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[K10教程] 【花雕动手做】K10简版蓝牙掌控板陀螺仪三驱全向轮小车 |
![]() 行空板K10是一款专为快速体验物联网和学习人工智能而设计的开发学习板,100%采用国产芯片,知识产权自主可控,符合信息科技课程中编程学习、物联网及人工智能等教学需求。该板集成2.8寸LCD彩屏、WiFi蓝牙、摄像头、麦克风、扬声器、RGB指示灯、多种传感器及丰富的扩展接口。凭借高度集成的板载资源,教学过程中无需额外连接其他设备,便可轻松实现传感器控制、物联网应用以及人脸识别、语音识别、语音合成等AI人工智能项目。 主要特点 集成摄像头&内置算法,可进行离线图像检测 集成麦克风&内置算法,可进行离线语音识别 集成扬声器&内置算法,可进行离线语音合成 2.8寸彩色屏幕,数据展示更清晰 集成度高,利于教学 接口丰富,兼容软件多,扩展性好 ![]() |
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陀螺仪端掌控宝(带锂电池) 掌控板是国内专为**中小学 Python 创客教育**设计的开源微型开发板,搭载 ESP32 主控,自带 WiFi + 蓝牙,是一块 “掌上微型电脑”DFRobot。 一、核心板载硬件(不用外接配件就能玩) 1. **1.3 寸 OLED 显示屏**:128×64 分辨率,显示文字、动画、图片,支持中文; 2. **交互部件**:A/B 物理按键、6 路金手指触摸键、3 颗全彩 RGB 灯、蜂鸣器(播放音乐); 3. **内置传感器**:麦克风(拾音)、光线传感器、三轴加速度 / 磁场传感器(做电子罗盘、计步器); 4. **通信**:WiFi、蓝牙双无线,可联网、两块板子无线互传数据; 5. **拓展**:底部金手指引出全部 IO,能外接舵机、温湿度、电机等模块。 二、两种编程方式,零基础友好 1. **图形化积木编程(mPython/Mind+)**:拖拽模块,小学生也能上手; 2. **MicroPython 代码编程**:直接写 Python 代码,衔接初高中信息技术课程。 三、常见用途 - 课堂教学:编程入门、物联网、STEAM 科创课; - 趣味制作:电子表、声光小游戏、声控彩灯、便携噪声 / 光照检测仪; - 物联网:联网看天气、远程控制设备、环境数据上传云端; - 可穿戴:智能手环、电子徽章、便携小仪器。 四、特点 体积小巧、一体化集成传感器、国产教育硬件、软硬件全开源,不用复杂接线就能快速做出智能小作品。 ![]() |
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知识点:无线广播------行空板 K10 BLE、BLE Mesh 广播 (简版蓝牙) 一、BLE 普通广播(广播包 Advertising,非连接型) 1. 工作原理 发送板不建立蓝牙配对连接,定时(间隔可设)向外发送短小广播数据包;周围所有开启蓝牙扫描的 K10/ESP32 设备被动抓取数据,属于一对多离线通信,全程不用 WiFi、路由器。 发送端:只发包,不等待应答 接收端:持续扫描,识别目标设备标识后读取内容 2. 核心参数 传输距离:空旷 5–10 米,隔墙大幅衰减 功耗优势:发送、待机电流都很低,电池供电可长时间运行 数据限制:单帧广播载荷很短,一般几十字节以内 拓扑:1 个发射源→N 个接收机,接收机之间互不通信 3. 适用场景 一块主控批量控制多台 LED、蜂鸣器、小电机开关 手环式传感器广播温湿度、按键状态给多块行空板 无网络教室简易一控多教具 4. 短板 不能传长文本、语音、图片、大量数值 无可靠重传机制,干扰环境容易丢包 只能单向发,接收端无法回传数据给发射板 二、BLE Mesh 网格广播组网 1. 