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wifi控制舵机

ds 2025/9/1 5:37:54

一：简介

通过ESP8266模块进行通信

一个ESP8266模块作为服务器：创建TCP服务器

一个ESP8266模块作为客户端：连接TCP服务器

通过客户端将数据传递给服务器，服务器进行解析，解析是否有客户端连接，解析传递的角度数据，再调用这个角度数据，进行控制舵机。

客户端就是通过AD转换读取电位器的数据，再进行一阶滤波，转换为角度，动态步长平滑控制算法，最后调整当前角度，将得到的数据以“@150.0#*”这种数据格式发送给服务器。

二：服务器

ESP8266 工作在AP 模式 + TCP 服务器模式，实现三大核心功能：

  1. ESP8266 服务器初始化：创建 WiFi 热点、启动 TCP 服务器（端口 8080），支持多客户端连接；
  2. 数据解析与舵机控制：通过串口中断解析客户端发送的@角度值#*格式数据，转换为浮点数后控制舵机转动；
  3. 状态显示与指令下发：OLED 显示客户端连接 / 断开状态、当前舵机角度；按键触发向指定客户端发送字符1（触发客户端上传数据）。

软件流程：

ESP8266TCP通信服务器模块：

ESP8266 通过 AT 指令配置工作模式。关键步骤：

  1. 发送AT\r\n测试模块是否正常（响应OK）；
  2. 配置为 AP 模式（AT+CWMODE=2），让客户端直接连接 ESP8266 的热点；
  3. 设置 AP 热点参数（名称ESP8266、密码12345678、信道 5、加密方式 WPA2-PSK）；
  4. 启用多连接模式（AT+CIPMUX=1），支持最多 4 个客户端连接；
  5. 启动 TCP 服务器（AT+CIPSERVER=1,8080），端口 8080。
#define BUFFER_SIZE 100
char receiveBuffer[BUFFER_SIZE];  // 串口接收缓冲区
uint8_t receiveIndex = 0, copyreceive = 0;/*** 发送AT指令并等待指定响应*/
void ESP8266_SendAT(char *p, char *q) {USART_SendString(USART1, p);  // 发送AT指令uint32_t timeout = 0;          // 超时计数器（单位：10us）while (1) {// 条件1：收到期望响应（取缓冲区最后3个字符匹配，避免前导字符干扰）// 条件2：超时（300000 * 10us = 3s，超过则视为配置失败）if ((receiveBuffer[copyreceive - 3] == *q && receiveBuffer[copyreceive - 2] == *(q + 1)) || timeout > 300000) {break;}timeout++;Delay_us(10);  // 微秒级延时，保证响应检测精度}memset(receiveBuffer, 0, BUFFER_SIZE);  // 清空缓冲区，避免下次解析干扰
}/*** ESP8266 TCP服务器初始化（完整流程）*/
void ESP8266_Init() {ESP8266_SendAT("AT\r\n", "OK");          // 1. 测试模块通信ESP8266_SendAT("AT+CWMODE=2\r\n", "OK"); // 2. 配置为AP模式// 3. 配置AP热点（名称：ESP8266，密码：12345678，信道5，加密3=WPA2-PSK）ESP8266_SendAT("AT+CWSAP=\"ESP8266\",\"12345678\",5,3\r\n", "OK");ESP8266_SendAT("AT+CIPMUX=1\r\n", "OK"); // 4. 启用多连接模式ESP8266_SendAT("AT+CIPSERVER=1,8080\r\n", "OK"); // 5. 启动TCP服务器（端口8080）
}

串口中断与角度数据解析模块：

客户端发送的角度数据格式为@xx.x#*（如@90.5#*），需解决两个核心问题：

  1. 数据帧边界识别：区分有效数据（@开头、*结尾）与无效数据（如 ESP8266 的连接状态提示）；
  2. 容错处理：防止数据溢出（如角度值过长）、格式错误（如缺少#）导致解析失败。

