从零打造可落地的直流电机 PID 驱动系统 (二)：增加蓝牙远程控制功能
前言
在上一篇文章中，我们已经完成了一个功能完整的直流电机 PID 驱动系统，实现了速度闭环控制、位置闭环控制和串口通信功能。然而，在很多实际应用场景中，有线串口通信存在很大的局限性：设备需要物理连接、布线复杂、无法实现远程控制等。
为了解决这些问题，本文将在上一篇文章的基础上，增加 HC-05 蓝牙通信接口，实现电机的无线远程控制。通过蓝牙功能，我们可以使用手机或电脑随时随地控制电机的转速、位置和 PID 参数，同时实时接收电机的运行状态信息。
本文所有设计文件、代码和仿真工程均已更新，读者可以直接在原有系统上进行升级，无需重新设计整个电路。
一、系统整体方案升级
1.1 新增功能需求
- 支持蓝牙 2.0 无线通信，通信距离≥10 米
- 支持通过手机 APP 设置目标速度 / 位置和 PID 参数
- 支持通过蓝牙实时反馈电机转速、位置、电流和运行状态
- 支持蓝牙连接状态指示
- 保持原有串口通信功能，实现双通信接口备份
1.2 升级后的系统架构
在原有 "主控 MCU + 电机驱动芯片 + 编码器反馈" 架构的基础上，增加 HC-05 蓝牙模块：
二、硬件设计升级：蓝牙模块与电路原理
2.1 蓝牙模块选型
经过综合对比，本文选用HC-05 主从一体蓝牙串口模块，这是目前市场上应用最广泛、资料最丰富的蓝牙模块之一。
| 元器件名称 | 型号 | 规格参数 | 选型理由 | 参考价格 (2026 年) |
|---|---|---|---|---|
| 蓝牙模块 | HC-05 | 蓝牙 2.0+EDR，主从一体，默认波特率 9600，工作电压 3.3V-5V | 资料丰富，性价比高，易于使用，支持 AT 指令配置 | 6.8 元 / 个 |
| 状态指示 LED | 0805 红色 LED | 正向电压 2.0V，电流 20mA | 用于指示蓝牙连接状态 | 0.05 元 / 个 |
| 限流电阻 | 0805 220Ω | 精度 ±5% | 用于 LED 限流 | 0.03 元 / 个 |
| 磁珠 | 0603 100Ω@100MHz | 阻抗 100Ω | 用于电源隔离，减少电磁干扰 | 0.08 元 / 个 |
HC-05 模块核心参数：
- 芯片方案：CSR BC417143
- 通信距离：空旷环境下≥10 米
- 工作电流：配对中 30-40mA，待机 1-8mA，通信中 5-20mA
- 工作温度：-25℃~75℃
- 支持波特率：4800、9600 (默认)、19200、38400、57600、115200 等
验证来源：广州汇承 HC-05 官方数据手册
2.2 蓝牙电路原理图设计
2.2.1 电源电路
HC-05 模块对电源纹波比较敏感，需要单独进行电源滤波和隔离：
- 3.3V 电源通过 100Ω 磁珠连接到 HC-05 的 VCC 引脚
- VCC 引脚并联 100nF 陶瓷电容和 10uF 电解电容进行滤波
- 确保电源纹波 < 50mVp-p，否则会影响蓝牙通信稳定性
2.2.2 串口通信电路
HC-05 模块通过 UART 串口与 STM32 通信，电路连接如下：
- HC-05 的 TXD 引脚连接到 STM32 的 USART2_RX 引脚 (PA3)
- HC-05 的 RXD 引脚连接到 STM32 的 USART2_TX 引脚 (PA2)
- 注意：HC-05 的 TXD 是 3.3V 电平，与 STM32 兼容，无需电平转换
2.2.3 控制与状态指示电路
- HC-05 的 EN 引脚连接到 STM32 的 GPIO 引脚 (PA4)，用于进入 AT 指令模式
- HC-05 的 STATE 引脚连接到 STM32 的 GPIO 引脚 (PA5)，用于读取连接状态
- 增加一个红色 LED 连接到 PA6 引脚，通过软件控制指示蓝牙连接状态：闪烁表示未连接，常亮表示已连接
2.3 原理图与 PCB 设计升级（KiCad 8.0）
2.3.1 原理图升级步骤
- 打开上一篇文章的 "Motor_PID_Driver" 工程
- 添加 HC-05 模块、LED、电阻和磁珠的符号库
- 按照上述电路原理连接各个引脚
- 标注元器件编号和参数
- 运行 ERC（电气规则检查），确保没有错误
2.3.2 PCB 设计升级与注意事项
蓝牙模块的 PCB 设计是影响通信距离和稳定性的关键因素，必须严格遵循以下规则：
布局原则：
- HC-05 模块应放置在 PCB 的边缘位置，天线朝向 PCB 外侧
- 蓝牙模块与电机驱动电路、开关电源等强干扰源的距离≥20mm
- 蓝牙模块下方不能有任何走线和铺铜，保持完整的地平面
- 滤波电容和磁珠应尽量靠近 HC-05 的 VCC 引脚放置
布线原则：
- 蓝牙模块的电源走线宽度≥0.5mm
- UART 串口信号线宽度≥0.3mm，尽量短且直
- 天线区域必须设置净空区 (Keep Out Zone)，大小为 15mm×6mm，净空区内所有层都不能铺铜、走线或放置元件
- 天线区域周围每隔 1.5mm 打一个接地过孔，提供最短的回流路径
- 避免直角走线，所有拐角采用 45° 或圆弧过渡
升级后的 PCB 尺寸：保持原有 50mm×40mm 不变，蓝牙模块放置在 PCB 右上角，天线朝向右侧。
2.4 硬件设计注意事项
- 电源质量<