English • Русский

🤖 ESP32 Self-Balancing Robot

Автономный робот-балансир на двух колёсах с линией, препятствиями и управлением через веб-интерфейс.

📁 Файлы проекта

Основные скетчи:

• esp32_robot_main.ino - основная программа робота
• web_interface.h - веб-интерфейс с джойстиком

Тестовые скетчи:

• test_line_sensor.ino - тест датчика линии (5 датчиков)
• test_distance_sensor.ino - тест датчика расстояния (VL53L0X)
• test_motors.ino - тест моторов (скорость и синхронизация)
• test_servo_gripper.ino - тест сервомоторов захвата (две серво)
• test_gyro.ino - тест гироскопа/акселерометра (MPU6050)

Библиотеки:

• LineFollower.h/.cpp
• Control.h/.cpp
• MPU6050.h/.cpp
• Motors.h/.cpp
• defines.h, globals.h/.cpp

---

⚡ Быстрый старт

1. Редактировать WiFi

В esp32_robot_main.ino:

String sta_ssid = "YourWiFiSSID";
String sta_password = "YourWiFiPassword";

2. Загрузить в Arduino IDE

Библиотеки нужны:

• AsyncTCP
• ESPAsyncWebServer
• VL53L0X

3. Открыть веб-интерфейс

http://192.168.X.X

---

🎮 Управление (веб-интерфейс)

Джойстик

• Вверх-вниз = Throttle (скорость)
• Влево-вправо = Steering (поворот)

Кнопки

• ▶ Прямо - ехать 2 сек, потом линия
• 〰 Линия - следить за линией
• ⏹ Стоп - остановка

Датчики в реальном времени

• Расстояние до препятствия (мм)
• 5 датчиков линии (график)
• Угол наклона
• Статус уклона

---

🤖 Как работает робот

1. IDLE (ждёт команду)
   ├─ Кнопка "Прямо" → STRAIGHT
   ├─ Кнопка "Линия" → LINE_FOLLOW
   └─ Кнопка Захвата → Открыть/Закрыть (независимо)
   
2. STRAIGHT (2 сек движение вперёд)
   └─ Автоматический переход → LINE_FOLLOW
   
3. LINE_FOLLOW (следит за линией)
   ├─ Если видит препятствие → STOPPED
   ├─ Если уклон → замедление (×0.5)
   └─ Захват управляется отдельно
   
4. STOPPED (препятствие обнаружено)
   ├─ Моторы остановлены
   └─ Кнопка "Стоп" → IDLE

Захват (независимый):
- Открыть: 180° (можно в любой момент)
- Закрыть: 90° (можно в любой момент)

---

🧪 Тестирование

1. Тест датчика линии

// Загрузить: test_line_sensor.ino
// Serial Monitor: 115200 baud
// Выводит: Raw values, Calibrated, ASCII график

2. Тест датчика расстояния

// Загрузить: test_distance_sensor.ino
// Serial Monitor: 115200 baud
// Выводит: Расстояние в мм, статус, ASCII график
// Проверяет: 0-200mm (очень близко) до >1000mm (далеко)

3. Тест моторов

// Загрузить: test_motors.ino
// Serial Monitor: 115200 baud
// Тесты:
//   1. Оба медленно вперёд
//   2. Оба быстро вперёд
//   3. Оба назад
//   4. Разные скорости (синхронизация)
// Выводит: Количество шагов, соотношение скоростей

4. Тест сервомоторов захвата

// Загрузить: test_servo_gripper.ino
// Serial Monitor: 115200 baud
// Тесты:
//   1. Левая серво: 0° → 180° → 0°
//   2. Правая серво: 0° → 180° → 0°
//   3. Обе вместе (Открыть 180° → Закрыть 90° → Сброс 0°)
// Пины: GPIO 13 (левая), GPIO 33 (правая)
// Выводит: ASCII график углов поворота

5. Тест гироскопа (MPU6050)

