							}
							
						}	
						memset(USART0_save,0,sizeof(USART0_save)); //处理完命令别忘了将数组清零，以便接收下个命令
						temp_Receive=0;
						USART0_xb=0;                               //重置数组下标	
						USART0_flag=0;								             //清理标志位
}

缓冲处理辅助函数：

这是一些缓冲处理的辅助函数，主要是C语言的基础，对数据类型的处理判断：其中一些基础函数需要添加头文件

#include <ctype.h>   
#include <string.h>  
#include <stdbool.h>


//从一个数组中提取数字到另一个数组
void extractDigitsFromStringArray(void)
{
	int i=0,j=0;
	for(i=0;i<=sizeof(USART0_save);i++)
	{
		if(isStringNumeric(USART0_save[i])==true)
		{
			Receive[j]=USART0_save[i] - '0';
			j++;
		}
	}
}

// 辅助函数：检查字符是否是数字  
bool isStringNumeric(char str)
{  
    if (str == NULL || str == '\0') 
		{  
        // 空字符或NULL指针，不是数字
        return false;  
    }  
		
    if (!isdigit((unsigned char)str)) 
				{  
            //发现非数字字符，则返回false  
            return false;  
        }  
 
    //字符是数字 
    return true;  
}