Arduino+ESP8266的远程控制小车

本文最后更新于：2021年12月14日 晚上

简单介绍如何利用Arduino单片和ESP8266开发板，结合物联网云平台，制作一款能远程遥控的小车。
KeyWords：单片机控制、WiFi、远程遥控、手机App

Arduino+ESP8266的远程控制小车

硬件选型

小车主控板：Arduino UNO

​ Aruduino平台于2005年诞生，两位就职于米兰设计学院的教授，希望开发一款具有软件开发功能的开源的硬件实验平台，于是在他们的合作下，Arduino应运而生。Arduino的编程的语言脱胎于C，如果你有了C语言的学习经验的话，在了解了基本的语言特点和语法之后，便能够非常快速的在Arduino上进行独立的开发工作。关于Arduino的语言，主要有一下两部分，其一是setup()函数，该函数的作用只要在于对系统进行初始化，对相应的引脚进行定义，比如设置输入还是输出模式。第二部分是loop()函数，该函数是用来编写对应的功能的，同时loop()函数将启动硬件部分。不仅如此，Arduino拥有丰富的库文件，分为：官方提供和开发者自定义两种类型。

​ 正如上文提到的，Arduino同时兼具软件开发的功能，拥有着自己的软件开发环境——Arduino IDE。它最为显著的特点就是可以跨多个平台运行，极大方便了使用。目前支持的平台包括：Linux、Windows和MacOS等。Arduino IDE是针对Arduino开发板的一个集成开源的编译软件，操作界面简单、语言风格与C语言相近、使用的库文件是开源的并且简单的代码可以直接通过串口进行下载。对于使用Arduino的开发者来说，这是一款首选的开发环境。
ArduinoIDE

​ ArduinoIDE是基于processing IDE开发的，是初学者十分的友好，能够快速的掌握，并具有很高的灵活性。Arduino的语言对于avr-gcc库二次封装，因而不需要太多的单片机和编程基础，便可以进行快速的开发。它的工作流程为，在开发者编写好代码，编译后，将语言转换成C++，再用avr-gcc将编译语言转换成二进制，这样一来，开发者编写的内容才能够背Arduino的硬件识别，程序才能够运行。这串代码通过USB接口连接到电脑，再上传到Arduino的存储器进行存储。

​ 在开发者使用Arduino IDE的时候，要做好以下的准备工作：在PC端下载对应硬件的驱动，选择合适的端口。这些步骤完成之后，便可开始程序的编写。Arduino还有第三方的图形化编程软件，极大地降低了对开发者的编程能力的要求，只要能够符合逻辑的设计出功能，按照规定的方式设置对应的参数，便可以下载程序到硬件开发板进行使用。

Arduino软件下载
Arduino中文社区

​ 小车选用的是Arduino UNO的开发板，搭载芯片为ATmega328p。

ArduinoUNO

​ 同时为了方便对控制小车其他配件，选用了一块配套的功能转接板，如下所示：

功能转接板

​

远程连接模块：ESP8266开发板

小车采用ESP-12E开发板（NoteMCU）作为WIFI连接的模块，通过该块开发板连接物联网云平台，实现远程的控制实现。
EPS8266

其他配件

小车还需要的配件包括：四个直流电机，底盘，车轮，螺丝（若干），铜柱（若干），电池盒，可充电电池。

云平台选择——点灯科技（Blinker）

官网首页

开发文档

远程控制设计

小车控制

远程控制功能主要分为两个主要部分，分别是对小车的动作控制和云平台连接。

小车的行动通过控制电机的转速来实现，单片机的I/O口输出不同的信号，改变驱动电路中PWM的比例值，进而对电机的转速进行调控。将对应的电机状态用函数进行封装，配合不同指令调用对应的函数来实现对小车的控制。

小车基本动作的函数如下表所示：

​ 小车基本动作函数

函数名 功能 备注
run() 小车向前进 左右电机前进
brake() 小车停止 左右电机停止
left() 小车左转 右电机前进左电机停止
right() 小车右转 右电机停止左电机前进
back() 小车后退 左右电机反转

云平台连接

云平台远程连接采用ESP-12E开发板实现，首先通过ESP-12E板和物联网云平台（采用的是Blinker平台）进行远程连接，首先给开发板刷入Blinker的固件，当设备连接启动后，Arduino板通过串口向ESP-12E开发板发送AT指令，进行WIFI连接。连接成功后，就可以通过手机端向云平台发送指令，再由云平台发送给ESP-12E，Arduino通过串口读取指令，调用相应的动作函数。

​ AT指令字段说明

AT指令 BLINKER_WIFI=0 3275431b24545 f55 bruce6545555
说明 模块工作于透传模式 绑定设备的密钥 WIFI名称 WIFI密码

Bilnker云平台远程连接，主要分为新建组件、设置回调函数、绑定组件与回调函数三个步骤，主要的函数说明如下。

​ 远程连接主要函数说明

函数名 功能 备注
BlinkerButton ButtonRun(“btn-run”); 创建Button对象，键值为“btn-run” 对应Blinker app上的按键控件
void buttonRun_callback(const String & state) 获取按键的状态 根据按键的触发状态执行对应语句
ButtonRun.attach(buttonRun_callback) 绑定控件和对应的回调函数