// Загрузить: test_gyro.ino
// Serial Monitor: 115200 baud
// Проверяет: WHO_AM_I (0x68), затем читает данные
// Выводит:
//   - Гироскоп X/Y/Z (°/сек)
//   - Акселерометр X/Y/Z (g)
//   - Углы Pitch / Roll
//   - Температуру (°C)
// Пины I2C: SDA=GPIO 21, SCL=GPIO 22

---

🔧 Параметры в коде

#define DISTANCE_THRESHOLD 300      // Стоп < 300мм
#define STRAIGHT_TIME 2000          // 2 сек прямо
#define SLOPE_ACCEL_THRESHOLD 2000  // Порог уклона
#define MAX_THROTTLE 550            // Макс скорость
#define MAX_STEERING 140            // Макс поворот

---

📊 GPIO подключение (ESP32)

I2C (для датчиков):
  GPIO 21 (SDA) ← MPU6050, VL53L0X
  GPIO 22 (SCL) ← MPU6050, VL53L0X

Моторы (движение):
  GPIO 27 ← Motor1 DIR (направление)
  GPIO 14 ← Motor1 STEP (шаги)
  GPIO 25 ← Motor2 DIR (направление)
  GPIO 26 ← Motor2 STEP (шаги)
  GPIO 12 ← Enable (включение)

Захват (две серво):
  GPIO 13 ← Servo Left (левая рука)
  GPIO 33 ← Servo Right (правая рука)

Датчик линии:
  GPIO 34 ← S1 (левый край)
  GPIO 35 ← S2 (левая четверть)
  GPIO 36 ← S3 (центр)
  GPIO 39 ← S4 (правая четверть)
  GPIO 32 ← S5 (правый край)

---

🐛 Помощь

Робот не подключается:

• Проверить SSID/пароль WiFi
• Смотреть Serial Monitor (115200)

Не балансирует:

• Проверить I2C (MPU6050)
• Проверить моторы (test_motors.ino)

Не следит за линией:

• Калибровать датчик (test_line_sensor.ino)
• Проверить контрастность линии

Не видит препятствие:

• Тест датчика (test_distance_sensor.ino)
• Отрегулировать DISTANCE_THRESHOLD

---

✅ Проверка перед использованием

• ESP32 подключена
• Все датчики подключены
• WiFi SSID/пароль введены
• test_motors.ino проходит
• test_line_sensor.ino работает
• test_distance_sensor.ino работает
• Веб-интерфейс открывается

---

Версия: 3.0 (с веб-интерфейсом)
Статус: ✅ Production Ready

---

🔌 ПОЛНАЯ СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

ESP32 Pinout (30 pin version)

         ┌─────────────────────┐
         │      ESP32-30       │
    GND  │  ⬤ ⬤ ⬤ ⬤ ⬤ ⬤ ⬤ ⬤  │  3.3V
    GND  │  ⬤                 ⬤ │  VUSB
    3.3V │  ⬤                 ⬤ │  GND
    RST  │  ⬤                 ⬤ │  EN
    12   │  ⬤ ENABLE MOTORS   ⬤ │  27 (MOTOR1_DIR)
    13   │  ⬤ SERVO           ⬤ │  25 (MOTOR2_DIR)
    14   │  ⬤ MOTOR1_STEP     ⬤ │  32 (LINE_S5)
    26   │  ⬀                 ⬀ │  33 (BUZZER)
    35   │  ⬀ LINE_S2         ⬀ │  34 (LINE_S1)
    39   │  ⬀ LINE_S4         ⬀ │  36 (LINE_S3)
    GND  │  ⬀                 ⬀ │  GND
    GND  │  ⬀                 ⬀ │  15
    23   │  ⬀ VSPI_MOSI       ⬀ │  2 (WIFI_LED)
    22   │  ⬀ SCL (I2C)       ⬀ │  4
    21   │  ⬀ SDA (I2C)       ⬀ │  5
    19   │  ⬀ VSPI_MISO       ⬀ │  18 (VSPI_CLK)
    GND  │  ⬀                 ⬀ │  GND
    GND  │  ⬀                 ⬀ │  17
    16   │  ⬀ RX2             ⬀ │  GND
         └─────────────────────┘

