前言

项目简介

本实践指南将带领您从零开始构建一个基于ESP32的智能网球捡拾小车系统。通过本项目的完整学习路径，您将掌握嵌入式开发、物联网通信、计算机视觉和智能控制等多项前沿技术。（编写中）

学习路径

基础准备

环境配置：硬件平台介绍与开发环境搭建
预备知识：嵌入式开发基础与ESP32编程入门

核心技能培养

基础控制
- ESP32 GPIO控制与电机驱动
- 实现小车基本运动控制
物联网应用
- WiFi通信与网络服务搭建
- 网页远程控制实现
机械控制
- PWM技术与舵机控制
- 机械抓手精准控制
计算机视觉
- YOLO模型训练与部署
- 目标检测与位置识别

进阶项目实践

边缘智能系统：实现自动网球检测与抓取全流程
Rust开发实践：使用Rust进行嵌入式开发
Unikernel探索：移植ArceOS驱动系统
AI增强：视觉大模型与语音交互应用

技术亮点

从硬件驱动到智能算法的完整开发链条
物联网与边缘计算的深度融合
传统嵌入式开发与现代AI技术的结合
多种编程范式与实践(Rust/Unikernel)

适合读者

嵌入式开发爱好者
物联网应用开发者
计算机视觉实践者
希望提升完整项目开发能力的学习者

通过本项目的阶梯式实践，您将获得从硬件控制到智能识别算法的全栈开发能力，掌握现代嵌入式智能系统的开发方法。

序章：环境配置与预备知识

* 硬件平台介绍
- 0.1.1 开发板选型指南
  (a)核心硬件架构
  (b)外设与接口资源
- 0.1.2 电机驱动模块选型
* 开发环境准备
- 0.2.1 运行环境
- 0.2.2 相关库的下载与简要介绍
  (a)ESPAsyncWebServer
  (b)LedController
  (c)ESP32Servo
前置知识引导
- 0.3.1 与Arduino开发相关的语法介绍
  (a)基础语法架构
  (b)相关库中核心函数的介绍
- 0.3.2 PWM基本原理

预期学习成果

硬件层面：
了解ESP32相关知识，完成项目所需硬件选购（开发板，小车，抓手，电池）
开发环境层面：
掌握VSCode下PlatformIO插件的基础使用方法

0.1 硬件平台介绍

ESP32开发板硬件平台详解

ESP32作为一款功能强大的物联网微控制器，凭借其双核处理器、Wi-Fi/蓝牙双模通信和丰富的外设接口，成为智能小车开发的理想选择。本章将全面解析ESP32小车的硬件平台构成，包括开发板选型、电机驱动模块选择和电源系统设计，为后续开发奠定坚实基础。

0.1.1 开发板选型指南

ESP32-WROOM-32E构架图

一、核心硬件架构
- 1.处理器系统：
  双核Xtensa® 32位LX6微处理器架构
  支持80MHz至240MHz动态时钟频率调节
  448KB ROM用于系统启动和基础功能
  520KB SRAM用于程序运行
  16KB RTC SRAM用于低功耗模式数据保持
- 2.无线通信能力:
  （1）Wi-Fi：
  支持802.11 b/g/n协议，2.4GHz频段，最高150Mbps速率
  支持A-MPDU和A-MSDU聚合
  0.4μs保护间隔优化
  （2）蓝牙：
  双模支持
  经典蓝牙4.2(BR/EDR)
  低功耗蓝牙(BLE)
- 3.存储配置：
  默认集成4MB SPI Flash(可选8MB/16MB版本)
  部分型号额外集成2MB PSRAM(ESP32-D0WDR2-V3芯片)
二、外设与接口资源
- 1.GPIO系统：
  （1）共38个物理引脚
  （2）26个全功能GPIO
  （3）支持多种功能复用(详见后续章节)
- 2.通信接口：
  4×SPI(支持主/从模式)
  2×I²C(支持主/从模式)
  3×UART(含1×USB-OTG)
  I²S音频接口
  CAN 2.0控制器
  以太网MAC接口

