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外观

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本文原创自微信公众号【PY学习笔记】，经过联系并通过开发者的同意，开源分享该项目。

原著链接：点击跳转

前言 ​

在这个快速发展的技术世界中，无线通信已经成为我们日常生活不可或缺的一部分。但是，您有没有想过自己动手实现无线技术，控制一个实实在在的物理设备呢？这不仅仅是对技术理解的一次深化，也是对创造力的一次挑战。 想象一下，如果您能够不借助任何线缆，仅通过手机就能控制一个小车的移动，那会是怎样的体验？如果您想将这种想象变为现实，那么本文章正是您所需要的。 我们将要探索的，是如何利用ESP32S3——一这款具有强大无线通信功能的微控制器——来制作一个可通过蓝牙控制的小车。这不仅仅是关于组装几个部件或编写一些代码那么简单；这是关于理解无线通信如何工作，以及如何将这些抽象的概念应用到实际的物理对象上。 但这个任务并非不无挑战：

  • 您将需要理解ESP32S3的工作原理，以及它如何处理无线信号。
  • 您需要设计一种方式，让小车能够接收和解析来自手机的蓝牙信号。
  • 您需要动手实践，从零开始组装小车，确保所有部件都能正常工作。

所以，如果您热爱技术，渴望挑战自我，想要亲手制作一个既酷炫又实用的科技作品，那么跟随本文章，让我们一起开启这趟学习之旅吧！

项目说明 ​

蓝牙遥控小车我们已经做了好几个了，有《ESP32-C3三轮蓝牙小车、《麦克纳姆轮的四轮小车、《摄像照相蓝牙小车》（未发布）。

本项目利用9.9元到手的立创ESP32S3开发板做了一些创新和改进，做一辆极简主义的蓝牙遥控小车：

极简主义，尽量少用电子元器件，提高集成度，也减少成本。
简化制作，尽量不用贴片电子元器件，采用直插件，减少焊接难度。
实用主义，采用橡胶轮代替麦克纳姆轮，行驶更稳定，噪声更小。

实物视频效果如下：

硬件设计 ​

1. 主控芯片 ​

立创ESP32S3R8N8开发板，高性能随身WiFi与 蓝牙开发板，所有资料全开源，丰富教程案例，轻松上手，项目式学习。支持ESP-IDF、Arduino IDE、MicroPython等多种开发环境，是创客们的独心宠。

详见官网介绍立创ESP32S3R8N8开发板。

2. 电机驱动 ​

图 2

橡胶轮不能像麦克纳姆轮一样左右水平移动，左边的两个轮子和右边的两个轮子都是同向转动的，所以可以将左边两个电机并联组成一组，右边两个电机并联组成一组，只采用一块国产小体积DRV8833电机驱动模块驱动4个直流减速电机。这也是本项目精简最大的地方。

原理图如下：

图 3

3. 电源方案 ​

图 4

采用两路电源方案，一路为ESP32S3开发板供电，一路为电机供电，避免互相干扰。

  • ESP32S3开发板的供电参考《常用开发板的供电设计方案（3.3V、5V供电方案），直接将3.7V锂电池接入ESP32S3开发板的5V引脚，开发板会将3.7V降压到3.3V供MCU使用。
  • 电机供电采用一个3.7V锂电池通过DRV8833直接供电，不需要降压。如果要让小车的速度更快，可以考虑采用2个3.7V锂电池供电，7.4V的电压能让小车速度更快。

4. 设计的小车主板（PCB板） ​

小车主板不使用任何贴片电子元器件，ESP32S3、DRV8833等模块采用2.54排针固定，电池、电机采用2P的2.54接线端子连接，方便焊接、组装，以及元件重复利用。

原理图：

图 5

PCB效果图：

图 6

开源地址：立创开源广场-我的工程

5. 电机、车轮、固定支架 ​

图 7

某宝上买的，电机、车轮、固定支架各4个，不超过15元。

麦克纳姆轮具有随意改变行驶方向的特性，但稳定性较差，容易打滑，而且噪声较大。使用橡胶轮代替后，行驶稳定，且轮胎几乎没有噪声（噪声来自减速电机）。

6. 遥控器 ​

蓝牙区分为经典蓝牙Classic Bluetooth）和低功耗蓝牙（BLE），低功耗蓝牙一般为蓝牙4.0及以上的。

立创ESP32S3开发板支持BLE，本项目使用BLE手机蓝牙APP——Bluefruit Connect，详见 《基于合宙ESP32-C3和MicroPython的蓝牙遥控小（二）

