用 ESP32 开发板 DIY WI-FI 遥控船

还记得小时候，那个电动玩具并不丰富的年代，常和小伙伴们用旧泡沫塑料打磨模型船，加装一个小马达，用圆珠笔芯和易拉罐切片自制螺旋桨……看着小船在浴缸绕圈圈、在池塘飞驰，是很兴奋的事情。

而今，3D 打印技术的普及让我们可以设计出更科学、精致的小船模型。加上 Wi-Fi 控制器，嗯，这玩具可以玩好久！

该项目是由 Autodesk Fusion 360 进行设计，用 Cura 3.4.1 进行切片，并在 PLA 和 Ultimaker 2+ Extended 以及 Ultimaker 3 Extended 上进行 PLA 打印。项目中主控板用的是Heltec Wifi Kit 32，这是一块基于 ESP32 芯片和 OLED 显示屏的开发板套件。当然你也可以用 ESP32 系列的其他开发板替代！

需要注意的是，我设计的小船要“防溅湿”而不是“防水”。在操作时要注意不要故意溅起大的水花。
先看一段视频来感受一下：https://v.qq.com/x/page/j07836chbtm.html

 

材料清单

1、带有 OLED 显示屏的 Heltec Wifi Kit 32 × 1
2、Timesetl L298N 电机驱动器 × 1
3、Micro 130 DC 直流电机 × 2
4、10x15x4mm 轴承 × 2
5、Ares AZSZ2503 1200 mAh 2-Cell/2S 7.4V 25C 锂电池 × 1
6、JST 母头插座 × 1
7、3x5mm 固定螺丝 × 4
8、2k 欧姆电阻 × 1
9、1k 欧姆电阻 × 1
10、万能胶×若干
11、伺服胶带×若干
12、丙烯酸填缝剂×若干
13、尖嘴钳×1
14、各种精密手工工具 × 1(如:剪线钳，剥线钳)
15、焊料× 若干
16、烙铁×1
17、透明PLA安全喷漆× 若干

 

3D 打印出零件

准备打印前需要注意的是：这款 WiFi 小船部件中包含比较大的扁平的零件，你可能不容易构建。其中零件的翘起会是为一个重要问题，因此要使用好边缘，再加上你的手艺来较好的粘合构建板。其中包含一些非常小的零件和很薄的零件（薄至1.2毫米）。请在层模式下使用切片机测试每个零件，并确认你的打印机能够打印。

 

零件的图纸文件可以直接在项目下载：
http://make.quwj.com/project/72

我打印了”Axle, Propeller.stl”, “Axle.stl”, “Bolt, 8 *1.25mm.stl”, “Bushing.stl”, “Cross Journal.stl”, “Propeller Port.stl”, “Propeller Starboard.stl”, “Yoke Motor.stl”和 “Yoke.stl” 0.1毫米厚，100％填充。其他剩余的零件厚度为0.15毫米，20％填充。我用PLA支持打印了 “Cover.3mf” 和 “Deck.stl” ，使用Ultimaker Breakaway支持打印了”Propeller Port.stl” 和 “Propeller Starboard.stl”，其余部分没有支持。

具体细节如下：

 

2个 Axle, Propeller.stl
2个Axle.stl
6 个Bolt, 8 by 1.25mm.stl 2 Bushing.stl
1 个Cover.3mf (Cover.stl已经单次挤出)
4 个Cross Journal.stl
1个 Deck.stl
2 个Hull.stl
1 个Mount, Wing.stl
1个 Propeller Port.stl
1个 Propeller Starboard.stl
1 个Wing.3mf (Wing.stl已经单次挤出)
2个 Yoke Motor.stl
6个 Yoke.stl
 

在组装之前，所有组件都要进行测试检查是否合适、修剪、归档、磨平等，使表面光滑便于移动，对于不能移动的部分也能够紧密的粘合。根据你选择的颜色设置打印机，可能或多或少需要修剪、归档或者打磨。做好记录加工好的构建板，以确保所有的构建板“多出”的部分修剪掉、打磨，并使边缘光滑。我用小工具慢慢的完成这个部分，一定要有足够的耐心。该模型使用螺纹组件为（8×1.25毫米），因此可能需要8×1.25毫米的螺纹和模具来完成螺纹部件。

 

关于船体部分，在打印之后，请将6个螺栓完全插入船体顶部的螺纹孔中，将每个船体组件浸没在水下约一分钟，取出，干燥并摇动，检查是否漏水。如果有的话，在船体上喷洒几层透明的PLA安全喷漆，让其干燥，然后再次测试。

 

对控制器编程

WiFi 小船是用 Arduino 环境中的 ESP32 芯片编写的。网上有很多优秀的教程，详细介绍了 Arduino 环境的使用，因此我不再复述。

 

