极客领航（ 51、STM32、智能小车项目、ESP8266、远程控制系统）

2024-02-24 16:03:58

该项目是极客领航教程中嵌入式项目，智能小车远程控制系统
代码开源（文末）。

设计体系主要包括（如图所示）

小车主体（51与STM32实现）
硬件遥控器（主控STM32）
手机遥控软件（Android设计）
电脑控制软件（QT设计）

该设计在小车上未加太多传感器，先主要实现小车的主要功能，就是遥控。对于测距、显示屏、陀螺仪、循迹等等都可以在基础功能实现后添加。在教程的后续会写循迹小车、平衡小车、玲珑机器人等文章，可参考极客领航教程体系。

下面是以前制作的小车，现在看来是有点丑，小车和遥控器可以画PCB和3D建模，这样会好看很多，感兴趣的可以看该教程的辅助设计篇。

以前设计的海报，现在看起来感觉也还行。

在这里我先不多说了，感兴趣的可以支持下，后续我也会录制作教程视频，如果觉得文章枯燥的可以看视频学。

小车主体（51）

小车主体主要模块是L298N电机驱动模块与ESP8266WiFi模块.

L298N电机驱动

核心知识点

通道A和通道B是接两个电机，不分正负极。
5V输入是给L298N芯片供电的，有的接主电源正极过后，芯片就会通电，不用外接，然后可以利用这个电压去给其他单片机供电。
主电源正极的给电机输出的电压，最大不超过12V
输入1,2,3,4是控制电机正反转的，比如1给高电平，2给低电平，电机就会转动，反接电机就会反转。12控制一个电机，34控制一个电机。
A相使能端与B相使能端是给电机使能的，如果我们不进行调速，就直接接高电平，在L298N上面就是接旁边引脚，速度快慢是根据电机电压大小判断。如果我们需要进行调速，那么这两个引脚需要接单片机引脚，通过程序设计，进行PWM输出。

51代码设置，我们如何定义就如何接线。

//使能端，利用PWM波实现调速
sbit ENA = P1^4;
sbit ENB = P1^5;

sbit IN1 = P1^0; //定义右边控制引脚
sbit IN2 = P1^1;
sbit IN3 = P1^2; //定义左边控制引脚
sbit IN4 = P1^3;

如何控制电机转动呢？
上面我们设置好引脚了，可以先让使能端接高电平，或者让使能端引脚等于高电平。
如果想让右边的电机转动，那么可以IN1 = 1，IN2 = 0，电机就会转动，如果IN1 = 0，IN2 = 1，电机就会反转。如果IN1 = 1，IN2 = 1；IN1 = 0，IN2 = 0，电机都会停止。

如何对电机进行调速呢？
电机调速，就会涉及PWM输出，在51中就会涉及定时器，占空比。
那么我们就先说下定时器的配置，主要包括初始化与中断函数。

定时器基本寄存器

没有基础看寄存器比较费劲，在这里我也不深究，需要哪些内容就提出来，不想了解的可以跳过，看应用就好。

中断系统图

TMOD寄存器

TCON 定时器控制寄存器

TR0 ：TR0=1表示T0开始运行。（单片机中T1引脚，需要高低电平的驱动）
TR1 ：TR1=1表示T1开始运行。（单片机中T0引脚，需要高低电平的驱动）

中断源优先级及中断号

在这里需要哪些内容我就列举出来，至于寄存器具体知识，可以自己去查阅，我不想文章太冗杂。

定时器初始化流程

1、选择定时器的模式，设置TMOD，比如我们设置TMOD=0X01;由上图可知，M1 = 0，M0 = 1；选择了方式一。要记住后四位是定时器0，前四位是定时器1。选择模式，就是确定了定时和计数的寄存器是多少位。
2、给定时器送入初值，确定每次寄存器溢出的时间
送入初值的具体原理：

由TMOD模式选择可知，方式1为16位定时器/计数器
16位寄存器容量为65535
定时器一旦开始，寄存器就会在原来的数值上加 1，每次加1的时间为1个机器周期
一个机器周期等于12个时钟周期，时钟周期与晶振的频率有关
如果晶振频率为12HZ，那么一个时钟周期的时间为1/12us
所以一个机器周期就为 1us

就说明，寄存器每一次计数都需要1us的时间
10000us == 10ms
如果我们将寄存器的初值设置为 65535 - 10000 = 55535
那么从55535开始计数，当达到65535时，需要计数10000次，就是10ms
我们可以控制寄存器溢出的次数，来得到准确的时间
假如我们设置每次溢出要10ms，那么100次就是 1s

又怎么设置寄存器的初值呢？
假如我们要设置初值为55535
1、对55535 / 256 = 216; 216对应的十六进制就是 1101 1000 = 0xd8
写成 TH0=0Xd8; 
2、再对55535 % 256 = 239; 239对应十六进制为 1110 1111 = 0xef
写成 TL0=0Xf0;

3、打开中断允许，就是ET0，EA

	ET0=1;//打开定时器0中断允许
	EA=1;//打开总中断

4、开始计时 TR0=1;