通过枚举定义 4 个状态，按 “起始符→数值→分隔符→结束符” 的顺序解析数据，流程如下：

  1. STATE_WAIT_AT：等待起始符@，收到后清空角度缓存，切换到接收数值状态；
  2. STATE_RECEIVE_VALUE：接收数字（0-9）或小数点（.），遇到#则切换到等待结束符状态；
  3. STATE_WAIT_STAR：等待结束符*，收到后保存角度值，触发 OLED 显示与舵机控制；
  4. 任何状态下遇到无效字符，立即重置为STATE_WAIT_AT。
// 角度解析状态枚举
typedef enum {STATE_WAIT_AT,         // 等待起始符'@'STATE_RECEIVE_VALUE,   // 接收角度值（数字/小数点）STATE_WAIT_STAR        // 等待结束符'*'
} Angle_Receive_State;Angle_Receive_State angle_recv_state = STATE_WAIT_AT;  // 初始状态
char angle_buf[10] = {0};                              // 角度缓存（最多存9个字符，避免溢出）
uint8_t angle_idx = 0;                                  // 角度缓存索引
char latest_angle[20] = {0};  // 存储解析后的完整角度字符串（如"103.3"）
char show = 0;                // 显示触发标志（1=连接状态，2=角度数据）/*** USART1中断服务函数：解析角度数据+处理连接状态*/
void USART1_IRQHandler(void) {char receivedChar = 0;if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {receivedChar = USART_ReceiveData(USART1);  // 读取接收的1个字符USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);  // 清除中断标志// 核心：角度数据解析状态机switch (angle_recv_state) {case STATE_WAIT_AT:// 收到'@'，开始接收角度值if (receivedChar == '@') {angle_recv_state = STATE_RECEIVE_VALUE;memset(angle_buf, 0, sizeof(angle_buf));  // 清空缓存angle_idx = 0;}break;case STATE_RECEIVE_VALUE:// 接收有效字符（数字或小数点）if ((receivedChar >= '0' && receivedChar <= '9') || receivedChar == '.') {if (angle_idx < sizeof(angle_buf) - 1) {  // 预留1个字节存'\0'，防止溢出angle_buf[angle_idx++] = receivedChar;} else {// 缓存溢出，重置状态angle_recv_state = STATE_WAIT_AT;memset(angle_buf, 0, sizeof(angle_buf));angle_idx = 0;}}// 收到'#'，说明数值部分结束，等待'*'else if (receivedChar == '#') {angle_recv_state = STATE_WAIT_STAR;}// 收到无效字符，重置else {angle_recv_state = STATE_WAIT_AT;memset(angle_buf, 0, sizeof(angle_buf));angle_idx = 0;}break;case STATE_WAIT_STAR:// 收到'*'，解析完成if (receivedChar == '*') {strcpy(latest_angle, angle_buf);  // 保存角度值show = 2;  // 触发OLED显示角度+舵机控制}// 无论是否收到'*'，都重置为等待下一个帧angle_recv_state = STATE_WAIT_AT;break;default:angle_recv_state = STATE_WAIT_AT;break;}// 处理客户端连接/断开状态（仅在等待'@'时处理，避免与角度解析冲突）if (angle_recv_state == STATE_WAIT_AT) {// 存储非换行符的字符（ESP8266的状态提示以'\n'结尾）if (receivedChar != '\n' && receiveIndex < BUFFER_SIZE - 1) {receiveBuffer[receiveIndex++] = receivedChar;} else {receiveBuffer[receiveIndex] = '\0';  // 字符串结尾加'\0'copyreceive = receiveIndex;receiveIndex = 0;// 检测连接（CONNECT）或断开（DISCONNECT）指令if (strstr(receiveBuffer, "CONNECT") != NULL || strstr(receiveBuffer, "DISCONNECT") != NULL) {show = 1;  // 触发OLED显示连接状态}}}}
}

