学习记录：ESP32控制舵机 FREERTOS BLE

news2024/11/24 11:25:05

控制舵机

PWM信号

PWM信号是一种周期性变化的方波信号，它有两个关键参数：

  1. 周期（Period）：一个完整的PWM信号的时间长度，通常用秒（s）或毫秒（ms）表示。
  2. 占空比（Duty Cycle）：高电平（ON状态）持续时间与周期的比值，通常以百分比表示。占空比决定了信号的平均功率。

脉宽

脉宽（Pulse Width）是指PWM信号中高电平的持续时间。它与占空比密切相关，脉宽越长，占空比越大；脉宽越短，占空比越小。

PWM信号的工作原理

PWM信号通过快速切换开关，在一个固定周期内改变脉冲的宽度，以达到控制功率输出的目的。比如在电机控制中，通过调整PWM信号的占空比，可以控制电机的转速。占空比越高，电机转速越快；占空比越低，电机转速越慢。

例子说明

假设我们有一个周期为10毫秒的PWM信号：

  1. 占空比为50%：

    • 脉宽：5毫秒
    • 效果：在10毫秒的周期中，5毫秒为高电平，5毫秒为低电平。

  2. 占空比为25%：

    • 脉宽：2.5毫秒
    • 效果：在10毫秒的周期中，2.5毫秒为高电平，7.5毫秒为低电平。

  3. 占空比为75%：

    • 脉宽：7.5毫秒
    • 效果：在10毫秒的周期中，7.5毫秒为高电平，2.5毫秒为低电平。

代码

# include <ESP32Servo.h>
Servo servo1;  // 定义servo对象
Servo servo2;  // 定义servo对象
int minUs=500;  //0度时的脉宽，单位us
int maxUs=2500; //180度时的脉宽，单位us
int servo1Pin=15;
int servo2Pin=16;
int pos=-1;
bool up=true;

void setup() {
    ESP32PWM::allocateTimer(1);//使用指定的硬件定时器

    servo1.setPeriodHertz(50);//指定PWM的频率
    servo2.setPeriodHertz(50);//指定PWM的频率

    servo1.attach(servo1Pin,minUs,maxUs);
    servo2.attach(servo2Pin,minUs,maxUs);

    // servo1.write(pos);//转到指定的角度（0~180）
    // servo1.detach();//不需要的时候将引脚和ledc分离
}

void loop() {
  if(pos == 181)
    up=false;
  else if(pos==-1)
    up=true;

  if(up)
    pos++;
  else
    pos--;
  
  servo1.write(pos);
  servo2.write(180-pos);
  
  delay(15);
}
1

FREERTOS


void task1(void *pt){
  pinMode(47,OUTPUT);
  while(1){
    digitalWrite(47,!digitalRead(47));
    // delay(1000);
     vTaskDelay(1000);
  }
}

void task2(void *pt){
    pinMode(42,OUTPUT);
  while(1){
    digitalWrite(42,!digitalRead(42));
    vTaskDelay(2000);
  }
}
void setup() {
    xTaskCreate(task1,"Blink,47,19",1024,NULL,1,NULL);
    xTaskCreate(task2,"Blink,42,39",1024,NULL,1,NULL);
}

void loop() {

}

  1. 任务堆栈大小的单位

在 FreeRTOS 中，任务堆栈大小的单位通常是字（word），而不是字节（byte）。在大多数微控制器平台上，一个字是 4 字节（32 位）。因此，当你指定堆栈大小时，实际上是指定了多少个 4 字节的块。

示例：

如果你指定 configMINIMAL_STACK_SIZE 为 128，则实际上分配的堆栈空间是 128 * 4 = 512 字节。

2. 优先级的作用

任务优先级决定了任务的执行顺序和调度策略。在 FreeRTOS 中，数值越高的优先级表示任务的重要性越高。任务调度器会优先执行优先级高的任务。当多个任务具有相同优先级时，它们将以时间片轮转的方式执行。

