开通VIP，畅享免费电子书等14项超值服
首页
好书
留言交流
下载APP
联系客服
2024.06.05山东
工程名称：迷你智能车Liguanxi-smart-car【星火计划】
工程作者：liguanxi
什么？！这是一台车？
什么？！它还能根据运动轨迹，实时绘制地图？！
使用手机APP控制小车
通过USB进行充放电
二维地图创建与路径规划：使用电脑运行ROS，利用激光雷达进行二维建图，使用RVIZ可视化工具显示
持续开发中，待增加功能包含：凭借自身算力进行避障、手机端显示建图结果与视频画面、利用摄像头进行目标追踪、利用激光雷达进行多点与单点导航、可以RRT自主探索建图、雷达跟踪目标
想实现这些功能，具体怎么设计软硬件？
ESP32-S3底板_原理图
ESP32-S3底板_PCB图
ESP32-S摄像头板_原理图
ESP32-S摄像头板_PCB图
（1）为什么要用两个主控？
一般来说，机器人系统ROS都需要在树莓派等微型电脑上运行，而我想要以最低的成本去完成这个项目，所以我将运行ROS系统电脑从机载转到上位机，通过WiFi与连接小车，这样就可以节省一台微型电脑。
但是！雷达的数据大概1ms发送一次，一块ESP32显然不够用了！所以，我选择使用两个ESP32作为主控。
类似的结构鱼香ROS有制作，不过体型比较大，集成度低。
（2）天线部分
2.1阻抗匹配技巧
esp32天线部分比较讲究，涉及到高速线路，这里的射频部分做了50R阻抗匹配。
这个叠层我还是有点懵，看不懂后面就使用了嘉立创的阻抗计算器，计算这个阻抗对应什么厚度的铜箔与多少宽度的线。
最后选用4层板，PCB厚度：1.6，走线宽度：13.2mil。
2.2器件摆放与走线要点
这里参考乐鑫的硬件设计指南。
4层PCB内层1全覆铜，底层走普通信号，内层2走电源。
天线处的Π形滤波电路，用网络矢量分析仪进行测试调整。步骤如下：
如下图频率所示，在2.431GHz左右时，驻波比在1.348，阻抗在55.21左右，代表此电路在2.4GHz的频率下性能接近最佳。
图片截取于“清澈的泉水”的视频立创EDA绘制2.4GHzRF射频双层板制作
（3）晶振部分
晶振部分也算高速电路了，需要GND包围做屏蔽层
（4）电池设计原理
电池设计为不可拆卸，所以添加了一个充电电路。采用TP4056设计，充电电流设置为400ma。
这里的开关控制和电流检测电路，简单说就是：
这部分电路的作用是——将电源先升压为5V，再稳压为3.3V，供给单片机和传感器使用。
（5）下载部分
自动下载电路使用了CH342F该芯片，有两个端口，可以使用一个USB同时下载两个单片机。考虑到空间比较紧凑，所以采用DMMT3904来代替两个NPN的三极管
（6）其他电路说明
如何通过软件设计，实现二维地图搭建+规划路径的功能？
（1）编译环境与工具
esp32使用idf4.4编译环境
使用espressif-ide编辑代码
ROS系统使用noetic版本，还是使用ROS1。
这个结构并非是我首先使用，鱼香ROS等大佬早就在使用了。
（2）只会ROS1皮毛，怎么实现二维地图搭建？
比较成熟的方案是在ESP32上运行ROS2的库，这样就可以在ESP32上直接发布话题。
可我只会一点ROS1的皮毛，再去学习ROS2还是比较困难的，所以我就采用了TCP转接串口的方式去兼容原有的包，这样就只用简易的操作一下就可以完成功能了:
①定位算法使用robot_pose_ekf，只使用里程计和激光雷达去进行定位。
②建图算法采用karto建图算法，参数默认。
③导航使用Navigation导航架构，简单理解一下：
这个框架由amcl自适应蒙特卡洛定位功能包提供定位。
map-server将建图的地图数据发布出来，然后根据rviz发布的目标定位，进行路径规划，输出路径和底盘移动数据，控制小车到达目标点。
④底盘与上位机使用socat来进行TCP/UDP到串口的转接
⑤雷达的通信链路：雷达转发采用UDP发送到ROS上位机，再由socat创建虚拟串口进行UDP与串口的转接。
建图效果
⑥运动控制板通信采用TCP与ROS上位机连接，再由socat创建虚拟串口进行TCP与串口的转接。
⑦手机APP与底盘驱动的esp32做UDP通信。
在手机上的效果：
学习一个月，或许就为了这一刻！
学习的结果出乎意料……
本项目已开源！
——想复刻？想给作者点赞？可复制开源网址前往原文。
*本文转载了「立创开源硬件平台」的用户创作，如有侵权，请联系删除