完整代码：

#include "stm32f10x.h"
#include "OLED.h"
#include "Delay.h"
#include "usart.h"
#include "string.h"
#include "EXTI_KEY.h"
#include "stdio.h"
#include "servo.h"
#include "stdlib.h"#define BUFFER_SIZE 100  // 缓冲区大小
char receiveBuffer[BUFFER_SIZE];  // 原始数据缓冲区
uint8_t receiveIndex = 0, copyreceive = 0;  // 接收索引
char receivedChar = 0;char server_ok = 0, show = 0;
char kehu = 0, clear = 0;
static uint8_t last_state = 0xFF;
char latest_angle[20] = {0};  // 存储完整角度数据（如"103.3"）// -------------------------- 角度数据接收状态与缓存 --------------------------
typedef enum {STATE_WAIT_AT,         // 等待起始符'@'STATE_RECEIVE_VALUE,   // 接收角度值（数字和小数点）STATE_WAIT_HASH,       // 等待分隔符'#'STATE_WAIT_STAR        // 等待结束符'*'
} Angle_Receive_State;Angle_Receive_State angle_recv_state = STATE_WAIT_AT;  // 初始状态
char angle_buf[10] = {0};                              // 缓存角度数值
uint8_t angle_idx = 0;                                  // 角度缓存索引
// -----------------------------------------------------------------------------/*** 发送AT指令并等待响应（增加超时机制，防止死等）*/
void ESP8266_SendAT(char *p, char *q) {USART_SendString(USART1, p);uint32_t timeout = 0;while (1) {// 等待响应或超时（约3秒）if ((receiveBuffer[copyreceive - 3] == *q && receiveBuffer[copyreceive - 2] == *(q + 1)) || timeout > 300000) {break;}timeout++;Delay_us(10);}memset(receiveBuffer, 0, BUFFER_SIZE);  // 清空缓冲区（用0而非32，避免乱码）
}/*** 初始化ESP8266为TCP服务器*/
void ESP8266_Init() {ESP8266_SendAT("AT\r\n", "OK");          // 测试模块ESP8266_SendAT("AT+CWMODE=2\r\n", "OK"); // AP模式ESP8266_SendAT("AT+CWSAP=\"ESP8266\",\"12345678\",5,3\r\n", "OK"); // AP配置ESP8266_SendAT("AT+CIPMUX=1\r\n", "OK"); // 多连接模式ESP8266_SendAT("AT+CIPSERVER=1,8080\r\n", "OK"); // 启动服务器
}int main() {char *customer;float target_angle = 0.0f;// 硬件初始化EXTI_PE_Configuration();OLED_Init();USART1_Config();Servo_Init();ESP8266_Init();OLED_Clear();OLED_ShowString(1, 1, "Server Ready");while (1) {// 模式1：显示客户端连接状态if (show == 1) {OLED_ShowString(1, 1, "Wait Connect");customer = receiveBuffer + 2;  // 跳过前缀if (strncmp(customer, "CONNECT", 7) == 0) {uint8_t current_customer = *(customer - 2) - '0';if (last_state != current_customer) {OLED_Clear();OLED_ShowString(1, 1, "Connected");switch (current_customer) {case 0: OLED_ShowString(2, 1, "Client 0"); break;case 1: OLED_ShowString(2, 1, "Client 1"); break;case 2: OLED_ShowString(2, 1, "Client 2"); break;case 3: OLED_ShowString(2, 1, "Client 3"); break;default: OLED_ShowString(2, 1, "Unknown"); break;}OLED_ShowString(3, 1, "Status: On");}show = 0;} else if (strncmp(customer, "DISCONNECT", 10) == 0) {OLED_Clear();OLED_ShowString(1, 1, "Disconnected");OLED_ShowString(2, 1, "No Client");OLED_ShowString(3, 1, "Status: Off");last_state = 0xFF;show = 0;} else {OLED_ShowString(1, 1, "Unknown Resp");OLED_ShowString(2, 1, receiveBuffer);show = 0;}}// 模式2：显示并处理角度数据if (show == 2) {OLED_Clear();OLED_ShowString(1, 1, "Angle Data");// 显示当前角度并控制舵机OLED_ShowString(2, 1, "Current: ");OLED_ShowString(2, 9, latest_angle);target_angle = atof(latest_angle);  // 字符串转浮点数if (target_angle >= 0 && target_angle <= 180) {Servo_SetAngle(target_angle);  // 控制舵机OLED_ShowString(3, 1, "Servo OK");} else {OLED_ShowString(3, 1, "Angle Err");}show = 0;}}
}/*** 串口1中断服务函数：解析@xx.x#*格式数据*/
void USART1_IRQHandler(void) {if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {receivedChar = USART_ReceiveData(USART1);USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);// 角度数据解析状态机（核心逻辑）switch (angle_recv_state) {case STATE_WAIT_AT:// 等待起始符'@'，收到后切换状态if (receivedChar == '@') {angle_recv_state = STATE_RECEIVE_VALUE;memset(angle_buf, 0, sizeof(angle_buf));  // 清空角度缓存angle_idx = 0;}break;case STATE_RECEIVE_VALUE:// 接收角度值（数字0-9或小数点.）if ((receivedChar >= '0' && receivedChar <= '9') || receivedChar == '.') {if (angle_idx < sizeof(angle_buf) - 1) {  // 防止溢出angle_buf[angle_idx++] = receivedChar;} else {// 缓存溢出，重置状态angle_recv_state = STATE_WAIT_AT;memset(angle_buf, 0, sizeof(angle_buf));angle_idx = 0;}}// 收到'#'说明数值部分结束，切换状态else if (receivedChar == '#') {angle_recv_state = STATE_WAIT_STAR;}// 收到其他字符，视为无效数据else {angle_recv_state = STATE_WAIT_AT;memset(angle_buf, 0, sizeof(angle_buf));angle_idx = 0;}break;case STATE_WAIT_HASH:// 理论上不会进入此状态，容错处理angle_recv_state = STATE_WAIT_AT;break;case STATE_WAIT_STAR:// 收到'*'说明数据结束，处理完整角度值if (receivedChar == '*') {strcpy(latest_angle, angle_buf);  // 保存角度值show = 2;  // 触发显示和控制}// 无论是否收到'*'，都重置为等待下一个'@'angle_recv_state = STATE_WAIT_AT;break;default:angle_recv_state = STATE_WAIT_AT;break;}// 处理客户端连接状态（仅在等待'@'时处理，避免冲突）if (angle_recv_state == STATE_WAIT_AT) {if (receivedChar != '\n' && receiveIndex < BUFFER_SIZE - 1) {receiveBuffer[receiveIndex++] = receivedChar;} else {receiveBuffer[receiveIndex] = '\0';copyreceive = receiveIndex;receiveIndex = 0;// 检测连接状态指令if (strstr(receiveBuffer, "CONNECT") != NULL || strstr(receiveBuffer, "DISCONNECT") != NULL) {show = 1;}}}}
}/*** 按键中断：向客户端发送数据*/
void EXTI0_IRQHandler(void) {if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {USART_SendString(USART1, "AT+CIPSEND=0,1\r\n");Delay_ms(100);USART_SendData(USART1, '1');Delay_ms(100);EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);}
}