0.1.2 电机驱动模块选型

要点：
- 电压匹配：确保驱动模块支持电池电压
- 电流余量：电机堵转电流应小于驱动峰值电流的80%
- 控制方式：PWM

0.2 开发环境准备

0.2.1 运行环境

基础运行环境可以参考如下网址使用VSCode+PlatformIO插件搭建开发环境： https://blog.csdn.net/msdcp/article/details/127033151 https://blog.csdn.net/jiladahe1997/article/details/108270620

0.2.2 相关库的下载与介绍

一、ESPAsyncWebServer
- ESPAsyncWebServer是PlatformIO环境下ESP32开发中极为重要的异步Web服务器库，它为物联网设备提供了高性能的网络通信能力。
- 1.异步网络架构:
  非阻塞式处理：采用事件驱动模型，服务器在处理请求时不会阻塞其他连接，能够同时处理多个客户端请求，显著提高吞吐量;
  高效资源利用：在等待I/O操作(如文件读取、传感器数据采集)时，可以继续处理其他任务，减少CPU闲置时间;
  实时响应机制：基于回调函数的事件处理方式，确保对客户端请求的快速响应，特别适合实时数据推送场景.
- 2.协议支持能力:
  支持GET、POST、PUT、DELETE、PATCH、HEAD和OPTIONS等HTTP方法
二、LedController
- LEDController库是ESP32平台上用于控制LED和生成PWM信号的重要工具库，本项目中主要使用的是LEDController库中与PWM相关的核心函数（详见后续语法介绍）。
三、ESP32Servo
- ESP32Servo库是专为ESP32系列微控制器设计的舵机控制库，它提供了简单易用的接口来控制标准舵机。具体包括基础控制功能，对多个舵机独立管理控制；运动控制功能，控制舵机角度、平滑运动等；状态查询功能，获取当前位置以及PWM通道查询等。

0.3 前置知识引导

与Arduino开发相关的语法介绍

一、基础语法架构
void setup() { // 初始化代码，只执行一次}
void loop() { // 主循环代码，重复执行}
Serial.begin(115200); // 初始化串口，波特率115200
Serial.print() // 发送数据到串口
二、相关库中核心函数的介绍
- LedController
  (1)ledcSetup() - PWM通道初始化
  double ledcSetup(uint8_t chan, double freq, uint8_t bit_num)
  i.功能：配置指定LEDC通道的PWM信号参数
  ii.参数：
  chan：通道号(0-15，取决于ESP32型号)
  freq：PWM频率(Hz)
  bit_num：占空比分辨率(1-16位)
  返回值：实际设置的频率值
  iii.说明：必须先调用此函数初始化通道才能使用其他PWM功能
  (2)ledcAttachPin() - 引脚绑定
  void ledcAttachPin(uint8_t pin, uint8_t chan)
  i.功能：将GPIO引脚绑定到指定的PWM通道
  ii.参数：
  pin：GPIO引脚号
  chan：已初始化的PWM通道号
  iii.说明：一个通道可绑定多个引脚，实现同步控制
  (3)ledcWrite() - 占空比设置
  void ledcWrite(uint8_t chan, uint32_t duty)
  i.功能：设置指定通道的PWM占空比
  ii.参数：
  chan：PWM通道号
  duty：占空比值(范围由分辨率决定)
  iii.说明：这是最核心的PWM输出函数，用于实时调整输出强度

PWM原理与占空比计算

PWM基本原理
- 1.核心概念
  脉冲信号：由高电平和低电平交替组成的方波信号
  周期(T)：一个完整PWM波形的时间长度（单位：秒）
  频率(f)：单位时间内周期数，f=1/T（单位：Hz）
  脉宽(高电平时间)：一个周期内信号保持高电平的时间
  占空比(D)：高电平时间与周期的比值，D = (高电平时间/T) × 100%
- 2.工作原理
  PWM基于面积等效原理：冲量（脉冲面积）相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
  通过改变占空比来调节平均输出电压：
  占空比越大 → 平均电压越高
  占空比越小 → 平均电压越低