工作原理 所有行空板加入同一个 Mesh 网络,节点地位平等: 任意一块板子发送一条消息,全网所有 Mesh 节点同步收到;信号弱的节点还能中继转发消息,扩大覆盖范围,属于多向全网广播。 完全离线运行,不需要 WiFi 路由。 2. 对比普通 BLE 广播优势 信号中继:远距离、隔墙场景靠中间板子接力传递信号 双向互通:每个节点既能发全网广播,也能接收全网消息 分组控制:可划分分组,消息只发给指定分组设备,不用全部设备响应 稳定性高于单纯 Advertising 广播,自带简单纠错 3. 典型应用 教室几十台行空板灯光同步亮灭、抢答同步触发 多房间灯光、智能开关统一控制 分布式传感器,任意节点上报数据全网可见 4. 固有局限 单条消息数据量依旧偏小,依旧无法承载音频、大图 组网设备数量过多时,消息延迟会上升 相比 WiFi UDP,传输速度慢很多 三、两者统一短板汇总 大数据传输能力弱:仅适配开关指令、1–2 组数字、简短标识 高速传输不行:实时音频、大屏多行文字、图像一律不推荐 穿墙能力一般,密集金属遮挡信号暴跌 大量设备同时发包容易产生蓝牙信道冲突丢包 四、行空板 K10 实操区分选择 简单一控多、电池低功耗、距离近 → BLE 普通 Advertising 广播(代码简单、资源占用最小) 多设备互相收发、需要中继扩距离、批量分组控制 → BLE Mesh(组网复杂一点,功能更强) 要传文字、声音、大量数据、距离远、设备多稳定通信 → 优先改用 WiFi UDP 广播 补充简易实操要点 BLE 广播必须设置唯一设备名称 / UUID,接收端过滤识别,避免抓取无关蓝牙设备数据包; Mesh 组网所有设备必须写入同一组网密钥、同一网络 ID 才能互相通信; 电池供电项目首选 BLE 体系,插电稳定大数据项目优先 WiFi。 ![]() |
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掌控宝陀螺仪简版蓝牙发送端 【花雕动手做】行空板 K10 系列实验之简版蓝牙掌控板陀螺仪三驱全向福来轮小车 实验开源代码 |
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本帖最后由 驴友花雕 于 2026-7-24 17:16 编辑 知识点:三驱福来轮(三轮全向轮)控制原理 一、福来轮(全向 Omni 轮)基础结构与力学特性 福来轮vs麦克纳姆轮对比 1. 轮子结构 福来轮由主驱动轮毂 + 一圈垂直于主轴的被动小滚轮组成: 电机驱动主轮毂旋转,沿轮毂切线方向输出主动推力; 外圈小滚轮与主轴 90° 垂直,可无阻力被动横向滑动; 单个轮子只能输出单方向主动力,垂直主轴方向完全自由滑动。 2. 和麦克纳姆轮核心区别 麦克纳姆轮:斜 45° 辊子,单轮可同时分解横向 + 纵向分力,最少 4 轮底盘; 福来全向轮:辊子垂直主轴,单轮只有单向主动推力,必须 3 轮呈 120° 三角布局,依靠矢量叠加实现全向移动。 二、三轮标准布局(核心硬件前提) 三个福来轮在圆形底盘上均匀正三角分布,两两夹角严格 120°,每个轮子主轴指向底盘几何中心: ![]() 三轮120°布局坐标系 1 号轮(前轮):安装角 90°,主轴沿车身 Y 轴正方向; 2 号轮(左后):安装角 210°; 3 号轮(右后):安装角 330°; 每个轮子独立配 1 个直流减速电机 + 驱动芯片,三路 PWM 独立调速、正反转控制。 关键:三个轮子缺一不可,两轮福来轮无法实现全向平移 / 原地自转。 三、底层力学运动原理(矢量叠加核心) 单个福来轮仅能沿自身主轴方向产生推力,垂直主轴方向可自由滑动,无阻力; 三个轮子的推力矢量在 XY 平面叠加,合成车身X 横向、Y 纵向平移速度 + 绕中心旋转角速度; 通过修改三个电机的转速大小、旋转方向(正负速度),改变三个推力矢量,就能合成平面内任意运动:直行、横移、斜走、原地零半径旋转。 