Arduino ESP32多合一机器人开源

描述

嗨，在花了几个晚上做机器人之后，我决定与你分享我的上一份工作。一个基于 Arduino/ESP32 的机器人，能够避开障碍物、跟踪线路、跟随并显示来自摄像头的实时视频。

该机器人驾驶室通过蓝牙（连接到Arduino）或WIFI（ESP32板连接到Arduino）进行控制。

我希望以一种非常简单的方式制作这个机器人的分步指南。

避障机器人是一种完全自主的机器人，它能够避开移动时遇到的任何障碍物。简单的说，当它在前进的过程中遇到障碍物时，会自动停止前进并后退一步。然后它看起来左右两侧并开始以最佳方式移动，这意味着如果右侧有另一个障碍物则向左方向移动，或者如果左侧有另一个障碍物则向右方向移动。避障机器人非常有用，它是许多大型项目的基础，例如自动汽车、制造工厂中使用的机器人，甚至是航天器中使用的机器人。

线路跟踪机器人使用一些红外接近传感器来检测线路，并根据从传感器接收到的输入，Arduino 将在电机驱动器的帮助下引导电机移动。

跟随机器人使用接近传感器，可以检测附近的任何物体并跟随该物体。如果您来到机器人前面，它会开始跟随您。该机器人由超声波传感器和红外传感器组成，有助于跟踪物体。这就像机器人只有避障，但在工作中是相反的。它使用了 2 个红外传感器和一个超声波传感器。红外传感器用于跟随人或物体，超声波传感器用于移动机器人。