---

📋 ДЕТАЛЬНОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ

1. МОТОРЫ (Stepper NEMA17 с драйвером)

Motor 1:
┌──────────────────┐
│  NEMA17 Motor   │
├──────────────────┤
│ DIR ─────→ GPIO 27
│ STEP ────→ GPIO 14
│ GND ─────→ GND
│ +12V ────→ 12V (через драйвер)
└──────────────────┘

Motor 2:
┌──────────────────┐
│  NEMA17 Motor   │
├──────────────────┤
│ DIR ─────→ GPIO 25
│ STEP ────→ GPIO 26
│ GND ─────→ GND
│ +12V ────→ 12V (через драйвер)
└──────────────────┘

Motor Enable:
GPIO 12 → Motor Driver Enable
GND ────→ GND

2. MPU6050 (Гироскоп + Акселерометр)

┌──────────────────┐
│     MPU6050      │
├──────────────────┤
│ SDA ─────→ GPIO 21 (I2C)
│ SCL ─────→ GPIO 22 (I2C)
│ GND ─────→ GND
│ VCC ─────→ 3.3V
│ INT ─────→ не подключать (опционально)
└──────────────────┘

I2C адрес: 0x68

3. VL53L0X (Датчик расстояния)

┌──────────────────┐
│    VL53L0X       │
├──────────────────┤
│ SDA ─────→ GPIO 21 (I2C)
│ SCL ─────→ GPIO 22 (I2C)
│ GND ─────→ GND
│ VCC ─────→ 3.3V
│ XSHUT ───→ не подключать (опционально)
└──────────────────┘

I2C адрес: 0x29

4. ДАТЧИК ЛИНИИ (Ldabrye 5-sensor)

┌─────────────────────────────┐
│  Ldabrye Line Sensor Array  │
├─────────────────────────────┤
│ S1 (Левый)   ─→ GPIO 34 (ADC)
│ S2          ─→ GPIO 35 (ADC)
│ S3 (Центр)  ─→ GPIO 36 (ADC)
│ S4          ─→ GPIO 39 (ADC)
│ S5 (Правый) ─→ GPIO 32 (ADC)
│ GND         ─→ GND
│ VCC         ─→ 5V
└─────────────────────────────┘

5. ЗАХВАТ (две серво)

┌──────────────────────────┐
│  Servo Left (MG996R)     │
├──────────────────────────┤
│ Signal ────→ GPIO 13 (PWM)
│ GND ───────→ GND
│ VCC ───────→ 5V
└──────────────────────────┘

┌──────────────────────────┐
│  Servo Right (MG996R)    │
├──────────────────────────┤
│ Signal ────→ GPIO 33 (PWM)
│ GND ───────→ GND
│ VCC ───────→ 5V
└──────────────────────────┘

Углы:
- OPEN (180°) - захват открыт
- CLOSE (90°) - захват закрыт

6. СВЕТОДИОДЫ (опционально)

WiFi LED:
GPIO 2 → LED+ → ⎕ → 220Ω → GND

7. ПИТАНИЕ (Очень важно!)

┌──────────────────────────────┐
│   Power Distribution         │
├──────────────────────────────┤
│ Battery/PSU                  │
│ ├─→ 5V ────→ 5V шина         │
│ │  ├─→ Line Sensor VCC       │
│ │  ├─→ VL53L0X VCC           │
│ │  └─→ Servo Left + Right    │
│ │
│ ├─→ 12V ───→ Motor Driver    │
│ │  └─→ Stepper Motors        │
│ │
│ ├─→ 3.3V ──→ ESP32 (Zener)   │
│ │  └─→ MPU6050 VCC           │
│ │
│ └─→ GND ───→ GND шина (ОБЩАЯ)│
│    ├─→ ESP32 GND            │
│    ├─→ Драйвер GND          │
│    ├─→ Датчики GND          │
│    └─→ Серво GND            │
└──────────────────────────────┘

⚠️ КРИТИЧНО: 
- Все GND должны быть соединены вместе!
- Серво требуют отдельный источник питания (5V мощный!)
- Защищать сигналы серво от помех моторов