第一章：ESP32小车基本控制

硬件介绍
- 1.1.1 ESP32核心引脚
- 1.1.2 ESP32开发板的基本功能
ESP32使用I/O接口
- 1.2.1 数字I/O的不同工作模式介绍
- 1.2.2 Arduino框架
ESP32驱动轮子
- 1.3.1 硬件连接
  (a)引脚连接参考
- 1.3.1 相关函数的编写
  (a)电机控制函数
- 1.3.2 串口连接与烧录
  (a)调试方法
  (b)常见问题解决
- 1.3.3 预期实现成果展示
项目实践：ESP32驱动小车转向
- 1.4.1 提示
- 1.4.2 预期实现成果

预期学习成果

能够依照实例编写出相关控制小车运动的函数
小车能够实现前进、后退、转向、刹车、休眠等多种运动效果

硬件介绍

ESP32核心引脚

ESP32-WROOM-32E引脚图

一、电源管理引脚
- 1.VCC：3.3V电源输入端子，为整个芯片提供工作电压
- 2.GND：接地端子，与电源负极相连
- 3.EN：使能控制管脚，高电平激活芯片工作状态，低电平触发重启
二、通信接口引脚
- 1.UART接口
  TXD/RXD：串行数据发送/接收管脚
  RTS/CTS：硬件流控信号线，用于控制传输速率
- 2.I2C接口
  SDA/SCL：两线式同步串行总线的数据线和时钟线
三、特殊功能引脚
- 1.ADC/DAC引脚
  (1)ADC输入：18个12位ADC通道(实际可用6-8个)
  ADC1：GPIO1-8(部分不可用)
  ADC2：GPIO9-17(使用Wi-Fi时不可用)
  (2)DAC输出：GPIO25(DAC1)、GPIO26(DAC2)，8位分辨率
- 2.PWM输出
  支持16个PWM通道，几乎所有输出引脚都可配置为PWM

ESP32开发板的基本功能

一、核心处理能力
- 双核处理器：
  (1)搭载Xtensa® LX6双核32位MCU，主频高达240MHz，支持并行任务处理（如一个核心处理无线协议栈，另一个运行用户程序）。
  (2)支持硬件浮点运算单元（FPU），适合复杂算法（如语音识别、机器学习）
二、无线通信功能
- WiFi连接:
  支持802.11 b/g/n协议（2.4GHz），传输速率达150Mbps，提供STA（客户端）、AP（热点）或混合模式
三、外设接口
- GPIO与PWM:
  最多34个可编程GPIO（部分型号如ESP32-P4达55个），支持输入/输出、中断和PWM控制（如LED调光、舵机驱动）

ESP32使用I/O接口

数字I/O的不同工作模式介绍

ESP32管脚图

一、基本输入输出模式
- 1.数字输入模式(INPUT)
  用于读取外部数字信号状态(高/低电平)
- 2.数字输出模式(OUTPUT)
  控制引脚输出高/低电平
二、带内部电阻的输入模式
- 1.上拉输入模式(INPUT_PULLUP)
  (1)功能：
  启用内部上拉电阻(约45kΩ)的输入模式
  (2)特点：
  引脚悬空时默认读取为高电平
  适合连接接地式开关/按键
  可节省外部上拉电阻
- 2.下拉输入模式(INPUT_PULLDOWN)
  (1)功能：
  启用内部下拉电阻(约45kΩ)的输入模式
  (2)特点：
  引脚悬空时默认读取为低电平
  适合连接接电源式开关/按键
  可节省外部下拉电阻

Arduino框架

一、必要头函数/库

1.Arduino
核心库，包括GPIO基础函数
2.LedConctroller
将控制GPIO的基础函数替换，如下

//Aruino
pinMode(pin, mode);  // 配置引脚为输入或输出模式
digitalWrite(pin, value);  // 设置输出电平（HIGH/LOW）

//LedController
//介绍详见上一章
ledcSetup(uint8_t chan, double freq, uint8_t bit_num);
ledcAttachPin(uint8_t pin, uint8_t chan);
edcWrite(uint8_t chan, uint32_t duty);

二、代码样例

#include <Arduino.h>
void Motor_Setup(int motorID, int pin1,
                 int pin2) {  // 电机初始化 ID=1~4 定义四组电机
  ledcSetup(motorID * 2 - 2, freq, resolution_bits);
  ledcAttachPin(pin1, motorID * 2 - 2);
  ledcSetup(motorID * 2 - 1, freq, resolution_bits);
  ledcAttachPin(pin2, motorID * 2 - 1);
}
void setup() {
  delay(500);
  Serial.begin(115200);
  