蓝牙机器人可以通过连接到 Arduino 的蓝牙设备进行控制。我开发了一个可以控制机器人方向和激活动作模式的 Android 应用程序。

ESP32板可以通过WIFI传输实时视频。我开发了一个 Android 应用程序，您可以在其中看到机器人运动过程中的实时视频。您可以将机器人用作物联网设备。

补给品

组装底部机箱

将底部机箱放在一个平面上，然后将双 H 桥 L298N 安装在其上（使用 4 个螺钉）。

注意双 H 桥方向（参见图片以供参考）。

使用较长的螺钉和螺母将 4 直流电机安装在底盘上（参见图片以供参考）。

按照架构将 4 直流电机连接到双 H 桥 L298N。请记住，双 H 桥 L298N 能够控制 2 个直流电机，我们必须将右电机和左电机连接在一起。

使用孔将 5V 5 路跟踪模块组装在底部机箱的前部位置（参见图片以供参考）。对于此步骤，您必须使用 2 个印刷垫片和 2 个 M2 螺母/螺钉。

使用小 M3 螺钉将 4 Standoff M3x50mm 拧到底部机箱上。该支架将用于将底架与顶架固定

组装顶部机箱

将顶部机箱放在平面上并将 Arduino 板安装在其上（使用 4 个螺钉）。

将 Arduino Sensor Shield V5.0 放在 Arduino 板的顶部，注意将相应的引脚耦合在一起。

用螺钉将 2 IR 传感器安装在机箱上。使用底盘上的定向支撑，以使传感器定向为 30°。这一步很重要，因为红外传感器用于检查机器人左右两侧的障碍物。

将 Micro 伺服 SG90 安装在机箱方孔上。使用 2 个螺丝固定。

用螺丝将蜂鸣器模块安装在机箱上。使用正确方向的支撑。

用 2 颗螺丝将电池座安装在机箱上。使用正确方向的支撑。

您现在已经组装了顶部和底部机箱。好工作。

让我们继续其他步骤。

准备超声波传感器和 ESP32 CAM

使用 3D 打印面部支架并将超声波传感器 HC-SR04 插入 2 圆孔中。

然后将Holder安装在已经安装在底盘上的微伺服上。

使用 4 母对母电缆连接超声波传感器 HC-SR04。

将 ESP32 Cam 安装在 3D 打印的面部支架上。

使用 2 根母对母电缆（5V 和 GND）连接 ESP32 Cam。

接线组件

现在我们可以开始给智能汽车接线了。

在将机箱组装在一起之前，我们必须将组件连接到底部机箱上，以便使用孔穿过。

使用 5 母-母电缆将跟踪模块 5V 5 路连接到底部机箱上。

使用 6 母-母电缆将双 H 桥 L298N 连接到底部机箱上。

使用 2 公公电缆连接 GND、5V 端口。

将双 H 桥上的 GND、12V 端口连接到电池座。重要提示：将电源开关置于 OFF 位置。

现在您可以使用顶部机箱上的孔穿过之前接线的母-母电缆。不要忘记微伺服电缆。

将 Top Cassis 放在顶部并使用 M3 螺钉将其与底部机箱固定。

现在我们可以继续连接顶部机箱上的其他组件。

使用 3 根母对母电缆连接顶部机箱上的两个 IR 传感器。

使用 3 根母对母电缆连接顶部机箱上的蜂鸣器模块。

尝试使用弹性或类似的东西将所有电缆放在一起。

接线细节：

L298N电机驱动器：

+12V → 锂电池 (+)

GND → Lipo 电池 (-)重要：将 GND 连接到 lipo 电池 (-) 和 arduino 板的任何 GND 引脚

+5V → arduino Vin

EnA → arduino 数字引脚 3

In1 → arduino 数字引脚 4

In2 → arduino 数字引脚 5

In3 → arduino 数字引脚 6

In4 → arduino 数字引脚 7

EnB → arduino 数字引脚 11

OUT1 → 电机 FWD+BWD 右

OUT2 → 电机 FWD+BWD 右

OUT3 → 电机 FWD+BWD 左

OUT4 → 电机 FWD+BWD 左

蜂鸣器模块：

GND → Arduino V

VCC → Arduino G

I/O → arduino 数字引脚 13

微伺服：

GND → Arduino V

VCC → Arduino G

IN → arduino 数字引脚 12

红外右传感器：

GND → Arduino V

VCC → Arduino G

OUT → arduino 数字引脚 2

红外左传感器：

GND → Arduino V

VCC → Arduino G

OUT → arduino 数字引脚 8

HC-SR04 超声波

声纳传感器：

VCC → Arduino URF +5V

Trig → arduino URF 模拟引脚 2

Echo → arduino URF 模拟引脚 3

GND → Arduino URF GND

跟踪模块：

GND → Arduino G

5V → Arduino V

OUT2 → arduino 模拟引脚 4

OUT3 → arduino 模拟引脚 1

OUT4 → arduino 模拟引脚 0

蓝牙模块 HC-06

GND → Arduino G

5V → Arduino V

TX → Arduino RX

RX → arduino TX

ESP32 凸轮

GND → Arduino G

5V → Arduino V

RX → arduino TX重要：连接时必须断开蓝牙

带电压读取器的面包板

使用粘合剂将迷你面包板安装在顶部机箱上。

使用公公电缆将双 H 桥上的 12V 端口连接到面包板。

电池电压（100k和1M电阻串联）

100k电阻→12V

100k/1M 电阻 → arduino 模拟引脚 5

1M电阻→arduino G

迷你面包板也可用于您自己的实验！

完成组装

现在您可以完成组装 4 个塑料轮并将所有电线组合在一起的工作。

编程 Arduino UNO

创建一个名为 \Catosci_SmartCar 的文件夹并保存所有 .ino、.cpp 和 .h 文件。

在 Arduino IDE 上打开 Catosci_SmartCar.ino 文件并上传到 Arduino 板。

重要提示：请记住在连接 USB 数据线之前断开蓝牙

/**********************************************************************
  Filename    : Catosci_SmartCar.ino
  Product     : Catosci 4WD Car for UNO
  Description : A Multifunctional Bluetooth Remote Car.
  Auther      : Carlo Iurisci
  Modification: 2022/03/25
**********************************************************************/
#include "Catosci_4WD_Car_for_Arduino.h"
#include "Automatic_Obstacle_Avoidance_Mode.h"
#include "Automatic_Tracking_Line_Mode.h"
#include "BluetoothOrders.h"

