通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)控制Arduino汽車

描述

該項(xiàng)目展示了如何連接到 WiFi 網(wǎng)絡(luò)、打開 Web 瀏覽器、連接到服務(wù)器并從一個(gè)簡(jiǎn)單的界面控制您的汽車。

UNO R3 + WIFI ESP8266 + CH340G Arduino和WIFI單板

該項(xiàng)目的核心是 Arduino ESP8266 WiFi 開發(fā)板。該板在單一平臺(tái)上結(jié)合了 ATMega328 微控制器和 ESP8266 WiFi 芯片，兩者之間具有串行通信。

有關(guān)如何配置和編程該板的詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參閱我之前的一篇帖子。

控制流程框圖

下面是一個(gè)高級(jí)框圖：

流程圖

ESP8266 能夠配置為軟接入點(diǎn)并啟動(dòng)自己的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。用戶設(shè)備連接到該網(wǎng)絡(luò)，然后可以使用 ESP8266 提供的網(wǎng)頁(yè)通過(guò) ESP8266 和 ATMega328 向汽車發(fā)送命令。

這篇文章的其余部分將詳細(xì)介紹這些步驟。

第一——汽車

該項(xiàng)目使用兩輪汽車。這些汽車的套件可從多個(gè)來(lái)源獲得。這是高級(jí)物料清單：

兩輪驅(qū)動(dòng)套件，包括電機(jī)、底盤、各種螺絲和螺母、車輪和車輪編碼器。

UNO R3 + WIFI ESP8266 + CH340G Arduino和WIFI單板

L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋板

2 x HC-020K 編碼器模塊

4 x ICR16340 鋰離子電池和電池座

切換開/關(guān)開關(guān)

無(wú)線天線

連接線

本文不包括如何制造汽車的描述；互聯(lián)網(wǎng)上有很多資源可以解釋所需的步驟。

成品車如下：

1號(hào)車

車2

整車電路圖如下：

原理圖

配置上只需要注意幾點(diǎn)：

該車采用并聯(lián)/串聯(lián)配置的四節(jié) ICR16340 700 mAh 鋰離子電池。這些串聯(lián)的兩個(gè)電池在充滿電時(shí)提供大約 8 V 的電壓，這足以驅(qū)動(dòng)電機(jī)和并聯(lián)的 wifi/控制器電池可能會(huì)出現(xiàn)問題（您可以獲得循環(huán)電流），作為替代方案，ICR16340 電池的容量為 2800 mAh版本——其中兩個(gè)串聯(lián)應(yīng)該足以為汽車提供動(dòng)力。

電機(jī)控制由 L298N 橋驅(qū)動(dòng)器模塊執(zhí)行。同樣，有大量資源可以解釋它們的運(yùn)行方式以及如何連接電機(jī)和控件。

該電路使用數(shù)字引腳 5 和 6 將 PWM 輸出到 L298N 板以控制電機(jī)速度。它們連接到 L298N 板的 ENa 和 ENb。引腳 4、7、8 和 9 用于打開和關(guān)閉電機(jī)。

該電路包括兩個(gè) HC-020K 編碼器模塊。這些未在代碼中專門使用，但可用于提供速度或距離反饋。

根據(jù)您的具體接線方式，可能需要調(diào)換電機(jī)引線以獲得一致的方向。此外，HC-020K 編碼器模塊必須與軟件中的正確電機(jī)配對(duì)（如果使用）。這可以通過(guò)交換中斷 2 和 3 或調(diào)整軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

ESP8266 作為接入點(diǎn)和 Web 服務(wù)器

ESP8266 可配置為無(wú)線接入點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。此外，它還可以設(shè)置為DNS 服務(wù)器。這允許客戶端使用本地 URL 訪問 Web 服務(wù)器。

在對(duì) ESP8266 進(jìn)行編程之前，您必須確保您使用的 Arduino IDE 已配置為執(zhí)行此類編程。Internet 上有許多文章解釋了如何執(zhí)行此操作。搜索“來(lái)自 Arduino IDE 的程序 ESP8266”將提供許多結(jié)果。

基本步驟如下：

在 File → Preferences 中，將 url 添加到 Additional Boards Manager：http ://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

在 Tools → Boards → Boards Manager 下，搜索 ESP8266 并安裝最新版本的“ESP8266 by ESP8266 Community”

完成此操作后，您應(yīng)該在 Tools→Board 下為 ESP8266 Boards 提供一個(gè)選項(xiàng)。選擇通用 ESP8266 模塊。

用于設(shè)置 Wifi、Web 服務(wù)器和 DNS 的相關(guān) Arduino 庫(kù)是：

ESP8266WiFi.h

ESP8266WebServer.h

ESP8266mDNS.h

這些是作為設(shè)置 IDE 以對(duì)上述 ESP8266 進(jìn)行編程的一部分安裝的。

以下是將 ESP8266 配置為軟接入點(diǎn)的相關(guān)代碼片段。

?

#include 
const char *ssid = "ESP8266Network"; // The name of the Wi-Fi network that will be created
const char *password = "1234567890";   // Password for WiFi network. Must be more than 8 characters

void setup() {
  WiFi.softAP(ssid, password); // Start the access point
{

?

上面的代碼會(huì)將 ESP8266 設(shè)置為接入點(diǎn)，客戶端可以連接到它，但不會(huì)發(fā)生其他任何事情。首先，讓我們配置 mDNS 服務(wù)器以允許更輕松的 URL 訪問。

下面的代碼片段：

?