  Motor_Setup(1, 27, 13); // 设电机组标号和对应的引脚
  Motor_Setup(2, 4, 2);
  Motor_Setup(3, 17, 12);
  Motor_Setup(4, 15, 14);
}


void loop() {
  delay(1000);
}

ESP32驱动轮子

硬件的连接

引脚连接参考
- 电机1 PWM: GPIO27
  电机1 DIR: GPIO13
  电机2 PWM: GPIO4
  电机2 DIR: GPIO2
  电机3 PWM: GPIO17
  电机3 DIR: GPIO12
  电机4 PWM: GPIO15
  电机4 DIR: GPIO14

串口调试与烧录

一、调试方法
- PlatformIO提供了方便的串口监视器：
  点击底部状态栏"插头"图标
  或命令面板输入"PlatformIO: Serial Monitor"
  快捷键Ctrl+T Ctrl+X退出监视器
- 可以在代码中添加Serial.println()函数增加调试信息
二、常见问题解决
- 1.上传失败:
  检查USB连接
- 2.库冲突:
  去除非必要的库，避免引起冲突
- 3.电机响应异常：
  检查电源是否充足
  检查PWM频率和分辨率

项目实践：ESP32驱动小车转向

第二章：ESP32小车远程控制

ESP32使能WiFi
- 2.1.1 ESP32的WiFi板块函数的介绍
- 2.1.2 WiFi板块基本代码架构
ESP32搭建网络服务
- 2.2.1 网页搭建简单介绍
- 2.2.2 网页搭建基本代码架构
- 2.2.3 预期实现成果
网页遥控小车前进
- 2.3.1 控制运动板块与WiFi、网页搭建等板块的结合
- 2.3.2 预期实现成果
项目实践：网页控制小车

2.4.1 提示
2.4.2 预期实现成果

预期学习成果

ESP32能够连接WiFi并返回一些内容
能够搭建出包含控制小车运动按钮的简单网页
网页可以遥控小车实现多种运动效果，包括前进、后退、左转向、右转向、刹车等。

ESP32使能WiFi

ESP32的WiFi板块函数的介绍

基础WiFi连接函数
- 1.WiFi初始化与连接
  (1)WiFi.begin() - 用于连接到指定的WiFi网络
  WiFi.begin(ssid, password); // 连接到指定SSID和密码的WiFi网络
  (2)WiFi.status() - 返回当前WiFi连接状态
  wl_status_t status = WiFi.status();
  常见返回值：
  WL_CONNECTED: 已连接(值为3)
  WL_NO_SSID_AVAIL: 未找到指定网络(值为1)
  WL_CONNECT_FAILED: 连接失败(值为4)
  WL_IDLE_STATUS: WiFi处于空闲状态(值为0)
  WL_DISCONNECTED: 未连接(值为6)
- 2.网络信息获取
  WiFi.localIP() - 获取ESP32在局域网中的IP地址
  IPAddress ip = WiFi.localIP();
  Serial.println(ip); // 打印IP地址如"192.168.1.100"

WiFi板块基本代码架构

一、初始化
- 配置模块的工作模式
  WiFi.mode(WIFI_STA);
二、准备步骤
- 指定需要连接的WiFi
  WiFi.begin(ssid, password);

三、连接WiFi+打印ip地址

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
  delay(500);
  Serial.print(".");
}
Serial.println("\nIP地址: " + WiFi.localIP().toString());

四、代码示例

void Setup(){
  Serial.begin(115200);
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("\nIP地址: " + WiFi.localIP().toString());
}
void loop() {
}

