D:/esp32/platformio/shibo/Shibo-main-TOMMY/src/main.cpp
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myperworld committed
1 parent
2b2928dbf2
commit
3160a2119f
13 files changed
+6305
-34
No files matched your search
@@ -0,0 +1,518 @@
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/* -----------------------------------------------------------------------------
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Copyright (c) 2024 Mu Shibo
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Modify by Tommy 2025.8.11
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2025-08-16 优化了原世博开源轮足平衡逻辑，代码增加了较多备注。
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2025-08-11 增加开机自平衡站立，简化控制，通过 esp32 遥控器直接控制，无需配网。
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2025-08-16 对几种运动中倒地的极限状态进行优化，实现自平衡起身。
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2025-09-14 增加坐下和起立功能。
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2025-09-16 修复舵机发热问题。
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2025-09-19 实现向前跳跃，运动中跳跃，落地平衡功能。
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世博开源轮足优化版-TOMMY版本项目地址： https://gitee.com/myperworld/wrobot
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----------------------------------------------------------------------------- */
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#include <Arduino.h>
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// ESP-NOW/WiFi相关头文件
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// #include <esp_now.h>
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// #include <WiFi.h>
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// #include "esp_wifi.h"
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#include "main.h"
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// 蓝牙相关头文件
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#include <BLEDevice.h>
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#include <BLEUtils.h>
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#include <BLEServer.h>
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// 蓝牙服务与特征UUID
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#define SERVICE_UUID "6e400001-b5a3-f393-e0a9-e50e24dcca9e"
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#define CHARACTERISTIC_UUID "6e400002-b5a3-f393-e0a9-e50e24dcca9e"
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/************实例定义*************/
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// 电机实例
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// BLDCMotor motor1 = BLDCMotor(7);
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// BLDCMotor motor2 = BLDCMotor(7);
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// BLDCDriver3PWM driver1 = BLDCDriver3PWM(32, 33, 25, 22);
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||||
// BLDCDriver3PWM driver2 = BLDCDriver3PWM(26, 27, 14, 12);
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// // 编码器实例
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// TwoWire I2Cone = TwoWire(0);
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// TwoWire I2Ctwo = TwoWire(1);
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||||
// MagneticSensorI2C sensor1 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
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// MagneticSensorI2C sensor2 = MagneticSensorI2C(AS5600_I2C);
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// // PID控制器实例
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// PIDController pid_angle(1, 0, 0, 100000, 8); // pitch角度PID使其趋于零点
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// PIDController pid_gyro(0.06, 0, 0, 100000, 8); // 角速度PID使其趋于零点
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// PIDController pid_distance(0.5, 0, 0, 100000, 8);// 位移PID使其趋于零点
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||||
// PIDController pid_speed(0.7, 0, 0, 100000, 8);// 速度PID使其趋于目标速度
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||||
// PIDController pid_yaw_angle(1.0, 0, 0, 100000, 8);
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||||
// PIDController pid_yaw_gyro(0.04, 0, 0, 100000, 8);
|
||||
// PIDController pid_lqr_u(1, 15, 0, 100000, 8);
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||||
// PIDController pid_zeropoint(0.002, 0, 0, 100000, 4);
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// PIDController pid_roll_angle(8, 0, 0, 100000, 450);
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// // 低通滤波器实例
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// LowPassFilter lpf_joyy(0.2);
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// LowPassFilter lpf_zeropoint(0.1);
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// LowPassFilter lpf_roll(0.3);