操作示意图：

图 8

7. 电池 ​

图 9

3.7V锂电池两颗，带XH2.54接线端子。我们用的是从坏的小米电动牙刷上拆下来的。

8. 最终效果展示 ​

正面照片：

图 10

图 11

背面照片：

图 12

硬件说明：

  1. 立创ESP32S3蓝牙遥控小车不计算PCB打板、运费、人工费，成本大概在30元 （ESP32S3开发板9.9元+DRV8833模块2元+电机、车轮、支架15元+其他排针、线等约3元）。
  2. 小车主板（PCB板）没有任何贴片电子元器件没有任何贴片电子元器件/span>，只有直插的排针、2P接线端子、开关需要焊接，容易焊接，非常适合新手练习。
  3. 根据功能需求，可以在小车主板（PCB板）上增加舵机、超声波、红外巡迹、OLED、摄像头等模块，组成超声波避障小车红外巡迹小车等。

软件设计 ​

1. 车轮转向测试 ​

硬件设计时，我们将左边两个电机并联组成一组，右边两个电机并联组成一组，需要先测试两个一组的电机是否能同向转动，并测试出转动方向对应的引脚。 参考测试代码如下：

c
# 定义电机引脚，Left表示左，Right表示右，1表示向前，0表示向后
Left0 = Pin(15,Pin.OUT)
Left1 = Pin(16,Pin.OUT)
Right0 = Pin(17,Pin.OUT)
Right1 = Pin(18,Pin.OUT)
# 测试
Left1.value(1)
Left0.value(0)
Right1.value(1)
Right0.value(0)

焊接电机电源线时建议用不同颜色的线来区分，要注意两条线要同向，组装到蓝牙遥控小车上时，电源线刚好是相反的。如下图：

图 13

如果焊接不同向，需要重新焊接。

2. 行驶函数 ​

确定了车轮转向后，可以编写行驶函数。橡胶轮不能像麦克纳姆轮一样能左右水平移动，所以行驶函数比较简单。参考代码如下：

c
# 车向前进
def cargo():
    Left1.value(1)
    Left0.value(0)
    Right1.value(1)
    Right0.value(0)

# 车向后退
def carback():
    Left1.value(0)
    Left0.value(1)
    Right1.value(0)
    Right0.value(1)

# 车停止
def carstop():
    Left1.value(0)
    Left0.value(0)
    Right1.value(0)
    Right0.value(0)

# 车向左转
def carleft():
    Left1.value(0)
    Left0.value(1)
    Right1.value(1)
    Right0.value(0)

# 车向右转
def carright():
    Left1.value(1)
    Left0.value(0)
    Right1.value(0)
    Right0.value(1)
● 转弯原理：当左边车轮向前，右边车轮向后时，小车右转。左转同理。

3. 蓝牙广播和连接 ​

需要先配置蓝牙（从网上找的代码），让手机BLE蓝牙APP（Bluefruit Connect）能正常连接蓝牙，再测试APP每个按键发送的数据，参考代码如下：

c
class ESP32_BLE():
    #蓝牙初始化
    def __init__(self, name):
        self.led = Pin(48, Pin.OUT)     #配置LED灯引脚为输出模式
        self.timer1 = Timer(0)          #配置定时器
        self.name = name
        self.ble = bluetooth.BLE()      #创建蓝牙对象
        self.ble.active(True)           #开启蓝牙
        self.ble.config(gap_name=name)  #配置蓝牙信息
        self.disconnected()             #设置定时器中断
        self.ble.irq(self.ble_irq)      #蓝牙时间处理
        self.register()                 #配置蓝牙的uuid
        self.ble.gatts_write(self.rx, bytes(100))#默认蓝牙只接收20字节，这里更改为接收100字节
        self.advertiser()               #蓝牙广播
        self.ok = 0

    #蓝牙连接，关闭LED灯
    def connected(self):
        self.timer1.deinit()
        self.led.value(0)
        print("connected ok")

    #蓝牙未连接，LED闪烁
    def disconnected(self):
        self.timer1.init(period=100, mode=Timer.PERIODIC, callback=lambda t: self.led.value(not self.led.value()))

    #蓝牙事件处理
    def ble_irq(self, event, data):
        global BLE_MSG
        if event == 1: #_IRQ_CENTRAL_CONNECT 手机连接了此设备
            self.connected()
        elif event == 2: #_IRQ_CENTRAL_DISCONNECT 手机断开此设备
            if self.ok==0:
                self.advertiser()
                self.disconnected()
        elif event == 3: #_IRQ_GATTS_WRITE 手机发送了数据
            buffer = self.ble.gatts_read(self.rx)
            BLE_MSG = buffer.decode('UTF-8').strip()

    #蓝牙UUID配置
    def register(self):
        service_uuid = '6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'
        reader_uuid = '6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'
        sender_uuid = '6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E'

        services = (
            (
                bluetooth.UUID(service_uuid),
                (
                    (bluetooth.UUID(sender_uuid), bluetooth.FLAG_NOTIFY),
                    (bluetooth.UUID(reader_uuid), bluetooth.FLAG_WRITE),
                )
            ),
        )

        ((self.tx, self.rx,), ) = self.ble.gatts_register_services(services)