ESP32搭建网络服务

网页搭建简单介绍

ESP32可以搭建简单的Web服务器，通过浏览器访问ESP32的IP地址即可获取响应

网页搭建基本代码架构

必要头函数
#include <ESPAsyncWebServer.h>
HTML页面嵌入方式
直接字符串嵌入：适合简单页面
const char index_html[]PROGMEM=R"rawliteral(<html><body><h1>ESP32 Control Panel</h1><button onclick="fetch('/led?state=1')">Turn ON</button></body></html>)rawliteral";
代码样例

const char* webpage = "<!DOCTYPE html><html lang=\"zh-CN\"><head><meta charset=\"UTF-8\"><meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width,initial-scale=1.0\"><title>小车控制面板</title><style>body{font-family:Arial,sans-serif;background:#f0f2f5;display:flex;flex-direction:column;align-items:center;justify-content:center;height:100vh;margin:0;padding:20px;}.container{background:#fff;border-radius:15px;box-shadow:0 10px 25px rgba(0,0,0,0.1);padding:30px;width:100%;max-width:400px;text-align:center;}h1{color:#333;margin-bottom:30px;}.control-section{margin-bottom:30px;}.direction-pad{display:grid;grid-template-columns:repeat(3,1fr);gap:10px;margin-bottom:20px;}.btn{background:#4a6fa5;color:#fff;border:none;border-radius:8px;padding:15px;font-size:16px;cursor:pointer;transition:all 0.3s;box-shadow:0 4px 6px rgba(0,0,0,0.1);}.btn:hover{background:#3a5a80;transform:translateY(-2px);box-shadow:0 6px 8px rgba(0,0,0,0.15);}.btn:active{transform:translateY(0);box-shadow:0 2px 4px rgba(0,0,0,0.1);}.btn-up{grid-column:2;}.btn-left{grid-column:1;grid-row:2;}.btn-stop{grid-column:2;grid-row:2;background:#d9534f;}.btn-right{grid-column:3;grid-row:2;}.btn-down{grid-column:2;grid-row:3;}.arm-control{display:flex;justify-content:space-around;margin-top:20px;}.btn-grab{background:#5cb85c;}.btn-release{background:#d9534f;}.btn-reset{background:#f0ad4e;}.btn-grab:hover{background:#4cae4c;}.btn-release:hover{background:#c9302c;}.btn-reset:hover{background:#ec971f;}</style></head><body><div class=\"container\"><h1>小车控制面板</h1><div class=\"control-section\"><h2>方向控制</h2><div class=\"direction-pad\"><button class=\"btn btn-up\" onclick=\"sendCommand('up')\">↑</button><button class=\"btn btn-left\" onclick=\"sendCommand('left')\">←</button><button class=\"btn btn-stop\" onclick=\"sendCommand('stop')\">STOP</button><button class=\"btn btn-right\" onclick=\"sendCommand('right')\">→</button><button class=\"btn btn-down\" onclick=\"sendCommand('down')\">↓</button></div></div><div class=\"control-section\"><h2>机械臂控制</h2><div class=\"arm-control\"><button class=\"btn btn-grab\" onclick=\"sendCommand('grab')\">抓取</button><button class=\"btn btn-reset\" onclick=\"sendCommand('reset')\">复原</button><button class=\"btn btn-release\" onclick=\"sendCommand('release')\">放下</button></div></div></div><script>function sendCommand(a){fetch('/control?action='+a).then(r=>{if(!r.ok)console.error('请求失败')}).catch(e=>console.error('请求错误:',e));}document.addEventListener('keydown',e=>{const k={ArrowUp:'up',ArrowLeft:'left',ArrowRight:'right',ArrowDown:'down',g:'grab',r:'release',s:'stop',t:'reset'}[e.key];if(k)sendCommand(k);});</script></body></html>";

代码解析
- 1.基本结构
  这是一个完整的HTML5页面，包含<!DOCTYPE>声明、中文字符集(UTF-8)和响应式视口设置。
  页面分为两个控制区：
  (1)方向控制：通过5个按钮（上、下、左、右、停止）发送指令。
  (2)机械臂控制：通过3个按钮（抓取、复原、放下）发送指令。
- 2.核心交互逻辑
  (1)按钮通过onclick事件调用sendCommand()函数，发送HTTP GET请求到ESP32的/control端点，例如：fetch('/control?action=up') // 发送"up"指令
  (2)支持键盘快捷键（方向键对应方向控制，g/r/s/t对应机械臂操作）。
- 3.样式设计
  使用CSS Flex/Grid布局实现响应式按钮排列。
  按钮有悬停/点击动画效果，不同功能按钮通过颜色区分（如红色表示停止）。
- 4.优化
  换行符问题:
  原始代码中包含换行符（\n）和缩进，会增加字符串长度，可能超出ESP32的存储限制（尤其是Flash或NVS分区容量）。
  换行符在不同系统中可能为\n（Unix）或\r\n（Windows），需统一处理。