#define UPLOAD_VOL_TIME    3000
#define UPLOAD_DATA_TIME   500
#define COMMANDS_COUNT_MAX  8
#define INTERVAL_CHAR '@'


//#define DEBUG


u32 lastUploadVoltageTime;
u32 lastUploadDataTime;
String inputStringBLE = "";
bool stringComplete = false;
int paramters[COMMANDS_COUNT_MAX], paramterCount = 0;
int bleCarMode = MODE_NONE;

void setup() {
  pinsSetup();
  Serial.begin(9600);
  servoSetup();
//  while (!strip.begin());
//  strip.setAllLedsColor(0xFF0000);
}


void loop() {
  // invia misura Vbatteria all'App ogni UPLOAD_VOL_TIME
  upLoadVoltageToApp();
  // invia lettura sensori all'App ogni UPLOAD_DATA_TIME
  upLoadAndReadSonarValueToApp();
  
  if (stringComplete) {         //da eseguiro solo alla ricezione di un comando
    String inputCommandArray[COMMANDS_COUNT_MAX];


    String inputStringTemp = inputStringBLE;
    for (u8 i = 0; i < COMMANDS_COUNT_MAX; i++) {
      int index = inputStringTemp.indexOf(INTERVAL_CHAR);
      if (index < 0) {
        break;
      }
      paramterCount = i;  //
      inputCommandArray[i] = inputStringTemp.substring(0, index);
      inputStringTemp = inputStringTemp.substring(index + 1);
      paramters[i] = inputCommandArray[i].toInt();
    }
    stringComplete = false;
    inputStringBLE = "";


    char commandChar = inputCommandArray[0].charAt(0);
    switch (commandChar)
    {
      case ACTION_MOVE:
        if (paramterCount == 2) {
          motorRun(paramters[1], paramters[2]); //app contol catoscicar_speed is 0 ~ 100 ,pwm is 0~255
        }
        break;
      case ACTION_CAR_MODE:
        if (paramterCount == 1) {
          bleCarMode = paramters[1];
          switch (bleCarMode)
          {
            case MODE_NONE: case MODE_GRAVITY:
              resetCarAction();
              writeServo(OA_SERVO_CENTER);
              break;
            case MODE_ULTRASONIC: 
              oa_CalculateVoltageCompensation();
              break;
            case MODE_ULTRASONIC_NOIR:
              oa_CalculateVoltageCompensation();
              break;
            case MODE_FOLLOW:
              oa_CalculateVoltageCompensation();
              break;           
            case MODE_TRACKING:
              tk_CalculateVoltageCompensation();
              break;
            default:
              break;
          }
        }
        break;
      case ACTION_BUZZER:
        if (paramterCount == 1) {
          setBuzzer(paramters[1]);
        }
        break;
      default:
        break;
    }
  }


  switch (bleCarMode) //loop per modalità di controllo
  {
    case MODE_NONE: case MODE_GRAVITY:
      break;
    case MODE_ULTRASONIC: 
      updateAutomaticObstacleAvoidance();
      break;
    case MODE_ULTRASONIC_NOIR:
      updateAutomaticObstacleAvoidanceNoInfrared();
      break;
    case MODE_FOLLOW:
      UltrasonicFollow();
      break;           
    case MODE_TRACKING:
      updateAutomaticTrackingLine();
      break;
    default:
      break;
  }