运动学速度换算公式(主控代码核心计算) 设车身目标运动: Vx:车身左右横向速度(右为正) Vy:车身前后纵向速度(前为正) ω:车身原地旋转角速度(顺时针为正) R:底盘中心到任意轮子的距离 三个轮子目标线速度: plaintext V1 = Vy + R·ω V2 = -0.5·Vy - 0.866·Vx + R·ω V3 = -0.5·Vy + 0.866·Vx + R·ω 计算结果正负号 = 电机转向;数值绝对值 = PWM 调速占空比; 主控收到前进 / 横移 / 转圈指令后,先算出 Vx、Vy、ω,再代入公式算出三路电机转速输出。 四、6 种标准运动电机控制逻辑(对应语音遥控场景) 1. 直线向前(Vy>0,Vx=0,ω=0) 目标:仅纵向向前,无横向偏移、不旋转 计算结果: V1 = 正转,V2 = 反转,V3 = 反转,三轮速度绝对值相等 1 号轮向前推,2、3 号轮向后抵消横向分力,合力纯向前。 2. 直线向后(Vy<0,Vx=0,ω=0) 全部转向与前进反向:V1 反转,V2、V3 正转,速度大小一致。 3. 车身整体向右横移(Vx>0,Vy=0,ω=0) V1=0(前轮停机),V2 正转,V3 反转,速度相同; 2、3 轮推力合成纯向右合力,前轮横向自由滑动无阻力。 4. 车身整体向左横移(Vx<0,Vy=0,ω=0) V1 停机,V2 反转,V3 正转,左右合力向左。 5. 原地顺时针转圈(Vx=0,Vy=0,ω>0) V1、V2、V3 全部同向正转,速度大小完全相等; 三轮推力形成环绕中心的旋转力偶,无平移分量,原地自转。 6. 斜向行走(Vx、Vy 同时不为 0,ω=0) 三轮按公式分配不同转速,同时产生纵向 + 横向合力,车身斜向直行。 7. 停车 V1=V2=V3=0,三路电机全部断电刹车。 五、电子控制完整流程(行空板 / ESP32 语音小车适配) 1. 硬件链路 主控(行空板 K10)→ 三路 PWM 引脚 → L298N/L9110S 电机驱动 → 三路 N20 减速电机 → 福来轮 PWM 占空比:0~255 对应速度大小; IO 高低电平控制电机 CW 正转 / CCW 反转; 可选:电机 AB 相编码器,采集脉冲做 PID 速度闭环,修正打滑误差。 2. 软件控制流程(语音小车逻辑) 语音识别模块接收口令(前进 / 右横 / 转圈),解析出目标 Vx、Vy、ω; 主控代入三轮运动学公式,计算 V1/V2/V3 三路电机目标速度; 将速度正负转为电机转向,数值转为 PWM 输出; 循环实时刷新三路电机转速,屏幕同步显示运动状态; 喊 “停车” 时三路电机全部置 0 停机。 六、三轮福来轮 vs 四轮麦克纳姆轮优缺点对比 ![]() 七、典型应用场景 创客教育语音遥控小车(你当前行空板语音项目); 小型桌面巡检机器人、绘图机器人; 狭小空间转运轻型物料 AGV; 云台小型全向移动底座。 八、三轮驱动与四轮驱动全向福来轮配置图 ![]() ![]() ![]() |
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# 掌控板 2.4G 射频遥控发送端 代码解读 一、头文件 1. `MPython.h`:掌控板官方底层库,驱动屏幕、六轴加速度传感器、实体按键、RGB 灯带; 2. `DFRobot_ESP32_Radio.h`:DFRobot 私有 2.4G 射频通信库,实现 ESP32 设备之间点对点无线收发文本指令,**不依赖 WiFi、路由器**。 二、函数前置声明 C++ 语法规则:回调函数定义写在`loop`之后,必须提前声明,通知编译器函数原型。 - `onButtonAPressed()`:A 按键按下触发; - `onButtonBPressed()`:B 按键按下触发。 三、全局对象 无线射频通信实例,负责发送字符串指令。 