通过WiFi网络控制Arduino汽车

描述

该项目展示了如何连接到 WiFi 网络、打开 Web 浏览器、连接到服务器并从一个简单的界面控制您的汽车。

UNO R3 + WIFI ESP8266 + CH340G Arduino和WIFI单板

该项目的核心是 Arduino ESP8266 WiFi 开发板。该板在单一平台上结合了 ATMega328 微控制器和 ESP8266 WiFi 芯片，两者之间具有串行通信。

有关如何配置和编程该板的详细说明，请参阅我之前的一篇帖子。

控制流程框图

下面是一个高级框图：

流程图

ESP8266 能够配置为软接入点并启动自己的无线网络。用户设备连接到该网络，然后可以使用 ESP8266 提供的网页通过 ESP8266 和 ATMega328 向汽车发送命令。

这篇文章的其余部分将详细介绍这些步骤。

第一——汽车

该项目使用两轮汽车。这些汽车的套件可从多个来源获得。这是高级物料清单：

两轮驱动套件，包括电机、底盘、各种螺丝和螺母、车轮和车轮编码器。

UNO R3 + WIFI ESP8266 + CH340G Arduino和WIFI单板

L298N电机驱动桥板

2 x HC-020K 编码器模块

4 x ICR16340 锂离子电池和电池座

切换开/关开关

无线天线

连接线

本文不包括如何制造汽车的描述；互联网上有很多资源可以解释所需的步骤。

成品车如下：

1号车

车2

整车电路图如下：

原理图

配置上只需要注意几点：

该车采用并联/串联配置的四节 ICR16340 700 mAh 锂离子电池。这些串联的两个电池在充满电时提供大约 8 V 的电压，这足以驱动电机和并联的 wifi/控制器电池可能会出现问题（您可以获得循环电流），作为替代方案，ICR16340 电池的容量为 2800 mAh版本——其中两个串联应该足以为汽车提供动力。

电机控制由 L298N 桥驱动器模块执行。同样，有大量资源可以解释它们的运行方式以及如何连接电机和控件。

该电路使用数字引脚 5 和 6 将 PWM 输出到 L298N 板以控制电机速度。它们连接到 L298N 板的 ENa 和 ENb。引脚 4、7、8 和 9 用于打开和关闭电机。

该电路包括两个 HC-020K 编码器模块。这些未在代码中专门使用，但可用于提供速度或距离反馈。

根据您的具体接线方式，可能需要调换电机引线以获得一致的方向。此外，HC-020K 编码器模块必须与软件中的正确电机配对（如果使用）。这可以通过交换中断 2 和 3 或调整软件来实现。

ESP8266 作为接入点和 Web 服务器

ESP8266 可配置为无线接入点和网络服务器。此外，它还可以设置为DNS 服务器。这允许客户端使用本地 URL 访问 Web 服务器。

在对 ESP8266 进行编程之前，您必须确保您使用的 Arduino IDE 已配置为执行此类编程。Internet 上有许多文章解释了如何执行此操作。搜索“来自 Arduino IDE 的程序 ESP8266”将提供许多结果。

基本步骤如下：

在 File → Preferences 中，将 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 并安装最新版本的“ESP8266 by ESP8266 Community”

完成此操作后，您应该在 Tools→Board 下为 ESP8266 Boards 提供一个选项。选择通用 ESP8266 模块。

用于设置 Wifi、Web 服务器和 DNS 的相关 Arduino 库是：

ESP8266WiFi.h

ESP8266WebServer.h

ESP8266mDNS.h

这些是作为设置 IDE 以对上述 ESP8266 进行编程的一部分安装的。

以下是将 ESP8266 配置为软接入点的相关代码片段。

#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
{

上面的代码会将 ESP8266 设置为接入点，客户端可以连接到它，但不会发生其他任何事情。首先，让我们配置 mDNS 服务器以允许更轻松的 URL 访问。

下面的代码片段：

#include 

MDNS.begin("esp8266");

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

一旦客户端连接到 ESP8266 接入点，Web 浏览器就可以使用 URL http://esp8266.local/ 来访问 ESP8266。更改 begin() 指令中的参数“esp8266”将更改 URL。

设置网络服务器的相关代码片段如下：

#include 

ESP8266WebServer server(80);

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

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

其中 handlerRoutine 是一个子例程，当从客户端收到请求时执行各种操作。

ESP8266 板载文件系统

ESP8266 的另一个特点是它有一个板载文件系统，串行外设接口闪存文件系统 (SPIFFS)，可用于存储文件。在我们的例子中，我们可以使用它来存储提供给连接的客户端的 html 文件。此功能的相关库是：

FS.h

要在 Arduino IDE 中启用此功能，需要一个插件：Filesystem uploader。

首先，确保安装了最新的 Arduino IDE，并且如前所述，您有用于 Arduino IDE 的 ESP8266 插件。

然后按照以下任一链接中的说明进行操作：

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

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

这两个链接都显示了安装插件后如何使用文件系统上传器。

现在——HTML 代码

一旦将 ESP8266 设置为 Web 服务器，相关的 html 页面必须在连接后提供给客户端。按照惯例，此文件标记为 index.html。要理解此文件，需要了解 html 代码。

一些解释：

该文件定义了一个页面，由四个按钮（FWD、RIGHT、LEFT、BACK）和一个速度滑块组成。

按下按钮会导致它改变颜色并向 ESP8266 网络服务器发送 GET 请求

Web 服务器将处理 GET 请求并使用它与 ATMega328 通信以控制汽车

更改速度滑块将启动 POST 请求，该请求将用于设置速度值。

完整文件（带注释）可以在本文的代码部分找到。最终页面如下：

ESP8266与ATMega328通信

如前所示，ESP8266 和 ATMega328 之间的通信是通过串口进行的。要启用此通信，板载 DIP 开关必须设置如下：

将 dip 开关设置为模式 4（SW1 和 SW2 打开，所有其他关闭）

ESP8266 将 1 到 8 之间的单个字符发送到 ATMega328 以指定电机动作。完整代码如下：

// 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();

速度值作为第一个字符为“s”的字符串发送。然后代码从字符串中去除 s 并进行字符串到整数的转换以设置电机速度。

把它们放在一起

以下是构建完整项目的简要说明：

造车

使用 Arduino IDE 中的 Boards Manager 选择 Generic ESP8266 模块

将 index.html 文件上传到 ESP8266（DIP 开关 5、6、7 上所有其他关闭），然后重置处理器

上传ESP8266程序

断开电源并将 DIP 开关设置为 ATMega328（所有其他的 DIP 开关 3、4 关闭）

上传Arduino程序（在Boards manager中选择Arduino UNO后）

断开电源并将 DIP 开关设置为内部通信（DIP 开关 1、2 在所有其他关闭）

启动汽车

将平板电脑、智能手机或笔记本电脑无线连接到“ESP8266Network”

从连接的平板电脑、智能手机或笔记本电脑，打开 URL http://esp8266.local/

使用界面驾驶汽车

最后的话

这个项目汇集了一些不同的技能。希望它具有挑战性。

可以使用像 Node MCU 这样的单个 ESP8266 板来实现所有这些功能，但这将是一个单独的项目。