示例：

  • 任务 A 优先级为 2

  • 任务 B 优先级为 1

在这种情况下，任务 A 会优先于任务 B 执行。如果任务 A 阻塞或进入等待状态，任务 B 才会执行。

3.任务句柄的使用

任务句柄（Task Handle）用于在运行时引用特定任务。你可以使用任务句柄来挂起、恢复或删除任务。

l示例：

c
复制代码
#include <FreeRTOS.h>#include <task.h>#include <stdio.h>// 任务函数声明void vTaskFunction(void *pvParameters);

// 全局变量，用于存储任务句柄
TaskHandle_t taskHandle = NULL;

int main(void)
{
    xTaskCreate(
        vTaskFunction,       // 任务函数"Task 1",            // 任务名称
        configMINIMAL_STACK_SIZE, // 任务堆栈大小NULL,                // 任务参数
        tskIDLE_PRIORITY + 1, // 任务优先级
        &taskHandle          // 任务句柄
    );
// 启动调度器
    vTaskStartScheduler();
// 正常情况下，不会运行到这里for(;;);
}

void vTaskFunction(void *pvParameters)
{for(;;)
    {printf("Task is running\n");
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
// 示例：挂起任务
        vTaskSuspend(taskHandle);
// 示例：恢复任务
        vTaskResume(taskHandle);
    }
}

蓝牙BLE

  1. 服务器（Server）

服务器是 BLE 外设设备的一部分，负责管理多个服务并处理与中央设备的连接和通信。服务器本身不直接包含数据，而是通过服务和特性来组织和传输数据。

  • 角色：在 BLE 通信中，服务器（通常是传感器设备）提供数据和功能，而中央设备（通常是手机或电脑）请求和使用这些数据和功能。

  1. 服务（Service）

服务是服务器中用于组织和描述特定功能的一组相关特性。每个服务都有一个唯一的标识符（UUID），用来标识和区分不同的服务。

  • 角色：服务是功能的逻辑集合。例如，一个心率监测设备可能有一个“心率服务”，包含心率测量、心率控制点等特性。

  1. 特性（Characteristic）

特性是服务中的基本数据单元，包含实际的数据和相关属性。每个特性也有一个唯一的标识符（UUID），用于标识特性。特性可以包含一个值和零个或多个描述符。

  • 角色：特性是传输数据的具体单元。例如，“心率服务”中的“心率测量”特性可能包含当前的心率值。

它们之间的关系

  • 服务器包含多个服务。

  • 每个服务包含多个特性。

  • 每个特性包含一个值和零个或多个描述符。

图示关系
scss
复制代码
服务器 (Server)
  ├── 服务1 (Service 1, UUID: 0000180f-0000-1000-8000-00805f9b34fb)
  │     ├── 特性1 (Characteristic 1, UUID: 00002a19-0000-1000-8000-00805f9b34fb)
  │     │     └── 描述符1 (Descriptor 1)
  │     └── 特性2 (Characteristic 2, UUID: 00002a1a-0000-1000-8000-00805f9b34fb)
  └── 服务2 (Service 2, UUID: 0000180a-0000-1000-8000-00805f9b34fb)
        ├── 特性1 (Characteristic 1, UUID: 00002a29-0000-1000-8000-00805f9b34fb)
        └── 特性2 (Characteristic 2, UUID: 00002a2a-0000-1000-8000-00805f9b34fb)

示例代码中的对应关系

  1. 服务器：在代码中，通过 BLEDevice::createServer() 创建。

  2. 服务：在代码中，通过 pServer->createService(SERVICE_UUID) 创建。

  3. 特性：在代码中，通过 pService->createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID, ...) 创建。

问题 1：pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks()); 这一行代码的作用是什么？

解答：

这行代码的作用是为 BLE 服务器设置回调函数。具体来说，它将一个自定义的回调类 MyServerCallbacks 注册到 BLE 服务器 pServer 上。当设备连接或断开连接时，BLE 库会自动调用 MyServerCallbacks 类中的 onConnect 和 onDisconnect 方法，以便我们在这些事件发生时执行特定的操作。

