基于ESP32的智能机器人：鸿蒙OS应用与嵌入式C++的WiFi/TCP优化实践（代码示例）

发布于：2024-08-15 ⋅ 阅读:(76) ⋅ 点赞:(0)

一、项目概述

本项目旨在开发一款基于ESP32的智能机器人，支持通过鸿蒙OS应用程序进行蓝牙或Wi-Fi远程控制。用户可以通过手机APP操控机器人运动、执行预设任务，并实时获取机器人摄像头拍摄的画面。

项目目标:

  • 实现基于ESP32的机器人平台搭建。

  • 实现机器人与鸿蒙OS设备的蓝牙/Wi-Fi通信。

  • 开发鸿蒙OS应用程序，实现对机器人的远程控制和视频回传。

项目价值:

  • 提供一个低成本、易于上手的智能机器人开发平台。

  • 结合鸿蒙OS系统，探索物联网应用新场景。

  • 为机器人爱好者提供学习和实践的机会。

二、系统架构

系统架构图:

蓝牙/Wi-Fi
电机驱动
传感器接口
摄像头模块
鸿蒙OS APP
ESP32
电机
传感器
摄像头

系统组件:

  • 控制端: 运行鸿蒙OS的手机或平板电脑，安装有控制APP。

  • 机器人端: 基于ESP32开发板，负责接收控制指令、处理传感器数据、控制电机运动和传输摄像头画面。

技术栈:

  • 单片机: ESP32

  • 通信协议: 蓝牙/Wi-Fi

  • 编程语言: C/C++ (Arduino框架)

  • 传感器: 超声波传感器、红外传感器等 (根据实际需求选择)

  • 电机驱动: L298N等

  • 摄像头模块: OV2640等

三、环境搭建

硬件:

  • ESP32开发板

  • 电机驱动模块

  • 电机

  • 传感器 (根据需求选择)

  • 摄像头模块

  • 蓝牙/Wi-Fi模块 (ESP32自带)

软件:

  • Arduino IDE

  • ESP32开发板支持包

  • 鸿蒙OS SDK

  • 鸿蒙OS开发工具 (DevEco Studio)

环境搭建步骤:

  1. 安装Arduino IDE: 从Arduino官网下载并安装最新版Arduino IDE。

  2. 安装ESP32开发板支持包: 在Arduino IDE的“文件 -> 首选项 -> 附加开发板管理器网址”中添加ESP32开发板支持包的网址，然后在“工具 -> 开发板 -> 开发板管理器”中搜索并安装ESP32开发板支持包。

  3. 安装鸿蒙OS SDK: 从鸿蒙OS官网下载并安装最新版鸿蒙OS SDK。

  4. 安装鸿蒙OS开发工具: 从鸿蒙OS官网下载并安装最新版DevEco Studio。

  5. 连接硬件: 将ESP32开发板通过USB线连接到电脑，并按照电路图连接其他硬件模块。

配置示例:

  • 在Arduino IDE中选择ESP32开发板型号和端口号。

  • 在Arduino IDE中安装所需的库文件，例如蓝牙/Wi-Fi库、电机驱动库、传感器库等。

注意事项:

  • 确保硬件连接正确，供电电压稳定。

  • 选择合适的库文件版本，避免出现兼容性问题。

四、代码实现

代码结构:

├── robot  // 机器人端代码
│   └── src
│       └── main.cpp
└── app  // 鸿蒙OS APP代码
    └── entry
        └── src
            └── main
                └── js
                    └── default
                        └── pages
                            └── index
                                └── index.hml

关键代码示例:

机器人端 (main.cpp):

#include <Arduino.h>
#include <WiFi.h>
#include <ESP32Servo.h>

// 引脚定义
#define MOTOR_A_1 2
#define MOTOR_A_2 4
#define MOTOR_B_1 16
#define MOTOR_B_2 17
#define SERVO_PIN 18 

// Wi-Fi配置
const char* ssid = "your_ssid";
const char* password = "your_password";

// 创建WiFi服务器
WiFiServer server(80);

// 创建舵机对象
Servo servo;

// 电机控制函数
void motorControl(int speedA, int speedB) {
  // 控制电机A
  digitalWrite(MOTOR_A_1, speedA > 0 ? HIGH : LOW);
  digitalWrite(MOTOR_A_2, speedA < 0 ? HIGH : LOW);
  analogWrite(MOTOR_A_1, abs(speedA));

  // 控制电机B
  digitalWrite(MOTOR_B_1, speedB > 0 ? HIGH : LOW);
  digitalWrite(MOTOR_B_2, speedB < 0 ? HIGH : LOW);
  analogWrite(MOTOR_B_1, abs(speedB));
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // 初始化电机引脚
  pinMode(MOTOR_A_1, OUTPUT);
  pinMode(MOTOR_A_2, OUTPUT);
  pinMode(MOTOR_B_1, OUTPUT);
  pinMode(MOTOR_B_2, OUTPUT);

  // 初始化舵机
  servo.attach(SERVO_PIN);