源代码

小车控制部分

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/***********************************************
  前进  按下发出 ONA  
  后退：按下发出 ONB  
  左转：按下发出 ONC  
  右转：按下发出 OND  
  停止：按下发出 ONE  
************************************************/
int Left_motor=8;     //左电机(IN3) 输出0  前进   输出1 后退
int Left_motor_pwm=9;     //左电机PWM调速

int Right_motor=11;    //右电机(IN1)  输出0  前进   输出1 后退
int Right_motor_pwm=10;    // 右电机PWM调速

char buffer[18];		//串口缓冲区的字符数组
void setup()			  //设定串口和引脚模式
{
     Serial.begin(9600);
     Serial.flush();		//清空串口缓存
     
     Serial.println("AT+BLINKER_WIFI=0,3275431b255e,f55,bruce6545555");

     pinMode(Left_motor,OUTPUT); // PIN 8 8脚无PWM功能
     pinMode(Left_motor_pwm,OUTPUT); // PIN 9 (PWM)
     pinMode(Right_motor_pwm,OUTPUT);// PIN 10 (PWM) 
     pinMode(Right_motor,OUTPUT);// PIN 11 
}
void run()     // 前进
{
  digitalWrite(Right_motor,LOW);  // 右电机前进
  digitalWrite(Right_motor_pwm,HIGH);  // 右电机前进     
  analogWrite(Right_motor_pwm,90);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  
  
  digitalWrite(Left_motor,LOW);  // 左电机前进
  digitalWrite(Left_motor_pwm,HIGH);  //左电机PWM     
  analogWrite(Left_motor_pwm,90);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  //delay(time * 100);   //执行时间，可以调整  
}

void brake()         //刹车，停车
{
  
  digitalWrite(Right_motor_pwm,LOW);  // 右电机PWM 调速输出0      
  analogWrite(Right_motor_pwm,0);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减

  digitalWrite(Left_motor_pwm,LOW);  //左电机PWM 调速输出0          
  analogWrite(Left_motor_pwm,0);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  //delay(time * 100);//执行时间，可以调整  
}

void left()         //左转(左轮不动，右轮前进)
{
   digitalWrite(Right_motor,LOW);  // 右电机前进
  digitalWrite(Right_motor_pwm,HIGH);  // 右电机前进     
  analogWrite(Right_motor_pwm,110);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  
  
  digitalWrite(Left_motor,LOW);  // 左电机前进
  digitalWrite(Left_motor_pwm,LOW);  //左电机PWM     
  analogWrite(Left_motor_pwm,0);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  //delay(time * 100);	//执行时间，可以调整  
}

void spin_left()         //左转(左轮后退，右轮前进)
{
  digitalWrite(Right_motor,LOW);  // 右电机前进
  digitalWrite(Right_motor_pwm,HIGH);  // 右电机前进     
  analogWrite(Right_motor_pwm,90);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  
  digitalWrite(Left_motor,HIGH);  // 左电机后退
  digitalWrite(Left_motor_pwm,HIGH);  //左电机PWM     
  analogWrite(Left_motor_pwm,90);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  //delay(time * 100);	//执行时间，可以调整  
}

void right()        //右转(右轮不动，左轮前进)
{
   digitalWrite(Right_motor,LOW);  // 右电机不转
  digitalWrite(Right_motor_pwm,LOW);  // 右电机PWM输出0     
  analogWrite(Right_motor_pwm,0);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  
  
  digitalWrite(Left_motor,LOW);  // 左电机前进
  digitalWrite(Left_motor_pwm,HIGH);  //左电机PWM     
  analogWrite(Left_motor_pwm,110);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  //delay(time * 100);	//执行时间，可以调整  
}

void spin_right()        //右转(右轮后退，左轮前进)
{
  digitalWrite(Right_motor,HIGH);  // 右电机后退
  digitalWrite(Right_motor_pwm,HIGH);  // 右电机PWM输出1     
  analogWrite(Right_motor_pwm,50);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  
  
  digitalWrite(Left_motor,LOW);  // 左电机前进
  digitalWrite(Left_motor_pwm,HIGH);  //左电机PWM     
  analogWrite(Left_motor_pwm,50);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  //delay(time * 100);	//执行时间，可以调整    
}

void back()          //后退
{
  digitalWrite(Right_motor,HIGH);  // 右电机后退
  digitalWrite(Right_motor_pwm,HIGH);  // 右电机前进     
  analogWrite(Right_motor_pwm,90);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  
  
  digitalWrite(Left_motor,HIGH);  // 左电机后退
  digitalWrite(Left_motor_pwm,HIGH);  //左电机PWM     
  analogWrite(Left_motor_pwm,90);//PWM比例0~255调速，左右轮差异略增减
  //delay(time * 100);   //执行时间，可以调整    
}

void loop()
{
    if(Serial.available() > 0)	//Serial.available()返回串口收到的字节数
    {
       int index = 0;
       delay(100);		//延时等待串口收完数据，否则刚收到1个字节时就会执行后续程序
       int numChar = Serial.available();	
       if(numChar > 15)		//确认数据不会溢出，应当小于缓冲大小
       {
         numChar = 15;
        }
       while(numChar--)
      {
          buffer[index++] = Serial.read();	//将串口数据一字一字的存入缓冲
      }
      Serial.println(buffer);
      splitString(buffer);				//字符串分割
    }
    