问题 2：在什么情况下会调用服务器回调类？又是谁调用？

解答：

服务器回调类中的方法会在以下情况下被调用：

  • 设备连接：当一个中央设备（如手机）连接到 ESP32 BLE 服务器时，BLE 库会调用 onConnect 方法。

  • 设备断开连接：当中央设备断开连接时，BLE 库会调用 onDisconnect 方法。

这些方法是由 BLE 库自动调用的。当 BLE 库检测到连接或断开连接事件时，会触发相应的回调函数。

问题 3：pCharacteristic = pService->createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID, BLECharacteristic::PROPERTY_READ | BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE); 这段代码的作用是什么？| 符号是按位或吗？

解答：

这段代码的作用是创建一个新的 BLE 特性，并将其添加到服务中。具体步骤如下：

  • pService->createCharacteristic(...)：这是一个方法调用，用于在服务中创建一个新的 BLE 特性。

  • CHARACTERISTIC_UUID：这是特性的唯一标识符，用于区分不同的特性。

  • BLECharacteristic::PROPERTY_READ | BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE：这是特性的属性，指定该特性支持读取和写入操作。

| 是按位或（bitwise OR）运算符，用于将多个标志（flags）组合在一起。在这个上下文中，它用于同时设置特性的读取和写入属性。

问题 4：BLECharacteristic 类是从哪里来的？

解答：

BLECharacteristic 类定义在我们引入的头文件中，如 BLEDevice.h 和 BLEServer.h。这些头文件包含了所有与 BLE 相关的类和函数。在代码的顶部，我们通过以下方式包含了这些头文件：

完整示例代码
 

#include <BLEDevice.h>  // 包含 BLE 设备库
#include <BLEServer.h>  // 包含 BLE 服务器库
#include <BLEUtils.h>   // 包含 BLE 工具库
#include <BLE2902.h>    // 包含 BLE 描述符库

BLEServer *pServer = NULL; // 声明服务器指针
BLECharacteristic *pCharacteristic = NULL; // 声明 BLE 特性指针
bool deviceConnected = false; // 设备是否连接

#define SERVICE_UUID "0000180f-0000-1000-8000-00805f9b34fb"  // 服务的 UUID
#define CHARACTERISTIC_UUID "00002a19-0000-1000-8000-00805f9b34fb"  // 特性的 UUID

// 回调类，处理连接和断开事件
class MyServerCallbacks: public BLEServerCallbacks {
  void onConnect(BLEServer *pServer) {
    deviceConnected = true; // 设置设备连接标志
    Serial.println("客户端连接"); // 打印连接消息
  }

  void onDisconnect(BLEServer *pServer) {
    deviceConnected = false; // 重置设备连接标志
    Serial.println("客户端断开"); // 打印断开连接消息
  }
};

// 回调类，处理特性写操作
class MyCharacteristicCallbacks: public BLECharacteristicCallbacks {
  void onWrite(BLECharacteristic *pCharacteristic) {
    string value = pCharacteristic->getValue();
    Serial.print("Received Value: ");
    for (int i = 0; i < value.length(); i++) {
      Serial.print(value[i]);
    }
    Serial.println();
  }
};

void setup() {
  Serial.begin(115200); // 初始化串口通信
  Serial.println("Starting BLE work!"); // 打印初始化消息

  BLEDevice::init("ESP32_BLE"); // 初始化 BLE 设备，并命名
  // 创建服务器
  pServer = BLEDevice::createServer();
  // 设置服务器回调
  pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks());

  // 创建服务
  BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);

  // 创建特性，支持读、写和通知属性
  pCharacteristic = pService->createCharacteristic(
                      CHARACTERISTIC_UUID,
                      BLECharacteristic::PROPERTY_READ |
                      BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE |
                      BLECharacteristic::PROPERTY_NOTIFY
                    );

  // 添加描述符，使能通知
  pCharacteristic->addDescriptor(new BLE2902());