网页遥控小车前进

控制运动板块与WiFi、网页搭建等板块的结合

使用AsyncWebServer中on函数接收网页相关指令

这里使用的是GET请求

server.on("/led", HTTP_GET, [](AsyncWebServerRequest *request){
String state = request->getParam("state")->value();
digitalWrite(LED_PIN, state.toInt());
request->send(200);});

通过以下方法对应控制运动相关函数：
request->getParam("state")->value()
代码样例

const char* webpage = "";//自己编写的网页
AsyncWebServer server(80);
const char* ssid = "Tsinghua-Dongsheng";
const char* password = "";
void notFound(AsyncWebServerRequest *request) {
    request->send(404, "text/plain", "Not found");
}

项目实践：网页控制小车

第三章：ESP32机械抓手基本控制

ESP32使用PWM

使用PWM控制舵机的语法基本框架

一、初始化与绑定通道
- 主要使用函数
  ledcSetup(PWM_CHANNEL, PWM_FREQ, PWM_RESOLUTION);
  ledcAttachPin(SERVO_PIN, PWM_CHANNEL);
二、编写控制舵机角度函数
- 利用角度、脉宽、分辨率之间的关系编写
- 使用ledcWrite(PWM_CHANNEL, duty);
  进行输出
三、对多个电机进行控制，实现对抓手运动状态控制
- 根据舵机实际情况，编写能实现抓手初始状态、抓物状态、缩回状态、释放状态等的各种函数
四、代码样例

void Servo_Setup(){
  ledcSetup(PWM_CHANNEL_1, PWM_FREQ, PWM_RESOLUTION);
  ledcAttachPin(SERVO_PIN_1, PWM_CHANNEL_1);
  ledcSetup(PWM_CHANNEL_2, PWM_FREQ, PWM_RESOLUTION);
  ledcAttachPin(SERVO_PIN_2, PWM_CHANNEL_2);
  ledcSetup(PWM_CHANNEL_3, PWM_FREQ, PWM_RESOLUTION);
  ledcAttachPin(SERVO_PIN_3, PWM_CHANNEL_3);
}

void setAngle(int servoNum, int angle) {
  angle = constrain(angle, 0, 180); // 限制角度范围
  //duty,angle与pulseWidth的关系见后一节
  ledcWrite(servoNum, duty);
}

ESP32驱动舵机

舵机信号脉宽映射与角度控制

一、舵机控制原理

以下是所使用舵机的PWM脉宽范围

二、角度、分辨率、脉宽的转换公式

1.分辨率与脉宽的转换公式：
duty = (pulseWidth / 20000) × (2^duty_max - 1)
例如，分辨率为16位，0.5ms脉冲宽度对应的duty值即为(500/20000)×65535=1638
2.角度和脉宽的转换公式：
angle = (pulseWidth_us - 500) × (180 / (2500 - 500))
由上述两个公式即可推导出角度和分辨率之间的关系

三、代码样例

void setAngle(int servoNum, int angle) {
  angle = constrain(angle, 0, 180); // 限制角度范围
  float pulseWidth = 500 + angle * (2000.0 / 180.0); // 精确到11.111μs/°// 绝对值映射
  uint32_t duty = (uint32_t)((pulseWidth / 20000.0) * 65535 + 0.5); // 四舍五入
  ledcWrite(servoNum, duty);
}