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// // WebServer实例
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WebServer webserver; // server服务器
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WebSocketsServer websocket = WebSocketsServer(81); // 定义一个webSocket服务器来处理客户发送的消息
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RobotProtocol rp(20);
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// // STS舵机实例
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// SMS_STS sms_sts;
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// // MPU6050实例
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// MPU6050 mpu6050(I2Ctwo);
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/************参数定义*************/
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#define pi 3.1415927
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||||
// 舵机位置限制参数
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#define LEG_HEIGHT_BASE 20 // 腿部默认高度基准值，根据公式值越小，机身越高， 实测范围 0（最高），52（最低）
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#define SERVO1_MIN (2048 + 12 + 8.4 * (35 - 52)) // 舵机1最低 从小车正面看右手
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||||
#define SERVO2_MIN (2048 - 12 - 8.4 * (35 - 52)) // 舵机2最低 从小车正面看左手
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||||
#define SERVO1_MAX (2048 + 12 + 8.4 * (35 - 0)) // 舵机1最高
|
||||
#define SERVO2_MAX (2048 - 12 - 8.4 * (35 - 0)) // 舵机2最高
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||||
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||||
// 腿部舵机全局变量
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||||
int lastPosition0 = 2048;
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||||
int lastPosition1 = 2048;
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#define SERVO_DEAD_ZONE 5 // 设置死区阈值 最小更新间隔(ms)
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||||
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||||
// LQR自平衡控制器参数
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||||
float LQR_angle = 0;
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||||
float LQR_gyro = 0;
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||||
float LQR_gyroZ = 0;
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||||
float LQR_speed = 0;
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||||
float LQR_distance = 0;
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||||
float angle_control = 0;
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||||
float gyro_control = 0;
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||||
float speed_control = 0;
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||||
float distance_control = 0;
|
||||
float LQR_u = 0;
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||||
float angle_zeropoint = 5; // 5 设定默认俯仰角度，向前到正，向后倒负
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||||
float original_angle_zeropoint = 5; // 保存原始的角度零点
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||||
float distance_zeropoint = 0.5f; // 轮部位移零点偏置
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||||
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||||
// YAW轴控制数据
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||||
float YAW_gyro = 0;
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||||
float YAW_angle = 0;
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||||
float YAW_angle_last = 0;
|
||||
float YAW_angle_total = 0;
|
||||
float YAW_angle_zero_point = -10;
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||||
float YAW_output = 0;
|
||||
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||||
// 腿部舵机控制数据
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byte ID[2];
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||||
s16 Position[2];
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||||
u16 Speed[2];
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||||
byte ACC[2];
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||||
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// 逻辑处理标志位
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float robot_speed = 0; // 记录当前轮部转速
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||||
float robot_speed_last = 0; // 记录上一时刻的轮部转速
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||||
int wrobot_move_stop_flag = 0; // 记录摇杆停止的标识
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||||
int jump_flag = 0; // 跳跃时段标识
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||||
float leg_position_add = 0; // roll轴平衡控制量
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||||
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||||
// 电压检测
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uint16_t bat_check_num = 0;