四、setup () 上电初始化(仅运行一次) 逐行解析: 1. `mPython.begin()`:启动掌控板全部硬件驱动; 2. `setPressedCallback()`:给 A、B 按键绑定按下事件,采用**异步回调**,无需在 loop 循环扫描按键; 3. `Radio.turnOn()`:开启 2.4G 射频模块; 4. `Radio.setGroup(13)` 设置通信分组 > 核心约束:小车接收端射频分组必须同样设置 13,分组不一致无法收到任何信号; 5. `rgb.brightness(8)` 设置灯带全局亮度(0~255); 6. `display.setCursorLine(行号)`:定位光标,打印标题与操作提示文字。 五、loop () 主循环 1. `accelerometer.isGesture()`:循环轮询姿态; 2. **关键特性(和 UDP 姿态方案最大区别)** 只要持续保持倾斜姿态,loop 不断循环,就会**持续重复发送无线指令**; 适配需求:小车持续行进。 3. 每种姿态下发对应指令,同时点亮第 1 颗 RGB 灯,屏幕第 3 行刷新状态; 4. 代码**没有检测 “放平姿态”**:当你松开倾斜、板子回正后,不会自动发送停车指令`ting`,小车继续运行;想要停车必须手动按 B 键。 六、按键回调函数 - A 键:发送指令`deng`,用于控制小车车载灯光; - B 键:发送指令`ting`,强制小车停机; - 按键属于边沿触发:按下一瞬间发送一次指令,不会持续发包。 # 指令映射总表 ![]() # 五大核心要点解读 ## 1. 通信方式:2.4G 私有射频 vs UDP WiFi - 2.4G Radio:不需要 WiFi 热点、无路由器,点对点直连;延迟低;缺点传输距离有限、不能接入互联网; - 你之前 UDP 方案依靠 WiFi 组网,本套方案为独立射频方案。 ## 2. 两种检测机制并存 - 姿态:loop 循环轮询 → **持续倾斜持续发包**(持续运动) - 按键:异步回调 → **按下瞬间单次发包** ## 3. 重大逻辑短板(实操重点) 板子放平后不会自动发送停车指令! 场景问题:遥控松手,小车继续行驶,只能依靠 B 按键人工停机。 优化思路:增加判断,如果没有任何倾斜姿态,持续发送`ting`。 ## 4. 射频通信硬性匹配条件 1. 收发两端库统一使用`DFRobot_ESP32_Radio`; 2. `setGroup(13)`分组完全一致; 3. 指令字符串大小写完全一致。 ## 5. 适配车型 代码标注:三驱动全向轮小车;指令`qian/hou/zuo/you`可以直接给三轮全向轮或者四轮麦克纳姆轮小车共用,只需要接收端电机逻辑对应修改。 # 配套运行要求 1. Mind + 扩展库:MPython、DFRobot ESP32 Radio; 2. 开发板选择:掌控板; 3. 上电顺序无强制要求,射频模块上电后自动搜索同分组设备; 4. 需要配套【行空板 K10 射频接收端】代码,识别上述 6 条指令驱动电机。 |
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行空板K10无线广播(简版蓝牙)接收端小车 【花雕动手做】行空板 K10 系列实验之简版蓝牙掌控板陀螺仪三驱全向福来轮小车 实验开源代码 |
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# 行空板 K10【三轮全向轮小车 2.4G 射频接收端】代码解读 一、头文件清单 1. `asr.h`:离线 TTS 语音播报库,实现中文文本朗读; 2. `unihiker_k10.h`:行空板 K10 硬件驱动,管理屏幕画布、RGB 灯带; 3. `Microbit_Motor.h`:多路直流电机驱动库,控制 M1/M2/M3 三路电机; 4. `DFRobot_ESP32_Radio.h`:DFRobot 私有 2.4G 射频通信库,无线接收掌控板遥控器下发指令,**无需 WiFi**。 二、函数前置声明 预先声明射频指令对应的回调函数。 