关于 WiFi 小船网页，我用了 HTML 的“canvas”元素画图，“canvas”用“touchstart”，“touchmove”和“touchend”来进行控制。软件可以适用于除iOS以外的触控设备。

将 Heltec Wifi Kit 32 通过 USB 连接到计算机，打开 Arduino 环境并加载文件“WiFiPropellerBoat.ino”。在文件的顶部有一系列包含文件（以“.h”结尾的文件）。确保你的库与 Arduino 环境中安装的每个包含文件相关联。

 

WiFi 小船在无线热点模式下运行（此模式类似于各种小型运动相机），因此你可以将智能手机WiFi 直接连接到 WiFi 小船上。我编写 WiFi 小船的 ssid 为“WiFiPropellerBoa”，密码为“WiFiPropellerBoat”，IP地址为“192.168.20.20”。在编译、下载软件到 Heltec Wifi Kit 32 之前，你可能希望更改这些参数以满足你的需要。

 

安装所有库并设置ssid密码和IP地址后，编译并将软件下载到 Heltec Wifi Kit 32 。下载后， Heltec Wifi Kit 32 OLED显示器应显示标题、版权、最终显示AP名称和IP地址。然后设置智能手机上的WiFi选项，使用密码登录 Heltec Wifi Kit 32 无线热点ssid。

 

完成WiFi连接后，在智能手机上打开Web浏览器并导航到IP地址。如果成功， Heltec Wifi Kit 32 显示器的中间应出现闪烁的“停止符号”的图像，智能手机显示屏上应出现蓝点。如果将蓝点拖到显示屏顶部， Heltec Wifi Kit 32 显示屏上出现一个向上的箭头和两个电源指示灯。在智能手机显示屏上画圈式的拖动蓝点，检查显示器作何反应。

 

所需源代码文件请在文件库中下载：
http://make.quwj.com/project/72

 

连线

将电机速度控制器分别连接到电机和 Heltec Wifi Kit 32 上，步骤如下。

 

1、左舷（左边）电机端口连接到电机速度控制器OUT4（“ – ”）和OUT3（“+”）螺丝端口。将一根100毫米长的AWG 16红线焊接到电机“+”端口，将100毫米长的AWG 16黑线焊接到电机“ – ”端口。

请注意，电机上的焊片非常脆弱，可以使用一点万能胶在电线和电机盒子尾部之间。将这些另一端没有连接的电线镀锡，然后将镀锡的红线连接到电机速度控制器OUT3端口，将镀锡的黑线连接到OUT4端口。

2、右舷（右边）电机端口连接到电机速度控制器OUT1（“ – ”）和OUT2（“+”）螺丝端口。将一根100毫米长的AWG 16红线焊接到右舷马达“+”端口上，并将一根100毫米长的AWG 16黑线焊接到右舷马达“ – ”端口上。将这些另一端没有连接的电线镀锡，然后将镀锡的红线连接到电机速度控制器OUT2端口，将镀锡的黑线连接到OUT1端口。

3、在电机速度控制器板上，电机控制接口为6针连接插头。我使用了6针Arduino风格的母头插座，并在此插座和Heltec WiFi Kit 32之间焊接控制线，具体如下所示：

a、Heltec Wifi Kit 32 引脚26和电机速度控制器接头上的ENA接头引脚之间焊接一条10厘米的AWG 26绿线。
b、Heltec Wifi Kit 32 引脚12和电机速度控制器接头上的IN1接头引脚之间焊接一条10厘米的AWG 26蓝线。
c、Heltec Wifi Kit 32 引脚13和电机速度控制器接头上的IN2接头引脚之间焊接一条10厘米的AWG 26黄线。
d、Heltec Wifi Kit 32 引脚27和电机速度控制器接头上的IN3接头引脚之间焊接一条10厘米的AWG 26蓝线。
e、Heltec Wifi Kit 32 引脚14和电机速度控制器接头上的IN4接头引脚之间焊接一条10厘米的AWG 26黄线。
f、Heltec Wifi Kit 32 引脚25和电机速度控制器接头上的ENB接头引脚之间焊接一条10厘米的AWG 26绿线。

4、电机速度控制器同时也为3针的螺钉端口提供5vdc稳压，以便为 Heltec Wifi Kit 32 供电。要将电机速度控制器的电源连接到 Heltec Wifi Kit 32 ，找一条10厘米长的AWG 26红线焊接到 Wifi Kit 32 5V引脚上。

接下来，将一条100毫米长的AWG 26黑色线焊接到 Heltec Wifi Kit 32 GND引脚上。将这些另一端没有连接的电线镀锡，然后将镀锡的红线连接到3针螺钉连接器上的电机速度控制器+ 5V引脚，并将镀锡的黑色连接到电机速度控制器GND引脚在3针螺丝连接器上。