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||||
int BAT_PIN = 35; // select the input pin for the ADC
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||||
static esp_adc_cal_characteristics_t adc_chars;
|
||||
static const adc1_channel_t channel = ADC1_CHANNEL_7;
|
||||
static const adc_bits_width_t width = ADC_WIDTH_BIT_12;
|
||||
static const adc_atten_t atten = ADC_ATTEN_DB_11;
|
||||
static const adc_unit_t unit = ADC_UNIT_1;
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||||
|
||||
int loopCounter = 0; // loop函数执行计数
|
||||
int resetToDefaultCounter = 0; // resetToDefault执行计数
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||||
// 电量显示LED
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||||
#define LED_BAT 13
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||||
// 定义摇杆数值死区参数
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const int deadZone = 15;
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||||
// 小车状态控制
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||||
bool robot_enabled = true; // 小车使能状态，true为起立状态，false为坐下状态
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||||
bool last_robot_enabled = true; // 记录上一次的小车状态
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||||
bool sitting_down = false; // 标记是否正在执行坐下动作
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||||
|
||||
// 向前跳跃控制变量
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||||
int forward_jump_flag = 0; // 向前跳跃状态标志
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||||
|
||||
typedef struct {
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||||
byte j1PotX; // 左摇杆X (0-255)
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||||
byte j1PotY; // 左摇杆Y (0-255)
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||||
byte j2PotX; // 右摇杆X (0-255)
|
||||
byte j2PotY; // 右摇杆Y (0-255)
|
||||
bool buttonR1; //底部右按键 1：true （默认），0：false
|
||||
bool buttonR2; //底部左按键 1：true （默认），0：false
|
||||
bool j1Button; //左摇杆按键 1：true （默认），0：false
|
||||
bool j2Button; //右摇杆按键 1：true （默认），0：false
|
||||
bool buttonLB; //顶部左按键 1：true （默认），0：false
|
||||
bool buttonRB; //顶部右按键 1：true （默认），0：false
|
||||
bool tSwitch1; //拨动开关 1：true （默认），0：false
|
||||
byte roll; // 默认 127
|
||||
byte pitch; // 默认 127
|
||||
bool buttonR3; // 默认 1
|
||||
} JoystickData;
|
||||
|
||||
// 蓝灯爆闪
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||||
bool lastbuttonLB = false;
|
||||
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||||
// 蓝牙变量
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||||
BLECharacteristic *pCharacteristic; //蓝牙特性
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||||
bool deviceConnected = false; //判断连接
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||||
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||||
// 回调函数：用于监听客户端连接和断开
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||||
class MyServerCallbacks: public BLEServerCallbacks {
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||||
void onConnect(BLEServer* pServer) {
|
||||
deviceConnected = true;
|
||||
Serial.println("客户端已连接");
|
||||
}
|
||||
|
||||
void onDisconnect(BLEServer* pServer) {
|
||||
deviceConnected = false;
|
||||
Serial.println("客户端已断开");
|
||||
// 重新开始广播，让设备可被再次扫描
|
||||
pServer->getAdvertising()->start();
|
||||
}
|
||||
};
|
||||
|
||||
std::string receivedValue; //传回数据
|
||||
String resStr;//保存读取到的蓝牙信号
|
||||
int Checkcomma; //判断是否含有逗号分隔
|
||||
int length=0;//数据长度
|
||||
float newSteering;
|
||||
float newThrottle;
|
||||
|
||||
// 回调函数：用于监听客户端对特性的读写操作
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||||
class MyCallbacks: public BLECharacteristicCallbacks {
|
||||
void onWrite(BLECharacteristic *pCharacteristic) {
|
||||
receivedValue = pCharacteristic->getValue();
|
||||
|
||||
// ---------------------- 新增：打印原始接收信息 ----------------------
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||||
Serial.printf("\n【蓝牙接收数据】原始数据长度：%d 字节\n", receivedValue.length());
|
||||
// 打印原始字节流（十六进制，方便排查数据是否完整）
|
||||
Serial.print("【蓝牙接收数据】原始字节流（Hex）：");
|
||||
for (int i = 0; i < receivedValue.length(); i++) {
|
||||
Serial.printf("%02X ", (uint8_t)receivedValue[i]);
|
||||
}
|
||||
Serial.println();
|
||||
// ------------------------------------------------------------------
|
||||
|
||||
}
|
||||
};
|
||||
|
||||
void bledInit(){
|
||||
Serial.println("初始化 BLE...");
|
||||
|
||||
// 初始化 BLE 设备
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||||
BLEDevice::init("平衡车");
|
||||
|
||||
// 创建 BLE 服务器
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||||
BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer();
|
||||
pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks());
|
||||
|
||||
// 创建 BLE 服务
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||||
BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);
|
||||
|
||||
// 创建 BLE 特性 (读/写)
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||||
pCharacteristic = pService->createCharacteristic(
|
||||
CHARACTERISTIC_UUID,
|
||||
BLECharacteristic::PROPERTY_READ |
|
||||
BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE
|
||||
);
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||||
|
||||
// 设置特性的回调监听
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||||
pCharacteristic->setCallbacks(new MyCallbacks());
|
||||
|
||||
// 设置初始值
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||||
pCharacteristic->setValue("欢迎来到平衡车");
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||||
|
||||
// 启动服务
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||||
pService->start();
|
||||
|
||||
// 开始广播，使设备可以被扫描到
|
||||
pServer->getAdvertising()->start();
|
||||
Serial.println("等待客户端连接...");
|
||||
}
|
||||
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||||
void setup()
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||||
{
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||||
Serial.begin(115200); // 通讯串口
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||||
// Serial2.begin(1000000); // 腿部sts舵机
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||||
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||||
// 模式1：适配遥控器模式，设置WiFi通道为6
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||||
// WiFi.mode(WIFI_STA); // 设置为STA模式
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||||
// 设置WiFi通道为6，为了适配遥控器模式
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||||
// esp_wifi_set_channel(6, WIFI_SECOND_CHAN_NONE);
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||||
|
||||
// 模式2：适配小车wifi热点模式
|
||||
// WiFi_SetAP(); // 打开这行注释就能开启热点模式
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||||
|
||||
// ---------------------- 新增蓝牙初始化 ----------------------
|
||||
bledInit();
|
||||
// ------------------------------------------------------------
|
||||
|
||||
// webserver.begin();
|
||||
// webserver.on("/", HTTP_GET, basicWebCallback);
|
||||
// websocket.begin();
|
||||
// websocket.onEvent(webSocketEventCallback);
|
||||
|
||||
// 初始化ESP-NOW
|
||||
// if (esp_now_init() != ESP_OK) {
|
||||
// Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
|
||||
// return;
|
||||
// }
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||||
// esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
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||||
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||||
// Serial.print("WIFI channel:");
|
||||
// Serial.println(WiFi.channel());
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||||
|
||||
// 舵机初始化
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||||
// sms_sts.pSerial = &Serial2;
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||||
// ID[0] = 1;
|
||||
// ID[1] = 2;
|
||||
// ACC[0] = 30;
|
||||
// ACC[1] = 30;
|
||||
// Speed[0] = 400;
|
||||
// Speed[1] = 400;
|
||||
// Position[0] = 2048;
|
||||
// Position[1] = 2048;
|
||||
// 舵机(ID1/ID2)以最高速度V=2400步/秒，加速度A=50(50*100步/秒^2)，运行至各自的Position位置
|
||||
// sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
|
||||
|
||||
// 电压检测
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||||
// adc_calibration_init();
|
||||
// adc1_config_width(width);
|
||||
// adc1_config_channel_atten(channel, atten);
|
||||
// esp_adc_cal_characterize(unit, atten, width, 0, &adc_chars);
|
||||
|
||||
// 电量显示LED
|
||||
pinMode(LED_BAT, OUTPUT);
|
||||
|
||||
// 编码器设置
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||||
// I2Cone.begin(19, 18, 400000UL);
|
||||
// I2Ctwo.begin(23, 5, 400000UL);
|
||||
// sensor1.init(&I2Cone);
|
||||
// sensor2.init(&I2Ctwo);
|
||||
|
||||
// // mpu6050设置
|
||||
// mpu6050.begin();
|
||||
// mpu6050.calcGyroOffsets(true);
|
||||
|
||||
// // 连接motor对象与编码器对象
|
||||
// motor1.linkSensor(&sensor1);
|
||||
// motor2.linkSensor(&sensor2);
|
||||
|
||||
// // 速度环PID参数
|
||||
// motor1.PID_velocity.P = 0.05;
|
||||
// motor1.PID_velocity.I = 1;
|
||||
// motor1.PID_velocity.D = 0;
|
||||
|
||||
// motor2.PID_velocity.P = 0.05;
|
||||
// motor2.PID_velocity.I = 1;
|
||||
// motor2.PID_velocity.D = 0;
|
||||
|
||||
// // 驱动器设置
|
||||
// motor1.voltage_sensor_align = 6;
|
||||
// motor2.voltage_sensor_align = 6;
|
||||
// driver1.voltage_power_supply = 8;
|
||||
// driver2.voltage_power_supply = 8;
|
||||
// driver1.init();
|
||||
// driver2.init();
|
||||
|
||||
// // 连接motor对象与驱动器对象
|
||||
// motor1.linkDriver(&driver1);
|
||||
// motor2.linkDriver(&driver2);
|
||||
|
||||
// motor1.torque_controller = TorqueControlType::voltage; // 扭矩控制器类型为 "电压模式"
|
||||
// motor2.torque_controller = TorqueControlType::voltage;
|