---

🎯 ПЛАТА ПОДКЛЮЧЕНИЯ (breadboard раскладка)

I2C (GPIO 21, 22):
┌─ 3.3V ─ Pull-up 4.7K ─ GPIO 22 (SCL) ─ MPU6050 SCL
├─ 3.3V ─ Pull-up 4.7K ─ GPIO 21 (SDA) ─ MPU6050 SDA
│                                      └─ VL53L0X SDA/SCL
└─ GND ─────────────────────────────── Оба датчика GND

АДЦ (Line Sensors):
GPIO 34 ← Sensor1 (ADC1_CH6)
GPIO 35 ← Sensor2 (ADC1_CH7)
GPIO 36 ← Sensor3 (ADC1_CH0)
GPIO 39 ← Sensor4 (ADC1_CH3)
GPIO 32 ← Sensor5 (ADC1_CH4)

Motor Control:
GPIO 27 → Драйвер DIR1 → Motor1 DIR
GPIO 14 → Драйвер STEP1 → Motor1 STEP
GPIO 25 → Драйвер DIR2 → Motor2 DIR
GPIO 26 → Драйвер STEP2 → Motor2 STEP
GPIO 12 → Драйвер ENABLE

Аудио/Визуально:
GPIO 33 → Buzzer
GPIO 2 → WiFi LED

---

📐 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

                     ┌──────────────────┐
                     │       ESP32      │
                     └──────────────────┘
                              │
         ┌────────────────────┼─────────────────────┐
         │                    │                     │
    ┌────────┐         ┌───────────┐        ┌──────────┐
    │ Motors │         │ Sensors   │        │ WiFi/Web │
    │ ────── │         │ ──────── │        │ ──────── │
    │ M1/M2  │         │ MPU6050   │        │ Interface│
    │ Driver │         │ VL53L0X   │        │ Browser  │
    │ 12V    │         │ LineSensor│        │ Joystick │
    └────────┘         └───────────┘        └──────────┘
         │                    │                     │
         └────────────────────┼─────────────────────┘
                              │
                         [Battery]

---

✅ ПРОВЕРКА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

На столе:
1. GPIO 21/22 (I2C) → датчики
   - SDA → GPIO 21 (MPU6050, VL53L0X)
   - SCL → GPIO 22 (MPU6050, VL53L0X)
   - 3.3V, GND

2. GPIO 34/35/36/39/32 (ADC) → датчик линии
   - S1-S5 → GPIO 34/35/36/39/32
   - 5V, GND

3. GPIO 27/14/25/26/12 (Motor) → драйвер
   - DIR/STEP → GPIO 27/14/25/26
   - Enable → GPIO 12
   - GND, 12V

4. GPIO 13/33 (PWM) → сервомоторы захвата
   - Servo Left  → GPIO 13
   - Servo Right → GPIO 33
   - GND, 5V (отдельный источник!)

5. Проверить:
   [ ] Все 3.3V соединены
   [ ] Все GND соединены (ОБЩАЯ земля!)
   [ ] MPU6050 + VL53L0X на I2C (GPIO 21/22)
   [ ] I2C Pull-up резисторы (4.7K)
   [ ] Датчик линии на GPIO 34/35/36/39/32
   [ ] Моторы на GPIO 27/14/25/26/12
   [ ] Сервомоторы на GPIO 13 и GPIO 33
   [ ] Питание серв отдельное и мощное!
   [ ] Питание моторов 12V отдельное

---

🔍 I2C PULL-UP РЕЗИСТОРЫ (ВАЖНО!)

Если датчики не отвечают, добавить:

GPIO 22 (SCL):
3.3V ──[4.7K]──┬── GPIO 22
               │
            MPU6050 SCL
            VL53L0X SCL

GPIO 21 (SDA):
3.3V ──[4.7K]──┬── GPIO 21
               │
            MPU6050 SDA
            VL53L0X SDA

---

Версия схемы: 1.0
Последнее обновление: 2026-06-07