三：客户端

软件流程：

一阶滤波：

AD 模块采集的原始数据会受电路噪声、电源波动影响，导致舵机角度频繁抖动，因此需要滤波处理，同时保证数据响应速度（避免滤波后延迟过大）。

// 一阶滤波函数：平衡响应速度与滤波效果
uint16_t AD_Filter(uint16_t rawValue)
{static uint16_t filteredAD = 0;  // 静态变量：保存上一次滤波结果float a = 0.6f;  // 滤波系数（0<a<1，a越大响应越快，滤波效果越差）// 滤波公式：当前滤波值 = a*原始值 + (1-a)*上一次滤波值filteredAD = (uint16_t)(a * rawValue + (1 - a) * filteredAD);return filteredAD;
}

选用0.6，就是为了响应迅速

动态步长平滑控制算法：

// 全局变量定义
float TargetAngle;    // 目标角度（AD值转换后）
float CurrentAngle;   // 当前舵机角度
float AngleStep;      // 动态步长
float MinStep = 0.5f; // 最小步长（角度差<10°时使用，避免抖动）
float MaxStep = 10.0f;// 最大步长（角度差>90°时使用，加快响应）// 动态步长计算与角度更新
float diff = TargetAngle - CurrentAngle;
float angleDiff = fabs(diff);  // 角度差（取绝对值）// 1. 根据角度差确定步长
if (angleDiff < 10.0f) 
{AngleStep = MinStep;  // 近距离：小步慢走，避免抖动
} 
else if (angleDiff > 90.0f) 
{AngleStep = MaxStep;  // 远距离：大步快走，加快响应
} 
else 
{// 中间距离：线性插值（步长随角度差递增）AngleStep = MinStep + (MaxStep - MinStep) * (angleDiff - 10.0f) / 80.0f;
}// 2. 更新当前角度（逼近目标角度）
if (TargetAngle > CurrentAngle + AngleStep)
{CurrentAngle += AngleStep;
}
else if (TargetAngle < CurrentAngle - AngleStep)
{CurrentAngle -= AngleStep;
}
else
{CurrentAngle = TargetAngle;  // 误差小于步长时，直接对齐目标
}

当电位器缓慢转动（角度差 < 10°）：舵机以 0.5°/ 次的步长转动，无明显抖动；

当电位器快速转动（角度差 > 90°）：舵机以 10°/ 次的步长转动，1 秒内可从 0° 转到 180°；

当角度差在 10°-90° 之间：步长线性递增，兼顾速度与平滑度。

 ESP8266 TCP 通信模块：

ESP8266 工作在透传模式：MCU 通过 USART1 向 ESP8266 发送数据，ESP8266 直接转发到 TCP 服务器；反之，服务器发送的指令也通过 ESP8266 透传给 MCU。