||||
// motor1.controller = MotionControlType::torque; // 运动控制器类型为 "扭矩模式"
|
||||
// motor2.controller = MotionControlType::torque;
|
||||
|
||||
|
||||
// // monitor相关设置
|
||||
// motor1.useMonitoring(Serial);
|
||||
// motor2.useMonitoring(Serial);
|
||||
// // 电机初始化
|
||||
// motor1.init();
|
||||
// motor1.initFOC();
|
||||
// motor2.init();
|
||||
// motor2.initFOC();
|
||||
|
||||
// resetToDefault(); // 重置到默认参数状态
|
||||
|
||||
delay(500);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void loop()
|
||||
{
|
||||
|
||||
// // 检测小车状态变化 坐 -> 站
|
||||
// if (robot_enabled && !last_robot_enabled) {
|
||||
// // 从坐下状态变为起立状态，重置参数
|
||||
// resetToDefault();
|
||||
// }
|
||||
// last_robot_enabled = robot_enabled;
|
||||
|
||||
// // 如果小车处于坐下状态，只执行必要的功能
|
||||
// if (!robot_enabled) {
|
||||
// bat_check(); // 电压检测
|
||||
// web_loop(); // Web数据更新
|
||||
// mpu6050.update(); // IMU数据更新
|
||||
|
||||
// // 如果正在执行坐下动作，逐步调整角度零点让小车向后倒
|
||||
// if (sitting_down) {
|
||||
// // 缓慢调整角度零点，使小车向后倒
|
||||
// static int sit_counter = 0;
|
||||
// sit_counter++;
|
||||
|
||||
// // 先给个向后退脉冲
|
||||
// if (sit_counter < 30) {
|
||||
// // 阶段1：设置电机目标为负数，使小车向后运动
|
||||
// motor1.target = -1.0; // 负数小车向后，正数向前
|
||||
// motor2.target = -1.0;
|
||||
// } else {
|
||||
// // 阶段2：停止电机，让小车自然向后倒
|
||||
// motor1.target = 0;
|
||||
// motor2.target = 0;
|
||||
// }
|
||||
// motor1.loopFOC();
|
||||
// motor2.loopFOC();
|
||||
// motor1.move();
|
||||
// motor2.move();
|
||||
|
||||
// // 当sit_counter为0时，设置舵机到最低位置
|
||||
// if (sit_counter == 0) {
|
||||
// Position[0] = SERVO1_MIN;
|
||||
// Position[1] = SERVO2_MIN;
|
||||
// ACC[0] = 5;
|
||||
// ACC[1] = 5;
|
||||
// Speed[0] = 100;
|
||||
// Speed[1] = 100;
|
||||
// sms_sts.SyncWritePosEx(ID, 2, Position, Speed, ACC);
|
||||
// }
|
||||
|
||||
// if (sit_counter < 100) { // 分100步完成坐下动作
|
||||
// // 逐步将平衡零点变成负数，小车抬头（向后倒）
|
||||
// angle_zeropoint -- ;
|
||||
// } else {
|
||||
// // 坐下动作完成，设置到最低位置和最终角度零点
|
||||
// sit_counter = 0;
|
||||
// sitting_down = false;
|
||||
// angle_zeropoint = -20; // 最终的角度零点，确保小车向后倒
|
||||
// }
|
||||
// } else {
|
||||
// // 已经坐下，保持最低位置和向后倒的角度零点
|
||||
// angle_zeropoint = -15; // 保持向后倒的角度零点
|
||||
// }
|
||||
|
||||
// return; // 跳过其他控制
|
||||
// }
|
||||
|
||||
// bat_check(); // 电压检测 <1ms
|
||||
// web_loop(); // Web数据更新 <2ms
|
||||
// mpu6050.update(); // IMU数据更新 <1ms
|
||||
// lqr_balance_loop(); // lqr自平衡控制，更新LQR_u ★ 关键实时控制 2-3ms
|
||||
// yaw_loop(); // yaw轴转向控制，更新YAW_output ★ 关键实时控制 1-2ms
|
||||
// leg_loop(); // 腿部动作控制，控制舵机SyncWritePosEx，包括判断jump_loop 舵机控制 1ms
|
||||
|
||||
// // 记录上一次的遥控数据数据
|
||||
// wrobot.dir_last = wrobot.dir;
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||||
// wrobot.joyx_last = wrobot.joyx;
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// wrobot.joyy_last = wrobot.joyy;
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// /* 将自平衡计算输出转矩赋给电机
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// motor.target 负数小车向前转，正数小车向后转，
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// LQR_u 越大，电机输出的转矩越大，电机向后转，默认0-8V
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// LQR_u = angle_control + gyro_control + distance_control + speed_control
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// angle_control = pid_angle(LQR_angle - angle_zeropoint) //LQR_u与实际LQR_angle正相关
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// = pid_angle( mpu6050.getAngleY() - angle_zeropoint) //LQR_u与实际pitch正相关
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// gyro_control = pid_gyro(LQR_gyro) //LQR_u与实际LQR_gyro正相关
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// = pid_gyro( mpu6050.getGyroY() ) //LQR_u与实际pitch 角速度 正相关
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// 所以这里LQR_distance和LQR_speed的计算乘以-0.5,不能单看负号
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// distance_control = pid_distance(LQR_distance - distance_zeropoint) //LQR_u与电LQR_distance正相关
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// = pid_distance( (-0.5)*(motor1.shaft_angle + motor2.shaft_angle) - distance_zeropoint)
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// //在平衡车中，通常设定电机向后转（使车前进）为负，所以LQR_u与电机实际shaft_angle角度正相关，和负号没关系
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// speed_control = pid_speed(LQR_speed - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy)) // 实际速度-目标速度
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// //LQR_speed代表实际速度，LQR_u与实际LQR_speed速度正相关
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// = pid_speed( (-0.5) * (motor1.shaft_velocity + motor2.shaft_velocity) - 0.1 * lpf_joyy(wrobot.joyy))
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// //LQR_u与实际shaft_velocity速度正相关
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// */