该射频库特色:支持直接绑定【字符串指令→回调函数】,收到指定报文自动触发对应函数,不需要手动写大量 if 判断。 三、全局对象与变量 - `Radio`:2.4G 射频通信实例; - `motorbit`:三路电机驱动对象; - `k10`:行空板主控硬件对象; - `screen_dir=2`:屏幕正向竖屏; - `asr`:语音播报实例。 四、setup () 上电初始化(仅执行一次) 逐行解析: 1. `Radio.setCallback("指令文本", 回调函数)` 建立映射关系:收到对应无线字符串,自动执行绑定函数; 2. `k10.begin()`:初始化屏幕、RGB 等全部板载硬件; 3. `initScreen + creatCanvas`:初始化屏幕方向、创建绘图画布; 4. `asr.setAsrSpeed(2)`:设置语音播报语速(1~5,数字越大越快); 5. `Radio.turnOn()`:打开射频收发模块; 6. `Radio.setGroup(13)` 设置射频通信分组 > 硬性要求:掌控板遥控器必须同样设置`setGroup(13)`,分组不一致完全无法通信; 7. 设置黑色屏幕底色,打印标题并刷新画布; 8. 设置 RGB 全局亮度; 9. 上电自动语音播报:行空板小车准备就绪。 五、loop () 主循环 全部业务由射频异步回调驱动,不需要轮询网络,循环空置,CPU 占用极低。 六、射频接收回调函数(核心执行逻辑) ### 1. 收到指令 `qian` 前进 M1 停机,M2 正转、M3 反转;整车向前行驶;全部 RGB 绿色。 ### 2. 收到指令 `hou` 后退 M1 停机,M2 反转、M3 正转;整车后退;全部 RGB 红色。 ### 3. 收到指令 `deng` 开灯 电机不动作;RGB 全白;语音播报提示。 ### 4. 收到指令 `zuo` 左横走(三轮全向轮特有运动) 三路电机全部同向旋转,产生横向推力,小车向左平移;RGB 蓝色。 ### 5. 收到指令 `ting` 停车 停止全部电机;RGB 紫蓝色;语音播报小车停止。 # 指令完整对照表 ![]() # 整套项目通信架构 - **发送端:掌控板(陀螺仪姿态遥控器)** 2.4G 射频,分组 13;倾斜板子持续发送`qian/hou/zuo/you`;B 按键发送`ting`停车。 - **接收端:本段代码(行空板 K10 小车)** 射频接收指令,驱动三轮全向轮底盘、灯光、语音。 # 四大重点特性与现存问题 ## 1. 射频绑定机制优势 不需要在同一个接收函数内写大量`if(message == "")`判断;指令分发由库底层完成,代码结构清晰。 ## 2. 适配底盘:三轮全向轮 运动逻辑**不能直接照搬四轮麦克纳姆轮程序**。 三轮全向轮横向移动依靠三台电机同方向旋转实现。 ## 3. 明显缺陷【实操重点】 1. 遥控器持续倾斜 → 持续发送运动指令;遥控器放平**不会自动发送 ting**。 现象:松开遥控器倾斜姿态,小车继续行驶,必须手动按 B 键下发停车指令。 2. 遥控器存在`you`右横走指令,**本接收代码没有绑定 "you" 回调**;向右倾斜遥控器,小车无任何响应。 ## 4. 通信特点 DFRobot\_ESP32\_Radio 属于私有 2.4G 射频: 无需路由器、无热点组网;延迟低; 无法接入互联网,传输距离有限。 # 运行前置条件 1. Mind + 扩展库必须全部添加: unihiker\_k10、Microbit\_Motor、DFRobot\_ESP32\_Radio、asr 语音库 2. 开发板型号:行空板 K10(esp32s3bit); 3. 上电顺序建议:先启动小车接收端,再开启掌控板遥控器; 4. 电机拓展板接线:M1 M2 M3 对应三轮全向轮三个驱动电机。 |
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