项目实践：ESP32抓取网球

提示

根据实际抓手各部分组装方式调整舵机角度
在角度函数中增加while循环和delay()控制抓手速度

第四章：YOLO模型训练及识别

网球识别

ESP32小车识别

项目实践：网球和ESP32小车位置识别

第五章：项目实践-边缘智能目标检测

里程碑1：根据YOLO结果返回控制小车指令

里程碑2：根据小车指令转向瞄准网球

里程碑3：根据小车指令靠近网球

里程碑4：根据小车指令抓取网球

第六章：项目实践-使用Rust库开发ESP32小车

第七章：项目实践-移植ArceOS Unikernel驱动小车

第八章：项目实践-基于视觉大模型捡网球

第九章：项目实践-通过语音交互实现捡万物

第十章：项目实践-通过语音交互实现分类存放

第十一章：mixly下对ESP32控制的复现

Mixly安装与使用
- 11.1.1 Mixly安装教程
- 11.1.2 Mixly使用方法
Mixly界面简单介绍
- 11.2.1 Mixly界面不同分区简要介绍
- 11.2.2 基础模块区和库模块区使用方法
项目实践：Mixly下代码的复现
- 11.3.1 驱动电机、舵机部分
- 11.3.2 连接WiFi、发送指令部分

预期学习成果

可以使用Mixly对代码进行复现，控制小车实现前进、后退、左转、右转、刹车以及机械臂的抓取、释放、复位等形态

Mixly安装与使用

Mixly安装教程

官网下载
https://mixly.cn/bnu-maker/mixl2.0rc

跳转百度网盘后，点击Mixly2.0文件夹，显示以下文件:

下载完之后，将文件解压，解压的目录不要有中文、空格等；安装目录不要太长，目录最好放到每个电脑盘的根目录。打开解压后的文件夹，请双击"一键更新.bat"文件，按照提示安装，在此不做详细描述。等安装完成，双击“Mixly.exe”打开Mixly软件，如下图：

打开界面后，找到并选择Arduino ESP32
Mixly使用1
之后关注界面右上角，打开导入窗口。点击右上角”设置“按钮，选择”管理库“。如下图：
Mixly使用2
https://emakefun.github.io/emakefun-docsify/#/zh-cn/esp32/maker_esp32/maker_esp32?id=mixly%e7%a4%ba%e4%be%8b%e7%a8%8b%e5%ba%8f
打开以上网址，任意下载一个你感兴趣的方面，回到Mixly打开并选择你刚下的文件，就会出现文件选择框，选择 mix 后缀的文件即可
Mixly使用3
Mixly使用4
Mixly使用5
上图以电机代码作为示例
连接板子,点击上传，传到板子上即可使用

Mixly界面简单介绍

Mixly界面不同分区简要介绍

Mixly界面
• 基础模块区和库模块区：同种类型的积木被分在同个模块中并赋予同种颜色，每块积木代表一条控制指令。
• 功能区：对项目文件的创建、保存，库的导入、导出、管理，串口连接与上传程序，控制板选择进行操作的区域。
• 程序构建区：是放置从基础模块区和库模块区拖拽出来的积木块的地方。
• 代码区：拖拽出积木后，点击“代码”，可以看到你拖拽的模块对应的C语言代码。
• 缩放控制区：可以将软件操作界面进行缩放。
• 垃圾箱：用来移除不需要的积木块。

基础模块区和库模块区使用方法

一、输入/输出：
功能：控制硬件引脚的电平状态或读取传感器数据。
1.数字输入/输出：设置引脚为高/低电平（如控制LED开关）或读取数字信号（如按钮状态）。
2.模拟输入/输出：读取模拟信号（如电位器值）或输出PWM信号（如调节LED亮度）。
3.中断控制：配置硬件中断触发条件（如上升沿、下降沿）。
4.脉冲长度：测量脉冲宽度（如超声波测距）
二、控制：
功能：控制程序执行流程。
1.初始化：程序启动时仅执行一次的代码块，对应Arduino的setup()函数。
2.循环：重复执行的代码块，对应loop()函数。
3.条件判断：如果、如果-否则模块，实现分支逻辑。
4.循环结构：重复、重复直到等模块，支持计数循环和条件循环
三、数学：
功能：数值运算与处理。
1.基础运算：加、减、乘、除、取模等。
2.高级运算：三角函数、对数、幂运算、随机数生成等。
3.数值处理：取整、约束范围（如map函数）、绝对值等
四、逻辑：
功能：逻辑判断与运算。
1.比较运算：大于、等于、小于等。
2.逻辑运算：与（AND）、或（OR）、非（NOT）等。
3.三元运算符：?运算模块，简化条件赋值
五、文本与数组：
1.文本操作：字符串连接、截取、转换（如数字转文本）。
2.数组操作：定义数组、存取元素、修改长度等
六、变量与函数：
支持整型、浮点型、布尔型等变量，以及自定义函数
七、网络WiFi
功能：快速实现设备接入本地Wi-Fi网络，为后续通信提供基础。
Wi-Fi网络连接管理: 配置连接参数，通过拖拽积木设置SSID和密码（设置Wi-Fi名称"ssid"密码"password"）实时监测连接状态（Wi-Fi连接事件和Wi-Fi连接状态积木）
八、自定义模块
功能：用户自定义代码扩展
1.自由编程接口：允许用户突破图形化积木的限制，直接编写或嵌入原生代码，实现更复杂或个性化的功能。
2.混合编程支持：图形化积木与文本代码可混合使用（例如在图形化流程中插入Serial.print打印变量值）。
3.灵活输入输出：支持变量传递（如将图形化积木中的变量名直接用于自定义代码块）。