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// motor1.target = (-0.5) * (LQR_u + YAW_output); // 负数小车向前，正数小车向后，取负号是因为电机是反的
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// motor2.target = (-0.5) * (LQR_u - YAW_output);
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// // 查看角度信息, 屁股向后倒 -33~-34度,舵机2048的时候-42度，头向前到底 75度，完全垂直88度
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// // Serial.println(LQR_angle);
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// // 检测小车是否向后马上要倒地了，在中间过程重置所有参数
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// loopCounter++;
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// // loopCounter作用：在期初的800次循环内视为电源开通后第一次自平衡，不能进入resetToDefault()函数重置参数
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// // resetToDefaultCounterz作用：防止小车倒地后某个角度，陷入循环，motor.target一直=0
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// if ((LQR_angle < -35.0f || LQR_angle > 70.0f ) && loopCounter > 800 && resetToDefaultCounter < 130) {
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// resetToDefault();
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// resetToDefaultCounter++;
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// motor1.target = 0;
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// motor2.target = 0;
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// }
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// if( abs(LQR_angle) < 25.0f){
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// resetToDefaultCounter = 0;
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// }
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// // target目标电压 0~8V, 0为不转, 8为最大转速
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// // Serial.print("LQR_angle:");
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// // Serial.println(LQR_angle);
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// // // Serial.print(",loopCounter:");
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// // // Serial.print(loopCounter);
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// // Serial.print(",resetToDefaultCounter:");
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// // Serial.print(resetToDefaultCounter);
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// // // Serial.print(",motor1.target:");
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// // // Serial.print(motor1.target);
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// // Serial.print(",motor2.target:");
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// // Serial.println(motor2.target);
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// // 监测速度变化
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// // int speed_delta = robot_speed - robot_speed_last;
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// // if(speed_delta > 0){
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// // Serial.print("speed_delta:");
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// // Serial.print(speed_delta);
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// // Serial.print(",robot_speed:");
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// // Serial.println(robot_speed);
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// // }
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// // 处理向前跳跃
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// if (forward_jump_flag) {
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// forward_jump_flag++;
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// if (forward_jump_flag < 25) {
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// // 保持向前脉冲
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// motor1.target = 1.8;
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// motor2.target = 1.8;
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// } else {
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// // 跳跃结束，重置状态
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// forward_jump_flag = 0;
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// wrobot.dir = 5; // 跳跃
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// }
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// }
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// // 迭代计算FOC相电压
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// motor1.loopFOC();
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// motor2.loopFOC();
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// // 设置轮部电机输出
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// motor1.move();
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// motor2.move();
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} // loop()
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