  // 连接Wi-Fi
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Connecting to WiFi...");
  }
  Serial.println("Connected to WiFi");
  Serial.print("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  // 启动服务器
  server.begin();
  Serial.println("Server started");
}

void loop() {
  // 监听客户端连接
  WiFiClient client = server.available();
  if (client) {
    Serial.println("New client connected");
    
    // 处理客户端请求
    while (client.connected()) {
      if (client.available()) {
        String command = client.readStringUntil('\n');
        command.trim();

        // 解析命令
        if (command.startsWith("move:")) {
          // 解析电机速度
          int speedA = command.substring(5, command.indexOf(',')).toInt();
          int speedB = command.substring(command.indexOf(',') + 1).toInt();
          motorControl(speedA, speedB);
        } else if (command.startsWith("servo:")) {
          // 解析舵机角度
          int angle = command.substring(6).toInt();
          servo.write(angle);
        }
      }
    }
    
    // 客户端断开连接
    client.stop();
    Serial.println("Client disconnected");
  }
}

代码说明:

  1. 包含头文件: 包含了ESP32开发所需的头文件，例如WiFi库、舵机库等。

  2. 定义引脚: 定义了电机和舵机连接的引脚。

  3. 设置Wi-Fi: 设置Wi-Fi连接信息，包括SSID和密码。

  4. 创建服务器: 创建一个WiFi服务器，监听客户端连接。

  5. 初始化: 在setup()函数中初始化串口、电机引脚、舵机和Wi-Fi连接。

  6. 处理客户端请求: 在loop()函数中不断监听客户端连接，并处理客户端发送的命令。

  7. 解析命令: 使用字符串处理函数解析客户端发送的命令，例如move命令用于控制电机，servo命令用于控制舵机。

  8. 控制电机和舵机: 根据解析出的命令参数，控制电机和舵机的运动。

鸿蒙OS APP代码 (index.hml):

<div class="container">
  <button onclick="moveForward()">前进</button>
  <button onclick="moveBackward()">后退</button>
  <button onclick="turnLeft()">左转</button>
  <button onclick="turnRight()">右转</button>
  <button onclick="stop()">停止</button>
</div>

<script>
  import { connect } from '@system.connect';

  export default {
    data() {
      return {
        deviceId: '', // 设备ID，需要替换为实际值
      };
    },
    onInit() {
      this.discoverDevice();
    },
    discoverDevice() {
      connect.discover({
        success: (devices) => {
          if (devices.length > 0) {
            this.deviceId = devices[0].deviceId;
          }
        },
        fail: (error) => {
          console.error('Device discovery failed:', error);
        },
      });
    },
    sendMessage(command) {
      if (!this.deviceId) {
        console.error('Device not connected');
        return;
      }

      connect.write(this.deviceId, {
        data: command + '\n',
        success: () => {},
        fail: (error) => {
          console.error('Message sending failed:', error);
        },
      });
    },
    moveForward() {
      this.sendMessage('move:255,-255');
    },
    moveBackward() {
      this.sendMessage('move:-255,255');
    },
    turnLeft() {
      this.sendMessage('move:-255,-255');
    },
    turnRight() {
      this.sendMessage('move:255,255');
    },
    stop() {
      this.sendMessage('move:0,0');
    },
  };
</script>

<style>
  .container {
    display: flex;
    flex-direction: column;
    align-items: center;
    justify-content: center;
    height: 100%;
  }

  button {
    margin: 10px;
    padding: 10px 20px;
    font-size: 16px;
  }
</style>

代码说明:

  1. 导入模块: 导入@system.connect模块，用于与设备进行连接和通信。

  2. 定义数据: 定义了deviceId变量，用于存储连接设备的ID。

  3. 初始化: 在onInit()函数中调用discoverDevice()函数，尝试发现并连接附近的设备。

  4. 发现设备: 使用connect.discover()方法搜索附近的设备，并将第一个找到的设备ID存储到deviceId变量中。

  5. 发送消息: sendMessage()函数用于向设备发送控制命令。

  6. 控制机器人: 定义了moveForward()、moveBackward()、turnLeft()、turnRight()和stop()函数，分别对应机器人的前进、后退、左转、右转和停止操作。这些函数会调用sendMessage()函数发送相应的控制命令。

注意:

  • 将代码中的your_ssid和your_password替换为实际的Wi-Fi网络名称和密码。

  • 将鸿蒙OS APP代码中的设备ID替换为实际连接的ESP32设备ID。

五、项目总结

本项目成功实现了一个基于ESP32和鸿蒙OS的智能机器人，用户可以通过手机APP远程控制机器人的运动，并可以扩展其他功能，例如传感器数据采集、视频监控等。

主要功能:

  • 蓝牙/Wi-Fi远程控制

  • 电机控制

  • 舵机控制

  • 传感器数据采集 (可选)

  • 视频监控 (可选)

未来展望:

  • 添加更多传感器，实现更丰富的功能。

  • 使用机器学习算法，实现自主导航和避障。

  • 开发更完善的鸿蒙OS APP，提供更友好的用户界面和更强大的功能。

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