数据协议：

MCU 发送角度数据：格式为@角度值#*（如@90.0#*表示当前角度 90.0°），便于服务器解析；

服务器发送指令：仅需发送字符1，MCU 收到后触发角度发送（避免频繁发送浪费带宽）。

// 1. 发送角度数据到服务器（按需发送，避免冗余）
void ESP_SendData(float current)
{char sendBuf[100];static float LastSentAngle = -1.0f;  // 上一次发送的角度（初始为无效值）// 仅当角度变化≥0.5°或首次发送时，才发送数据（减少带宽占用）if (fabs(current - LastSentAngle) >= 0.5f || LastSentAngle < 0){sprintf(sendBuf, "@%.1f#*", current);  // 格式化数据USART_SendString(USART1, sendBuf);    // 发送到ESP8266LastSentAngle = current;              // 更新上一次发送的角度}
}// 2. 接收服务器指令（需在USART1中断服务函数中实现）
void USART1_IRQHandler(void)
{static char recvBuf[10];static uint8_t recvLen = 0;if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET){char data = USART_ReceiveData(USART1);  // 读取接收数据// 假设指令为单个字符（如'1'），可根据实际需求扩展if (data == '1'){instruction = '1';  // 标记指令：触发角度发送show = 1;           // 标记OLED需要刷新指令}USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);  // 清除中断标志}
}

完整代码：

#include "ESPClient.h"
#include "ad.h"
#include <stdio.h>
#include <math.h>uint16_t ADvalue;
uint16_t ADValueFiltered;	// 滤波后的AD值
float LastSentAngle = -1.0f; //无效的值
float TargetAngle;			// 目标角度（由AD值计算得出）
float CurrentAngle;			// 当前舵机角度（用于平滑过渡）
float AngleStep ;		// 角度变化动态步长（控制转动平滑度）
float MinStep = 0.5f;		// 最小步长（小幅调节时使用）
float MaxStep = 10.0f;		// 最大步长（大幅调节时使用）/*
ready 0 ESP8266Init没有初始化时为0，用来接收ok。
ready 1 ESP8266Init初始化完成后为1，用来接收服务器的数据。
show  0 无新指令需显示 / 已完成显示
show  1 当收到服务器的数据时，show变为1，进行刷新数据
*/
char i=0,ready=0,show=0;
uint16_t instruction=0;//接收服务器发送的指令//一阶滤波
uint16_t AD_Filter(uint16_t rawValue)
{static uint16_t filteredAD=0;float  a=0.6;//a=0.6 响应较快，同时能过滤大部分高频噪声，平衡效果好。//α×当前值 + (1-α)×上次结果filteredAD=(uint16_t)(a*rawValue+(1-a)*filteredAD);return filteredAD;
}void ESP_SendData(float current)
{char sendBuf[100];  // 数据缓冲区（足够存储各类数据）//大于0.5°，或者错误时，进行发送if (fabs(current - LastSentAngle) >= 0.5f || LastSentAngle < 0){sprintf(sendBuf, "@%.1f#*", current); LastSentAngle = current; // 新增：更新上一次发送的角度// 通过USART1发送到ESP8266，由ESP8266透传给客户端USART_SendString(USART1, sendBuf);}}int main()
{OLED_Init();USART1_Config();ESP8266_Init();ready=1;AD_Init();OLED_Clear();OLED_ShowString(1,1,"wait server");OLED_ShowString(2,1,"Angle:");OLED_ShowString(3,1,"AD:");while(1){ADvalue=AD_GetValue();ADValueFiltered=AD_Filter(ADvalue);//目标角度TargetAngle = (float)ADValueFiltered / 4095 * 180;//动态步长平滑控制算法float diff = TargetAngle - CurrentAngle;float angleDiff = diff > 0 ? diff : -diff;if (angleDiff < 10.0f) {AngleStep = MinStep;} else if (angleDiff > 90.0f) {AngleStep = MaxStep;} else {AngleStep = MinStep + (MaxStep - MinStep) * (angleDiff - 10.0f) / 80.0f;}//调整当前角度if(TargetAngle>CurrentAngle+AngleStep){CurrentAngle+=AngleStep;}else if(TargetAngle<CurrentAngle-AngleStep){CurrentAngle-=AngleStep;}else{CurrentAngle = TargetAngle;}//  实时显示AD值和角度（OLED部分优化）OLED_ShowNum(2, 7, (uint16_t)CurrentAngle, 3);  // 显示舵机角度OLED_ShowNum(3, 4, ADValueFiltered, 4);  // 显示滤波后的AD值//收到数据进行刷新if(show==1){OLED_ShowNum(4,1,instruction,2);show=0;}//客户端收到1,发送数据if(instruction=='1'){ESP_SendData(CurrentAngle);			}}}

http://www.xdnf.cn/news/19490.html

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