}

void splitString(char *data)
{
       Serial.print("Data entered:");
       Serial.println(data);
       char *parameter;
       parameter = strtok(data, " ,");//string token，将data按照空格或者,进行分割并截取
       Serial.println(parameter);
    while(parameter != NULL)
  {
    setMove(parameter);
    parameter = strtok(NULL, " ,");	//string token，再次分割并截取，直至截取后的字符为空
    Serial.println(parameter);			
   }
   for(int x = 0; x < 16; x++)			//清空缓冲
  {
   buffer[x] = '\0';
  }
     Serial.flush();
}

void setMove(char *data)
{
   if((data[0] == 'O') && (data[1] == 'N')&& (data[2] == 'A'))
   {
    Serial.println("go forward!"); 
      run();
  }
  if((data[0] == 'O') && (data[1] == 'N')&& (data[2] == 'B'))
   {
    Serial.println("go back!"); 
      back(); 
 }
    if((data[0] == 'O') && (data[1] == 'N')&& (data[2] == 'C'))
   {
      Serial.println("go left!"); 
      left();
  }
    if((data[0] == 'O') && (data[1] == 'N')&& (data[2] == 'D'))
   {
     Serial.println("go right!"); 
      right(); 
  }
    if((data[0] == 'O') && (data[1] == 'N')&& (data[2] == 'E'))
   {
      Serial.println("Stop!"); 
      brake(); 
  }
    if((data[0] == 'O') && (data[1] == 'N')&& (data[2] == 'F'))
   {
    Serial.println("Stop!"); 
     brake();  
   }
   
}

远程连接部分（烧制在ESP-12E开发板）

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#define BLINKER_AT_MQTT
#include <Blinker.h>

// 新建组件对象
BlinkerButton ButtonRun("btn-run");
BlinkerButton ButtonBack("btn-back");
BlinkerButton ButtonLeft("btn-left");
BlinkerButton ButtonRight("btn-right");
BlinkerButton ButtonStop("btn-stop");
BlinkerButton ButtonOn("btn-on");
BlinkerButton ButtonOff("btn-off");
int counter = 0;

// 按键回调函数
void buttonRun_callback(const String & state)
{
  if (state == BLINKER_CMD_BUTTON_PRESSED){
     Serial.write("ONA");
  }
  else if (state == BLINKER_CMD_BUTTON_RELEASED){
     Serial.write("ONE");
  }
  else{
      Serial.write("ONA");
      delay(1000);
      Serial.write("ONE"); 
  }
}
void buttonBack_callback(const String & state)
{
   if (state == BLINKER_CMD_BUTTON_PRESSED){
     Serial.write("ONB");
  }
  else if (state == BLINKER_CMD_BUTTON_RELEASED){
     Serial.write("ONE");
  }
  else{
      Serial.write("ONB");
      delay(1000);
      Serial.write("ONE"); 
  }
}
void buttonLeft_callback(const String & state)
{
   if (state == BLINKER_CMD_BUTTON_PRESSED){
     Serial.write("ONC");
  }
  else if (state == BLINKER_CMD_BUTTON_RELEASED){
     Serial.write("ONE");
  }
  else{
      Serial.write("ONC");
      delay(1000);
      Serial.write("ONE"); 
  }
}
void buttonRight_callback(const String & state)
{
    if (state == BLINKER_CMD_BUTTON_PRESSED){
     Serial.write("OND");
  }
  else if (state == BLINKER_CMD_BUTTON_RELEASED){
     Serial.write("ONE");
  }
  else{
      Serial.write("OND");
      delay(1000);
      Serial.write("ONE"); 
  }
}
void buttonStop_callback(const String & state)
{
   Serial.write("ONE");
}
void buttonOn_callback(const String & state)
{
   digitalWrite(2,LOW);
   Serial.write("ONF");
}
void buttonOff_callback(const String & state)
{
   digitalWrite(2,HIGH);
}
void setup()
{
    Blinker.begin();

    pinMode(2,OUTPUT);
    
    ButtonRun.attach(buttonRun_callback);
    ButtonBack.attach(buttonBack_callback);
    ButtonLeft.attach(buttonLeft_callback);
    ButtonRight.attach(buttonRight_callback);
    ButtonStop.attach(buttonStop_callback);

    ButtonOn.attach(buttonOn_callback);
    ButtonOff.attach(buttonOff_callback);
    
}

void loop() {
 // char ch=Serial.read(); // 读取输入的信息
 //Serial.print(ch);  //输出信息
 //delay(1000); 
    Blinker.run();
}
实践录
Arduino 物联网

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