void upLoadVoltageToApp() {
  int voltage = 0;
  if (millis() - lastUploadVoltageTime > UPLOAD_VOL_TIME) {
    if (getBatteryVoltage()) {
      voltage = batteryVoltage * 1000;
    }
    String sendString = String(ACTION_GET_VOLTAGE) + String(INTERVAL_CHAR) + String((voltage)) + String(INTERVAL_CHAR);
    Serial.println(sendString);
    
    lastUploadVoltageTime = millis();
  }
}

void upLoadAndReadSonarValueToApp() {
  // invia lettura sensori all'App
  if (millis() - lastUploadDataTime > UPLOAD_DATA_TIME) {
    String sendString = String(ACTION_ULTRASONIC)+String(INTERVAL_CHAR)+String(getSonar());
    sendString += String(INTERVAL_CHAR)+ String(digitalRead(IR_AVOIDANCE_RIGHT_PIN));
    sendString += String(INTERVAL_CHAR) + String(digitalRead(IR_AVOIDANCE_LEFT_PIN)) + String(INTERVAL_CHAR);
    Serial.println(sendString);
    
    lastUploadDataTime = millis();
  }
}


void serialEvent() {
  while (Serial.available()) {
    char inChar = (char)Serial.read();
    inputStringBLE += inChar;
    if (inChar == '\n') {
      stringComplete = true;
      Serial.println(inputStringBLE);
    }
  }
}

上传完成后，代码将开始运行。

迷你伺服将定位到 90°。

重要提示：如果需要，将面支架重新定位在伺服器上。

您现在可以使用串行命令测试机器人运动和动作模式。

以下是串行命令的说明：

#define ACTION_MOVE        'A'  //control movement of the smartcar A#speedl#speedr#
#define ACTION_CAR_MODE    'H'  //smartcar mode.
//        H#MODE_NONE->stop
//        H#MODE_GRAVITY->stop
//        H#MODE_ULTRASONIC->obstacle avoidance with sonar and ir
//        H#MODE_ULTRASONIC_NOIR->obstacle avoidance with sonar and no-ir
//        H#MODE_TRACKING->tracking with ir
//        H#MODE_FOLLOW->follow with sonar and ir
#define ACTION_BUZZER      'D'  //control buzzer          D#1# buzzer on / D#0# buzzer off
#define MODE_NONE            0
#define MODE_GRAVITY         1
#define MODE_ULTRASONIC      2
#define MODE_ULTRASONIC_NOIR 3
#define MODE_TRACKING        4
#define MODE_FOLLOW          5

编程 ESP32 CAM

现在是时候对 ESP32 CAM 进行编程以传输实时视频了。按照本教程使用 FTDI 编程器将 ESP32 CAM 连接到您的笔记本电脑/计算机 USB。

https://randomnerdtutorials.com/program-upload-code-esp32-cam/

创建一个名为\esp32cam-robot的文件夹并保存 app_httpd.cpp ,esp32cam-robot.ino。

在 Arduino IDE 上打开esp32cam-robot.ino文件。

在上传代码之前，您需要在以下变量中插入您的网络凭据：

const char* ssid = "REPLACE_WITH_YOUR_SSID";
const char* password = "REPLACE_WITH_YOUR_PASSWORD";

然后，单击Arduino IDE 中的上传按钮

当您开始在调试窗口上看到一些点时，按下 ESP32-CAM 板载 RST 按钮。

几秒钟后，代码应该成功上传到您的板上。

当您看到“ Done uploading ”消息时，您需要从 GND 移除 GPIO 0 并按下 RST 按钮以运行您的新代码。

在串行监视器上，您应该看到类似这样的内容。记下 ESP32 IP 地址。

20:43:13.775 -> ..........
20:43:18.265 -> WiFi connected
20:43:18.265 -> Camera Ready! Use 'http://192.168.1.27' to connect
20:43:18.359 -> Starting web server on port: '80'
20:43:18.359 -> Starting stream server on port: '81'

安卓应用

您现在可以使用我开发的应用程序通过蓝牙控制机器人并通过 wifi 观看实时视频。