根据中断系统图分享逻辑就比较清晰，后续录视频教程，文章主要是总结。

由上面分析可知，我们可以写出
定时器0的初始化函数

//定时器0初始化函数
void Timer0Config()
{
	TMOD &= 0xF0; //清除定时器0的模式
	TMOD |= 0x01; //设置定时器0模式
	TH0 = 0xFF; //送入初值 (65536 - 130) / 256   65536 - 65406
	TL0 = 0x7E; //(65536 - 130) % 256
	EA = 1; //打开总中断
	ET0 = 1; //打开定时器0中断允许
	TR0 = 1; //定时器0允许控制位
}

定时器0中断函数

//定时器0 中断函数 中断号为 1
void InterruptTimer0() interrupt 1
{
	//每次溢出过后，都需要重新设置初值
	TH0 = 0xFF; //给定时器赋初值，定时130us
	TL0 = 0x7E;
	cnt++; //每次溢出cnt自加1，130us自加一次
	if(cnt >= 100) //当cnt大于等于100时，就清0
	{
		cnt = 0;
	}
	//在这里是定义一个周期为 130 * 100 = 13000us，13ms
}

定时器初始化函数和中断函数都写了，又如何控制电机呢？
目前还不行，因为我们还有写PWM函数。
我们通过一段代码来分析

	IN3 = 1;
	if(cnt <= DutyCycle) //DutyCycle是占空比
	{
		IN4 = 0;
	}
	else
	{
		IN4 = 1;
	}

因为由定时器中断函数，cnt变量在0 - 100进行循环，一个周期溢出100次；分析上面代码，当占空比DutyCycle = 60时，我们执行一百次上面的程序，cnt递增。会发现在IN3一百次都是1，IN4六十次为0，四十次为1，速度是全速的%60；当空比DutyCycle = 100时，一个周期内IN3全是1，IN4全是0，速度为全速。所以我们可以通过修改占空比来调节速度。

上面分析可能比较模糊，因为没有主观的认识，可以利用单片机和电机驱动进行测试，去修改占空比，看速度的变化，在视频教程中我也会演示。

我们将调节占空比的函数封装一下。

/*
参数定义： 
	ReverOrCoro 传递正反转，1为正转，0为反转
	DutyCycle 占空比参数
*/
void Motor_Right(bit ReverOrCoro, unsigned char DutyCycle) 
{
	if(ReverOrCoro == 1)
	{
		IN3 = 1;
		if(cnt <= DutyCycle)
		{
			IN4 = 0;
		}
		else
		{
			IN4 = 1;
		}
	}
	else
	{
		IN4 = 1;
		if(cnt <= DutyCycle)
		{
			IN3 = 0;
		}
		else
		{
			IN3 = 1;
		}
	}
}

在程序中我们如何调用的呢？

Motor_Right(0, 0); //占空比为0，停止
Motor_Right(0, 50); //占空比为50，中速
Motor_Right(0, 100); //占空比为100，全速

上面是控制右边电机的函数，左边也是一样，只是修改为IN1，IN2。

通过定时器的初始化，中断函数，PWM电机调速函数。我们已经可以控制电机的转向和转速了。如果我们要实现遥控小车，就是接收遥控器传过来的数据，进行判断。可以看下程序中的写法，下文会分析程序。

	if(receiveTable[9]==0x31) //当送入字符1时，前进
	{
		Motor_Left(1, number), Motor_Right(0, number);
	}

	if(receiveTable[9]==0x32) //当送入字符2时，后退
	{
		Motor_Left(0, number), Motor_Right(1, number);
	}

	if(receiveTable[9]==0x33) //当送入字符3时，左转
	{
		Motor_Left(1, number), Motor_Right(0, 0);		
	}

到这里电机驱动的部分就完了，回顾一下，我们需要掌握哪些知识。

1、L298N电机驱动芯片的引脚含义，要区分控制电机，控制电机转向、供电、使能各个部分。
2、定时器相关的寄存器，TMON，TCON，还有中断系统图。
3、定时器0初始化的步骤，设置模式、送入初值、开启定时。
4、定时器中断函数，每次溢出的时间我们可以控制，每次溢出做什么是需要我们考虑的。
5、PWM输出函数，通过定时器0的配置，要知道我们怎么设置占空比，进行调速。

ESP8266

上面是两种WiFi模块，第一种是ESP8266 -01s，下面是Esp8266(NodeMCU)，我们这里只是用来进行数据传输，效果相同。

ESP8266原理

ESP8266模式：

AP模式  服务器
STA模式  客户端
AP + STA模式

测试ESP8266
可以利用串口助手进行AT指令测试。

通信结构图
51和STM32原理都一样。

配置思路

如果单片机当作服务器，那么ESP8266就是AP模式，开放热点，拥有IP地址与端口号。其他TCP客户端想要连接服务器时，需要先连接热点，然后再绑定IP地址与端口号，进行连接
如果是STA模式，就需要连接服务器的热点，绑定IP地址与端口号，进行连接

