没想到吧，这个飞盘一样的圆柱体，竟然是一辆智能小车。

开源网址：https://oshwhub.com/liguanxi/mini-smart-car

它能利用自身的激光雷达实时绘制地图，再通过RVIZ可视化工具实时显示。

有网友精辟总结：

哈哈！是有点点像，但不多啊！

那么，想实现这一功能，具体怎么设计软硬件？

下面尽可能通俗易懂的说明一下。

一、硬件设计原理

ESP32-S3底板_原理图

ESP32-S3底板_PCB图

ESP32-S摄像头板_原理图

ESP32-S摄像头板_PCB图

（1）为什么要用两个主控？

一般来说，机器人系统ROS都需要在树莓派等微型电脑上运行，而我想要以最低的成本去完成这个项目，所以我将运行ROS系统电脑从机载转到上位机，通过WiFi与连接小车，这样就可以节省一台微型电脑。

但是！雷达的数据大概1ms发送一次，一块ESP32显然不够用了！所以，我选择使用两个ESP32作为主控。

• 一块专门用来转发雷达数据
• 另一块进行运动控制，读取传感器数据

类似的结构鱼香ROS有制作，不过体型比较大，集成度低。

（2）天线部分

2.1 阻抗匹配 技巧

esp32天线部分比较讲究，涉及到高速线路，这里的射频部分做了50R阻抗匹配。

这个叠层我还是有点懵，看不懂后面就使用了嘉立创的阻抗计算器，计算这个阻抗对应什么厚度的铜箔与多少宽度的线。

最后选用4层板，PCB厚度：1.6，走线宽度：13.2mil。

2.2 器件摆放与走线 要点

这里参考乐鑫的硬件设计指南。

4层PCB内层1全覆铜，底层走普通信号，内层2走电源。

天线处的Π形滤波电路，用网络矢量分析仪 进行测试调整。步骤如下：

• 使用矢量分析仪测量天线
• 根据测量出的史密斯图进行仿真测试
• 逐步调整电感与电容至最佳比例：驻波比靠近1，史密斯图显示阻抗在50欧姆左右即可

如下图频率所示，在2.431GHz左右时，驻波比在1.348，阻抗在55.21左右，代表此电路在2.4GHz的频率下性能接近最佳。

图片截取于“清澈的泉水”的视频立创EDA绘制2.4GHz RF射频双层板制作

（3）晶振部分

晶振部分也算高速电路了，需要GND包围做屏蔽层

（4）电池设计原理

电池设计为不可拆卸，所以添加了一个充电电路。采用TP4056设计，充电电流设置为400ma。

这里的开关控制和电流检测电路，简单说就是：

• 在没接充电器时，开关是控制电源的
• 接上充电器时，开关是控制是否充电的

这部分电路的作用是——将电源先升压为5V，再稳压为3.3V，供给单片机和传感器使用。

（5）下载部分

自动下载电路使用了CH342F该芯片，有两个端口，可以使用一个USB同时下载两个单片机。考虑到空间比较紧凑，所以采用DMMT3904来代替两个NPN的三极管

（6）其他电路说明

• imu数据传感器：MPU6050
• 电机驱动：DRV8833，带两个N20电机

• 激光雷达：LD14，主要是便宜，淘宝货咸鱼买拆机LD14雷达25-60元不等（新的要250左右），后续可能会尝试兼容x2

• 5V电源接口预留给摄像头板

二、软件说明

如何通过软件设计，实现二维地图搭建+规划路径的功能？

（1）编译环境与工具

esp32使用idf4.4编译环境

使用espressif-ide编辑代码

ROS系统使用noetic版本，还是使用ROS1。

这个结构并非是我首先使用，鱼香ROS等大佬早就在使用了。

（2）只会ROS1皮毛，怎么实现二维地图搭建？

比较成熟的方案是在ESP32上运行ROS2的库，这样就可以在ESP32上直接发布话题。

可我只会一点ROS1的皮毛，再去学习ROS2还是比较困难的，所以我就采用了TCP转接串口的方式去兼容原有的包，这样就只用简易的操作一下就可以完成功能了:

①定位算法使用robot_pose_ekf，只使用里程计和激光雷达去进行定位。

②建图算法采用karto建图算法，参数默认。

③导航使用Navigation导航架构，简单理解一下：

这个框架由amcl自适应蒙特卡洛定位功能包 提供定位。

map-server将建图的地图数据发布出来，然后根据rviz发布的目标定位，进行路径规划，输出路径和底盘移动数据，控制小车到达目标点。

④底盘与上位机使用socat来进行TCP/UDP到串口的转接

⑤雷达的通信链路 ：雷达转发采用UDP发送到ROS上位机，再由socat创建虚拟串口进行UDP与串口的转接。

建图效果

⑥运动控制板通信采用TCP与ROS上位机连接，再由socat创建虚拟串口进行TCP与串口的转接。

⑦手机APP与底盘驱动的esp32做UDP通信。

在手机上的效果：

三、想法的诞生（成本说明）

我是如何接触到ROS的呢？

2021年，B站大佬稚晖君制作了一台自行车，我看到他使用了ROS系统，能进行二维地图创建与路径规划。

还有浙江大学Fast-Lab的飞行器，也使用了ROS机器人系统，进行各种智能化的操作。

于是命运的齿轮就此转动。

我原本以为ROS系统是非常复杂难以理解的，没想到稍作学习后发现，ROS系统相当于是难度高了一些的"乐高积木"，会有大佬将代码封装成各种“功能包”。

就像是Arduino的“库”，我不需要去写导航算法或者建图算法，只要去官网下载对应版本的代码包，然后修改里面的部分参数，然后将这些包连接起来，就可以完成建图与导航等，实现各种看起来高大上的操作。

实际操作和理论还是有点差别的。

为了实践，我想购买一台成品小车，学习一下ROS，却发现价格实在太贵了……如果要完成基本的建图功能价格要上千元。

当然最后我还是花了2400多买了一台，学习了1个月。结果……

完成基础的学习后，发现小车基本用不上了摆在一边吃灰[衰]。恰好这时候看到“鱼香ROS”这位大佬做了一个可以远程运行ROS系统的小车。当然，比我这大了一些，价格也要600-700。

于是，我又行了！

我就想着，我是否能将我这1个月的学习复现？

我是否也能制作一台低成本并且相对小巧的智能小车？

抱着这个想法就开始了这个项目。

最终，项目尺寸为一个巴掌大，成本控制在260元左右。

【正文完】

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