5、整个电路由7.4vdc 1200ma 锂电池提供电源。将电池连接到电机速度控制器，将JST母头插座红色线连接到3针螺钉端口的电机速度控制器+ 12V针脚上，将JST母头插座黑色线连接到3针螺钉端口的GND针脚上（这个终端与Wifi Kit 32 接地共享）。

6、监测电池电压，将2k欧姆电阻的一端连接到3针螺钉端口的电机速度控制器+12针上。然后将1k欧姆电阻的一端连接到3针螺钉端口的电机速度控制器GND引脚上。

接下来，将电阻器的两个没有连接的一端焊接在一起，然后在电阻器焊接接头和 Heltec Wifi Kit 32 的引脚36之间焊接一条100毫米的AWG 26黄色线。

最后请仔细检查所有的连接线。

 

组装驱动轴本项目需要两个下轭组件和两个上轭组件来组装驱动轴。下轭组件所需的部件为两个“Yoke.stl”和一个“Cross Journal.stl”。 如图所示，首先将十字轴承安装到其中一个轭中。我用了一个针鼻钳来协助完成这个步骤。接下来，小心地将剩余的轭卡在十字轴承上。完成后，组件可以在两个轴上轻松平稳地旋转。第二个下轭组件重复此过程。上轭组件所需的部件为一个“Yoke.stl”，一个“Yoke Motor.stl”和一个“Cross Journal.stl”，与下轭组件组装方式相同。第二个上轭组件重复此过程。完成上轭和下轭组件后，接下来将“Propeller Port.stl”安装到“Axle, Propeller.stl”上。组件之间紧密相连。剩余相同的组件重复此过程。
然后将一个“Bushing.stl”安装到10 x 15 x 4毫米轴承中。组件之间紧密相连。剩余相同的组件重复此过程。将其中一个轴套/轴承组件压到其中一个螺旋桨轴上，距离轴末端4毫米。组件之间紧密相连。剩余相同的组件重复此过程。将其中一个下轭架组件安装到其中一个螺旋桨轴上，确保轴的末端与轭的内表面齐平。组件之间紧密相连。剩余相同的组件重复此过程。将一个“Axle.stl”安装到下轭组件上的一个空余的轭上，确保轴的末端与轭的内表面齐平。组件之间紧密相连。剩余相同的组件重复此过程。

将一个上轭组件安装到“Axle.stl”的自由端，确保轴的末端与轭的内表面齐平。组件之间紧密相连。剩余相同的组件重复此过程。

使用一个1.5毫米的六角扳手，将3 x 5毫米的固定螺钉拧入电机轭。

 

注意事项1、在“Deck.stl”的4个孔的下侧周围涂上一层硅填缝剂，使用两个“Bolt, 8 * 1.25mm.stl”将甲板下的一个“Hull.stl”固定。剩余的船体重复此过程。2、将电机安装到甲板上。 电机线将靠近船体外部，电机通风口将朝向甲板电机轭中的椭圆孔。

3、小心地将螺旋桨端口轴组件，电机轭尾部首先插入船体后放的孔内，将其安装到位，让电机轭与电机轴完全匹配，并且轴承与外部船体表面齐平（组件要紧密的连接在一起）。4、小心地拧紧电机轭上的两个固定螺钉，直到轭牢固的固定在电机上。 确保螺钉牢固的与电机轴相连，就好像电机轴在电机轭内滑动一样，因摩擦而产生热量，从而使电机轭旋转。重复此过程，将右舷螺旋桨安装到右舷船体上。

5、将电机速度控制器和 Heltec Wifi Kit 32 放置到如图所示的位置，并用胶带固定到位。6、将机翼安装到机翼轭上（组件之间连接紧密，如果没有，使用万能胶将其固定到位）使用剩余的两个“Bolt, 8 * 1.25mm.stl”， 如图所示，将机翼组件连接到机翼后部的船体上。

7、放置电池。将电池插入电机速度控制器并检查显示操作是否正常。

 

测试

装配完成后，在第一次水测试之前，请操作以下步骤：
1、将螺旋艇放置在平面上，螺旋桨自由悬挂（在边缘上方）。插上电池。
2、将支持 WiFi 的设备连接到 WiFi 小船 的 WiFi上（我的 WiFi 小船 ssid 是“WiFiPropellerBoat”）。
3、用浏览器打开 WiFi 小船 的 IP 地址（我的 WiFi 小船 IP 地址是192.168.20.20）。
4、当浏览器上出现蓝点时， Heltec Wifi Kit 32 OLED上会出现“停止符号”的图像。将点拖动到显示屏的顶部中心，OLED 显示屏显示向上箭头和 2 个功率电平指示器（一个用于端口电机，另一个用于右舷电机）。
5、确保螺旋桨转向正确的方向。将点移动到显示屏的底部中心，观察正确的 OLED 指示和螺旋桨移动。
6、完成后，将盖子放在甲板上的电子设备托架上，将WiFi 小船放入水中，开始正式测试！

大功告成，希望你喜欢它！