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ESP32 机器人固件 - 后续步骤与待办事项

本文档旨在记录在当前固件版本基础上，您需要完成的配置、代码调整以及后续的测试和开发步骤。

1. 关键配置与代码调整 (必须)

在烧录和测试之前，请务必完成以下配置和代码检查/调整：

1.1. config.h - 硬件与网络配置

打开 esp32_robot_firmware/config.h 文件，根据您的实际情况修改以下宏定义：

• WiFi 配置:
  • WIFI_SSID: 您的WiFi网络名称。
  • WIFI_PASSWORD: 您的WiFi密码。
• MQTT Broker 配置:
  • 检查 MQTT_BROKER_HOST, MQTT_BROKER_PORT 是否适用于您的MQTT代理。
  • 如果您的代理需要认证，请更新 MQTT_USERNAME 和 MQTT_PASSWORD。
• 设备唯一标识符:
  • DEVICE_UID: 极其重要，必须与您在后端系统中注册的机器人ID完全一致。
• 硬件引脚定义:
  • MOTOR_LEFT_IN1_PIN, MOTOR_LEFT_IN2_PIN, MOTOR_LEFT_ENA_PIN
  • MOTOR_RIGHT_IN3_PIN, MOTOR_RIGHT_IN4_PIN, MOTOR_RIGHT_ENB_PIN
  • SERVO_PIN
  • ULTRASONIC_FRONT_TRIG_PIN, ULTRASONIC_FRONT_ECHO_PIN
  • ULTRASONIC_SIDE_TRIG_PIN, ULTRASONIC_SIDE_ECHO_PIN
  • TCRT5000_LEFT_PIN, TCRT5000_RIGHT_PIN (以及您可能添加的更多循迹传感器引脚)
  • RELAY_PIN
  • 请仔细核对这些引脚号是否与您ESP32板子上实际连接的硬件引脚一致。
• 业务逻辑参数:
  • SIDE_ULTRASONIC_SPOT_THRESHOLD_CM: 侧向超声波检测到充电桩的距离阈值，根据实际情况调整。
  • NUM_CHARGING_SPOTS 和 SPOT_ID_1, SPOT_ID_2, SPOT_ID_3: 根据您的充电桩数量和ID定义进行调整。

1.2. navigation.cpp - 循迹逻辑 (navigation_follow_line_once)

当前 navigation_follow_line_once 函数中的循迹逻辑非常基础，很可能无法直接在您的机器人上良好工作。您需要：

• 大幅调整: 根据您的循迹传感器类型（模拟/数字）、数量、安装位置以及机器人的机械结构（轮子、电机特性）来修改逻辑。
• 参数校准: base_speed, turn_speed_diff, servo_turn_angle_small, servo_turn_angle_large 等参数需要反复实验和校准。
• 考虑PID控制: 为了实现更平滑、更准确的循迹，强烈建议研究并实现PID（比例-积分-微分）控制算法。代码中已预留了PID相关的变量和注释框架。
• 脱线处理: 当前脱线处理很简单（停止），您可能需要实现更复杂的逻辑，如原地旋转搜索线路。

1.3. sensor_handler.cpp - 传感器校准

• TCRT5000循迹传感器:
  • 打开 sensor_handler.h，校准 TCRT5000_THRESHOLD 的值。这个值取决于您的传感器、巡的线的颜色、地面的颜色。
  • 在 sensor_handler.cpp 的 is_on_line 函数中，确认 return sensor_value > threshold; 这行（或您修改后的逻辑）是否正确反映了传感器在黑线上和不在黑线上的读数关系（是值变大还是变小）。
• 超声波传感器:
  • 测试 get_ultrasonic_distance_cm 函数的准确性。pulseIn 的超时时间可能需要根据实际最大探测距离调整。

1.4. relay_control.cpp - 继电器逻辑

• 确认 relay_setup() 中 digitalWrite(RELAY_PIN, LOW); 是否使继电器处于断开状态。有些继电器模块可能是高电平触发断开。相应地调整 relay_start_charging() 和 relay_stop_charging() 中的 HIGH/LOW。