    #蓝牙广播配置
    def advertiser(self):
        name = bytes(self.name, 'UTF-8')
        adv_data = bytearray(b'\x02\x01\x02') + bytearray((len(name) + 1, 0x09)) + name
        self.ble.gap_advertise(100, adv_data)
        print("等待连接：%s" % adv_data)
        print("\r\n")

# 配置蓝牙
ble = ESP32_BLE("ESP32S3BLE")

# 配置LED
led = Pin(48, Pin.OUT)

BLE_MSG = ""

while True:
    if len(BLE_MSG)>0:
        print(BLE_MSG)
        BLE_MSG = ""
    sleep_ms(100)

当蓝牙等待连接时LED灯闪烁，当手机蓝牙APP连接到ESP32S3时则关闭闪烁；

● 当手机APP断开连接时，重新进行蓝牙广播，LED灯重新闪烁。

● 蓝牙连接成功后，手机蓝牙APP按下按键发送一组数据，松开按键时再发送另一组数据，程序将蓝牙发送的数据print出来。

测试结果：

图 14

4. 实现蓝牙遥控 ​

根据蓝牙发送的数据，使用if、elif决定小车行动（前进、后退、左转、右转、停止），实现遥控功能。参考代码如下：

c
while True:
    if len(BLE_MSG)>0:
        if BLE_MSG in ["!B507","!B606","!B705","!B804","!B10;","!B20:","!B309","!B408","stop"]: #松开按键停止
            print(">>%s<<————停止" % BLE_MSG)
            carstop()
        elif BLE_MSG == "!B516":  # 按下app的上键向前
            print(">>%s<<————向前" % BLE_MSG)
            cargo()
        elif BLE_MSG == "!B615":  # 按下app的下键向后
            print(">>%s<<————向后" % BLE_MSG)
            carback()
        elif BLE_MSG == "!B714":  # 按下app的左键向左水平运动
            print(">>%s<<————向左" % BLE_MSG)
            carleft()
        elif BLE_MSG == "!B813":  # 按下app的右键向右水平运动
            print(">>%s<<————向右" % BLE_MSG)
            carright()

        BLE_MSG = ""
    sleep_ms(100)

● 所有松开按键时蓝牙发送的数据都要放到停止的if语句中，才能实现按下按键行动，松开按键停止。

5. 完整代码 ​

c

from machine import Pin
from machine import Timer
from time import sleep_ms
import time
import bluetooth

# 定义电机引脚，Left表示左，Right表示右，1表示向前，0表示向后
Left0 = Pin(15,Pin.OUT)      # GPIO15引脚，左轮电机向后
Left1 = Pin(16,Pin.OUT)     # GPIO16引脚，左轮电机向前
Right0 = Pin(17,Pin.OUT)     # GPIO17引脚，右轮电机向后
Right1 = Pin(18,Pin.OUT)      # GPIO18引脚，右轮电机向前

BLE_MSG = ""

# 车向前进
def cargo():
    Left1.value(1)
    Left0.value(0)
    Right1.value(1)
    Right0.value(0)

# 车向后退
def carback():
    Left1.value(0)
    Left0.value(1)
    Right1.value(0)
    Right0.value(1)

# 车停止
def carstop():
    Left1.value(0)
    Left0.value(0)
    Right1.value(0)
    Right0.value(0)

# 车向左转
def carleft():
    Left1.value(0)
    Left0.value(1)
    Right1.value(1)
    Right0.value(0)

# 车向右转
def carright():
    Left1.value(1)
    Left0.value(0)
    Right1.value(0)
    Right0.value(1)

class ESP32_BLE():
    #与步骤3重复，请自行复制

def main():
    global BLE_MSG

    try:
        # 车先待命
        carstop()

        # 配置蓝牙
        ble = ESP32_BLE("ESP32S3BLE")

# 配置LED
        led = Pin(48, Pin.OUT)

        while True:
            if len(BLE_MSG)>0:
                if BLE_MSG in ["!B507","!B606","!B705","!B804","!B10;","!B20:","!B309","!B408","stop"]: #松开按键停止
                    print(">>%s<<————停止" % BLE_MSG)
                    carstop()
                elif BLE_MSG == "!B516":  # 按下app的上键向前
                    print(">>%s<<————向前" % BLE_MSG)
                    cargo()
                elif BLE_MSG == "!B615":  # 按下app的下键向后
                    print(">>%s<<————向后" % BLE_MSG)
                    carback()
                elif BLE_MSG == "!B714":  # 按下app的左键向左水平运动
                    print(">>%s<<————向左" % BLE_MSG)
                    carleft()
                elif BLE_MSG == "!B813":  # 按下app的右键向右水平运动
                    print(">>%s<<————向右" % BLE_MSG)
                    carright()

                BLE_MSG = ""
            sleep_ms(100)

    except KeyboardInterrupt:
        pass

if __name__ == "__main__":
    main()

最终成果展示 ​

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