#include 

MDNS.begin("esp8266");

void loop() {
  MDNS.update();
}

?

一旦客戶端連接到 ESP8266 接入點(diǎn)，Web 瀏覽器就可以使用 URL http://esp8266.local/ 來(lái)訪問 ESP8266。更改 begin() 指令中的參數(shù)“esp8266”將更改 URL。

設(shè)置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的相關(guān)代碼片段如下：

?

#include 

ESP8266WebServer server(80);

void setup() {
  server.onNotFound(handlerRoutine);
  server.on(“URL”, handlerRoutine);
  server.begin();
}

void loop() {
  server.handleClient();
}

?

其中 handlerRoutine 是一個(gè)子例程，當(dāng)從客戶端收到請(qǐng)求時(shí)執(zhí)行各種操作。

ESP8266 板載文件系統(tǒng)

ESP8266 的另一個(gè)特點(diǎn)是它有一個(gè)板載文件系統(tǒng)，串行外設(shè)接口閃存文件系統(tǒng) (SPIFFS)，可用于存儲(chǔ)文件。在我們的例子中，我們可以使用它來(lái)存儲(chǔ)提供給連接的客戶端的 html 文件。此功能的相關(guān)庫(kù)是：

FS.h

要在 Arduino IDE 中啟用此功能，需要一個(gè)插件：Filesystem uploader。

首先，確保安裝了最新的 Arduino IDE，并且如前所述，您有用于 Arduino IDE 的 ESP8266 插件。

然后按照以下任一鏈接中的說(shuō)明進(jìn)行操作：

https://randomnerdtutorials.com/install-esp8266-filesystem-uploader-arduino-ide/

https://github.com/esp8266/arduino-esp8266fs-plugin

這兩個(gè)鏈接都顯示了安裝插件后如何使用文件系統(tǒng)上傳器。

現(xiàn)在——HTML 代碼

一旦將 ESP8266 設(shè)置為 Web 服務(wù)器，相關(guān)的 html 頁(yè)面必須在連接后提供給客戶端。按照慣例，此文件標(biāo)記為 index.html。要理解此文件，需要了解 html 代碼。

一些解釋：

該文件定義了一個(gè)頁(yè)面，由四個(gè)按鈕（FWD、RIGHT、LEFT、BACK）和一個(gè)速度滑塊組成。

按下按鈕會(huì)導(dǎo)致它改變顏色并向 ESP8266 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)送 GET 請(qǐng)求

Web 服務(wù)器將處理 GET 請(qǐng)求并使用它與 ATMega328 通信以控制汽車

更改速度滑塊將啟動(dòng) POST 請(qǐng)求，該請(qǐng)求將用于設(shè)置速度值。

完整文件（帶注釋）可以在本文的代碼部分找到。最終頁(yè)面如下：

ESP8266與ATMega328通信

如前所示，ESP8266 和 ATMega328 之間的通信是通過(guò)串口進(jìn)行的。要啟用此通信，板載 DIP 開關(guān)必須設(shè)置如下：

將 dip 開關(guān)設(shè)置為模式 4（SW1 和 SW2 打開，所有其他關(guān)閉）

ESP8266 將 1 到 8 之間的單個(gè)字符發(fā)送到 ATMega328 以指定電機(jī)動(dòng)作。完整代碼如下：

?

// FWD Activate
    case '1':
    forwardOn();    
    break;
// FWD Stop
    case '2':
    motorsOff();
    break;
// LEFT Activate
    case '3':
    leftOn();
    break;
// LEFT Stop
    case '4':
    motorsOff();
    break;
// RIGHT Activate
    case '5':
    rightOn();
    break;
//RIGHT Stop
    case '6':
    motorsOff();
    break;
// BACK Activate
    case '7':
    backOn();
    break;
// BACK Stop
    case '8':
    motorsOff();

?

速度值作為第一個(gè)字符為“s”的字符串發(fā)送。然后代碼從字符串中去除 s 并進(jìn)行字符串到整數(shù)的轉(zhuǎn)換以設(shè)置電機(jī)速度。

把它們放在一起

以下是構(gòu)建完整項(xiàng)目的簡(jiǎn)要說(shuō)明：

造車

使用 Arduino IDE 中的 Boards Manager 選擇 Generic ESP8266 模塊

將 index.html 文件上傳到 ESP8266（DIP 開關(guān) 5、6、7 上所有其他關(guān)閉），然后重置處理器

上傳ESP8266程序

斷開電源并將 DIP 開關(guān)設(shè)置為 ATMega328（所有其他的 DIP 開關(guān) 3、4 關(guān)閉）

上傳Arduino程序（在Boards manager中選擇Arduino UNO后）

斷開電源并將 DIP 開關(guān)設(shè)置為內(nèi)部通信（DIP 開關(guān) 1、2 在所有其他關(guān)閉）

啟動(dòng)汽車

將平板電腦、智能手機(jī)或筆記本電腦無(wú)線連接到“ESP8266Network”

從連接的平板電腦、智能手機(jī)或筆記本電腦，打開 URL http://esp8266.local/

使用界面駕駛汽車

最后的話

這個(gè)項(xiàng)目匯集了一些不同的技能。希望它具有挑戰(zhàn)性。

可以使用像 Node MCU 這樣的單個(gè) ESP8266 板來(lái)實(shí)現(xiàn)所有這些功能，但這將是一個(gè)單獨(dú)的項(xiàng)目。

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