项目实践：Mixly下代码的复现

驱动电机、舵机部分

一、初始化

初始化串口
找到Serial波特率板块，初始化为115200
电机、舵机驱动初始化
由于舵机在后续函数的编写中带有初始化，此处仅对电机做说明
找到HR8833电机驱动初始化，根据管脚号分别对4组电机管脚进行初始化

二、自定义函数

1.控制电机具体步骤
在函数部分选中无返回值、无参数自定义函数
找到HR8833电机驱动设置，设置速度

Mixly-forward

2.控制舵机具体步骤
在函数部分选中有返回值、有参数自定义函数，主要用于计算并返回duty值，控制舵机角度,示例如下：

Mixly-setAngle

实现对抓手运动状态控制的函数采用无返回值、无参数自定义函数，使用输入\输出部分绑定管脚赋值的图形模块

三、常见问题

电机与舵机驱动采用不同图形模块，注意区分
电机部分组号要依次设置为1-4，这样可以保证PWM通道从0开始
舵机部分由于绑定引脚+赋值图形模块采用ledcWrite函数，因此提前自定义setAngle函数用于计算duty值，需以如下形式写入具体函数：

连接WiFi、发送指令部分

一、初始化

WiFi连接
找到链接WiFi图形，输入需要连接的WiFi名称和密码
初始化代码样例

二、发送指令部分

声明变量
由于后续效果是使用键盘快捷键控制小车运动，因此此处需要声明字符类型的变量key
TCP服务端初始化
在设置-管理库-导入库中选择小绿科技-WIFI V2 Free,下载并导入
选择TCP服务端初始化模块，链接名默认client
快捷键与函数的对应
找到如果-执行模块，先判断client是否可用
嵌套重复-执行模块，若符合client有链接的条件重复执行以下内容
再次嵌套如果-执行模块，判断是否满足client有数据可读条件
将key赋值为client中读取的单字节并打印
嵌套如果-执行-否则如果执行模块，判断key是否与目标的单字节相同，若相同则执行相应函数
代码样例

三、TCP下向服务端发送消息

此处以Vscode下编写的代码为示例
创建一个python文件，写入以下内容：

import socket

# 创建socket对象
socket_client = socket.socket()
# 连接到服务器
socket_client.connect(("172.16.203.162", 80))
//此处需将172.16.203.162替换为实际的IP地址

# 持续发送和接收消息
while True:
    send_msg = input("请输入要发送给服务端的消息：")
    if send_msg == "exit":
        break
    socket_client.send(send_msg.encode("UTF-8"))

# 关闭连接
socket_client.close()

四、常见问题

key变量定义的必要性：
首先，TCP通信是流式传输，可能分多次接收数据。key作为缓冲区，暂存数据，确保每次只处理一个明确的指令字节。
其次，全局变量key可以在不同函数或条件分支中共享，避免重复读取客户端数据（可能引发数据错位）。
若未来需要支持更多指令（如速度调节），只需扩展key的取值判断逻辑，无需重构通信部分。
要在如果-执行模块添加否则执行的方法与自定义函数中添加参数的方法相同，通过点击左上角设置并将模块拖拽到如果/输入中即可

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