2. 后续开发与测试步骤

完成上述配置和初步代码调整后，按以下步骤进行测试和进一步开发：

2.1. 模块化硬件测试与校准

逐个模块进行测试，确保硬件按预期工作：

• 电机 (motor_control.cpp):
  • 测试 motor_move_forward(), motor_move_backward(), motor_stop()。
  • 测试 motor_turn_left(), motor_turn_right()，观察差速和舵机辅助转向的效果。调整速度、转向强度和舵机角度参数。
  • 确保 set_motor_speed() 中 MOTOR_LEFT_IN1_PIN 等引脚的 HIGH/LOW 组合能正确控制电机方向。
• 舵机 (motor_control.cpp):
  • 测试 servo_set_angle(), servo_center()。确认舵机转动范围和中心位置是否准确。
• 传感器 (sensor_handler.cpp):
  • 超声波: 独立测试前方和侧方超声波传感器，验证距离读数的准确性。
  • TCRT5000循迹: 重点测试 get_line_follow_values()，手动移动传感器或机器人，观察 left_on_line 和 right_on_line 是否能正确反映传感器相对于引导线的位置。
• 继电器 (relay_control.cpp):
  • 测试 relay_start_charging() 和 relay_stop_charging() 是否能正确控制继电器（以及与之关联的任何指示灯或设备）。

2.2. 导航逻辑调试 (navigation.cpp)

这是最复杂且耗时的部分：

• 循迹 (navigation_follow_line_once):
  • 将机器人放在引导线上，逐步调试循迹逻辑。
  • 从低速开始，逐步增加速度。
  • 细致调整转向逻辑和参数，目标是让机器人能够平稳、准确地跟随线路。
  • 处理各种情况：直线、弯道、可能的交叉点（如果场景中有）。
• 车位检测 (navigation_check_spot_arrival):
  • 测试侧向超声波传感器检测充电桩（或模拟物）的逻辑。
  • 校准 SIDE_ULTRASONIC_SPOT_THRESHOLD_CM。
  • 测试 SPOT_DEBOUNCE_TIME_MS 去抖逻辑，确保路过一个桩时只计数一次。
  • 验证 detected_spot_count 是否能正确累计。
• 避障 (navigation_check_obstacle, navigation_handle_obstacle):
  • 测试前方超声波传感器检测障碍物的逻辑。
  • 当前的 navigation_handle_obstacle 只是停止，您可以根据需求实现更复杂的避障策略（如后退、转向绕行等）。
• 完整导航 (navigation_move_to_spot):
  • 测试从起点到指定目标充电桩的完整导航过程。
  • 观察状态转换、车位计数、最终到达判断是否都符合预期。
  • 测试导航超时逻辑 (MAX_NAV_TIME_MS)。

2.3. 状态同步与MQTT测试 (mqtt_handler.cpp, esp32_robot_firmware.ino)

• 连接: 确保ESP32能成功连接WiFi和MQTT Broker。
• 指令接收: 从后端（或使用MQTT客户端工具）发送指令（MOVE, STOP_CHARGE），检查 handle_mqtt_command 是否能正确解析并触发相应动作。
• ACK上报: 验证机器人是否能正确上报ACK消息，包括成功和失败的情况。
• 状态上报:
  • 监控机器人定期上报的状态消息。
  • 验证 current_robot_status, robot_current_location, robot_battery_level 等字段是否准确。
  • 特别关注 CHARGING 状态下的 durationSeconds 和 spotId，以及 FAULTED 状态下的 errorCode 和 message。
• 心跳: 检查心跳消息是否按预期发送。

2.4. 整体联调与鲁棒性测试

• 将所有模块集成起来，进行完整的业务流程测试：
  • 接收移动指令 -> 移动到车位 -> 到达后自动开始充电 -> 状态更新 -> 接收停止充电指令 -> 停止充电 -> 状态更新。
• 测试各种边界条件和异常情况：
  • WiFi/MQTT断开重连。
  • 导航中途遇到障碍。
  • 目标车位不存在或无法到达。
  • 电池电量模拟变化是否合理。
• 长时间运行测试，观察系统稳定性和资源占用情况（虽然在ESP32上较难直接监控内存）。

3. 代码结构与进一步优化建议

• 错误处理: 当前的错误处理还比较基础，可以考虑更细致的错误码和错误信息。
• 状态机完善: esp32_robot_firmware.ino 中的主循环可以进一步优化为更清晰的状态机。
• 非阻塞操作: navigation_move_to_spot 目前是阻塞函数。对于更复杂的应用，可以考虑将其改造为非阻塞的，通过在 loop() 中轮询其状态来执行。但这会显著增加复杂性。
• 代码注释和可读性: 在您修改和添加代码时，保持良好的注释习惯。

祝您项目顺利！