  // 设置特性回调
  pCharacteristic->setCallbacks(new MyCharacteristicCallbacks());

  // 启动服务
  pService->start();

  // 开始广播
  pServer->getAdvertising()->start();
  Serial.println("Waiting for a client connection to notify...");
}

void loop() {
  if (deviceConnected) {
    // 更新特性值
    pCharacteristic->setValue("Hello World");
    // 通知客户端
    pCharacteristic->notify();
    // 通知间隔
    delay(1000);
  }
}

蓝牙控制舵机

#include <ESP32Servo.h>
#include <BLEDevice.h>
#include <BLEServer.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLE2902.h>

Servo servo1;  // 定义 servo 对象
Servo servo2;  // 定义 servo 对象
int minUs = 500;  // 0度时的脉宽，单位us
int maxUs = 2500; // 180度时的脉宽，单位us
int servo1Pin = 37;
int servo2Pin = 36;
int pos = -1;
bool up = true;

BLEServer *pServer = NULL; // 声明服务器指针
BLECharacteristic *pCharacteristic = NULL; // 声明 BLE 特性指针
bool deviceConnected = false; // 设备是否连接

#define SERVICE_UUID "0000180f-0000-1000-8000-00805f9b34fb"  // 服务的 UUID
#define CHARACTERISTIC_UUID "00002a19-0000-1000-8000-00805f9b34fb"  // 特性的 UUID

void servo(unsigned char num) {
  while (num > 0) {
    for (int i = 0; i <= 360; i++) {
      if (pos == 181)
        up = false;
      else if (pos == -1)
        up = true;
      if (up)
        pos++;
      else
        pos--;
      servo1.write(pos);
      servo2.write(180 - pos);
      delay(3);
    }
    num--;
  }
  Serial.println("完成一次摆动");
}

// 回调类，处理连接和断开事件
class MyServerCallbacks: public BLEServerCallbacks {
  void onConnect(BLEServer *pServer) {
    deviceConnected = true; // 设置设备连接标志
    Serial.println("客户端连接"); // 打印连接消息
  }

  void onDisconnect(BLEServer *pServer) {
    deviceConnected = false; // 重置设备连接标志
    Serial.println("客户端断开"); // 打印断开连接消息
  }
};

class MyCharacteristicCallbacks: public BLECharacteristicCallbacks {
  void onWrite(BLECharacteristic *pCharacteristic) {
    String value = pCharacteristic->getValue();
    Serial.print("Received Value: ");
    Serial.println(value);  // 打印接收到的值
    if (value == "1") {
      servo(2);
    }
  }
};

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  ESP32PWM::allocateTimer(1); // 使用指定的硬件定时器
  servo1.setPeriodHertz(50); // 指定 PWM 的频率
  servo2.setPeriodHertz(50); // 指定 PWM 的频率
  servo1.attach(servo1Pin, minUs, maxUs);
  servo2.attach(servo2Pin, minUs, maxUs);

   // Serial.begin(115200); // 已在 setup 中初始化串口，可注释掉
  Serial.println("Starting BLE work!"); // 打印初始化消息

  BLEDevice::init("ESP32_BLE"); // 初始化 BLE 设备，并命名

  // 创建服务器
  pServer = BLEDevice::createServer();

  // 设置服务器回调
  pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks());

  // 创建服务
  BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);

  // 创建特性，支持读、写和通知属性
  pCharacteristic = pService->createCharacteristic(
                      CHARACTERISTIC_UUID,
                      BLECharacteristic::PROPERTY_READ |
                      BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE |
                      BLECharacteristic::PROPERTY_NOTIFY
                    );

  // 添加描述符，使能通知
  pCharacteristic->addDescriptor(new BLE2902());

  // 设置特性回调
  pCharacteristic->setCallbacks(new MyCharacteristicCallbacks());

  // 启动服务
  pService->start();

  // 开始广播
  pServer->getAdvertising()->start();
  Serial.println("Waiting for a client connection to notify...");
}

void loop() {
  // 你的主循环代码
}

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