连接范围

因为是利用WIFI局部通信，只是在局部网内有效，想要实现广域网通信，可以连接到云服务器，需要利用WIFI或者流量配置

ESP8266配置成服务器（指令）

ESP8266配置成服务器（PC或单片机发指令）：
(1)  测试AT指令：AT

(2)  更改模块波特率: 
AT+CIOBAUD=9600 (波特率设置成功后要更改后再进行设置其它波特率)

(3)  复位重启模块：AT+RST

(4)  设置为AP模式：AT+CWMODE=2

(5)  设置name password,加密方式:
AT+CWSAP="esp8266","123456789",11,4

(6)  查看主机端的ip地址：
AT+CIFSR(此处的IP地址是模块本身的IP,不是ST模式中加入路由器后分配的IP)

(7)  设置模块传输模式为TCP模式：AT+CIPMODE=0

(8)  设置为多连接模式，启动模块：AT+CIPMUX=1

(9)  服务器的设置端口：
AT+CIPSERVER=1,8090  (TCP client连接server时端口号要保持一致)

指令测试

设置AP模式、账号密码，然后就能搜索到WIFI模块了。

TCP客服端数据传输测试。

自己写的TCP客户端进行通信，成功。

通过串口助手我们可以测试相关指令，我上面测试了一遍，设置AP模式过后，再设置账号密码，然后利用TCP客户端进行连接，进行数据传输测试。

上面是在串口助手上面测试ESP8266，而我们是要把ESP8266运用到单片机上面。通过AT指令的测试，我们也发现，在串口助手上面，我们也是发送相关的指令到串口助手上面，然后通过串口发送到ESP8266上面。
如下图，我们也需要利用单片机的串口，发送指令到ESP8266上面进行配置。

所以下面我们介绍51串口的配置与使用。

串口初始化函数

//串口初始化函数
void UartInit(void)		//串口初始化函数
{
	TMOD &= 0x0F; //清除定时器1的配置
	TMOD |= 0x20;	//定时器工作方式2,8位自动重载(0010 0000)
	TL1 = 0xfd;	 //装入初值
	TH1 = 0xfd;	//装入初值	
    IP = 0; //中断优先级相同
	TR1 = 1;	//启动定时器1
	REN=1;    //允许串行口接收数据
	SM0=0;    //工作方式1,10位异步收发
	SM1=1;   
	EA = 1;   //打开全局中断控制
	ES=1;     //打开串行口中断
}

串口发送数据（单个字节）

//串口发送数据 单个字节
void Sent_ZF(u8 dat)  //发送一个字节
{
	ES = 0; //不允许串行口接受、发送中断
	TI=0; //循环等待发送结束，当发送结束时，TI=1了
	SBUF = dat; //将dat数据存入SBUF中，为一字节
	while(!TI); //当发送完成，TI = 1，那么!TI为假，结束循环
    TI = 0; //TI复位
    ES = 1; //允许串行口接受、发送中断
}

串口发送数据（字符串）

//串口发送数据，字符串
void AT_Send_String(u8 *string)  //发送字符串
{
  while(*string) //当到字符尾时，'\0' 会结束循环
  {
     Sent_ZF(*string++);//调用发送单个字节函数
	 Delay_ms(5);
  }
}

串口中断函数

//串口中断函数 接收数据
void uart() interrupt 4  
{ 
	if(RI == 1) //说明接收到了数据
	{
	    RI = 0; //清除串口接收标志位，只有清除了，下一次才能接收数据
	    receiveTable[i] = SBUF; //将数据存入数组中
	 	if(receiveTable[0] == '+') 
	 //判断是否为无效数据，由于WiFi模块会自动加上“+PID. ”开头的字符串
		//有效的数据是第十位
		//假如外部通过ESP8266发送数据 5 到51上
		//那么51串口接收到"+PID...5"   5是第十位
		//所以receiveTable[9]才是我们真正的数据
		{
			i++;
		}
		else
		{
		  i = 0;
		}
		
		if(i == 10)
		{
		  i = 0;
		}	
	  }
}

ESP8266初始化函数

//ESP8266 初始化函数
void ESP8266_Init()   //esp8266 9600波特率
{
    Delay_ms(1000);
    // = 2 为AP模式,= 1 为客户端模式
    AT_Send_String("AT+CWMODE=2\r\n"); 
    Delay_ms(1000);
  	//建立WiFi热点
	AT_Send_String("AT+CWSAP=esp8266,0123456789,11,4\r\n");
	Delay_ms(1000);
    AT_Send_String("AT+RST\r\n"); //重启模块
	Delay_ms(1000);
	//设置为多连接模式，启动模块
    AT_Send_String("AT+CIPMUX=1\r\n");  
	Delay_ms(1000);
	 //服务器的设置端口
    AT_Send_String("AT+CIPSERVER=1,8090\r\n");
}

ESP8266配置客户端

配置服务器指令（STA模式）
1、AT+CWMODE=1  配置STA模式
2、AT+RST  重启生效
3、AT+CWJAP="wifi名称","WiFi密码"    连接WIFI
4、AT+CIPSTART="TCP","192.168.4.1",8090   连接服务器
5、AT+CIPSEND=4     发送指令
6、AT+CIPMODE=1    开启透传模式
7、AT+CIPSEND    开始透传

代码链接
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小车主体（51）

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