项目简介

ESP-Drone 是基于乐鑫 ESP32/ESP32-S2 开发的小型无人机解决方案，可使用手机 APP 或游戏手柄通过 Wi-Fi 网络进行连接和控制。目前已支持自稳定飞行、定高飞行、定点飞行等多种模式。该方案硬件结构简单，代码架构清晰，支持功能扩展，可用于 STEAM 教育等领域。项目部分代码来自 Crazyflie 开源工程，继承 GPL3.0 开源协议。

• 支持自稳定模式 (Stabilize mode)：自动控制机身水平，保持平稳飞行。
• 支持定高模式 (Height-hold mode)：自动控制油门输出，保持固定高度。
• 支持定点模式 (Position-hold mode)：自动控制机身角度，保持固定空间位置。
• 支持 PC 上位机调试：使用 cfclient 上位机进行静态/动态调试。
• 支持 APP 控制：使用手机 APP 通过 Wi-Fi 轻松控制。
• 支持游戏手柄 (gamepad) 控制：通过 cfclient 使用游戏手柄轻松控制。

ESP-Drone 2.0 使用模块化的设计思路，由主控板和扩展板组成：

• 主控制板：搭载 ESP32-S2 模组和支持基础飞行的必要传感器，并提供硬件扩展接口。
• 扩展板：搭载扩展传感器，可对接主控制板的硬件扩展接口，支持高级飞行功能。

详情可查阅：硬件参考。

ESP-IDF 简介

ESP-IDF 是乐鑫为 ESP32/ESP32-S2 提供的物联网开发框架。

• ESP-IDF 包含一系列库及头文件，提供了基于 ESP32/ESP32-S2 构建软件项目所需的核心组件。
• ESP-IDF 还提供了开发和量产过程中最常用的工具及功能，例如：构建、烧录、调试和测量等。

详情可查阅：ESP-IDF 编程指南。

Crazyflie 简介

Crazyflie 是来自 Bitcraze 开源工程的四旋翼飞行器，具备以下特性：

• 支持多种传感器组合，可以轻松实现定高模式、定点模式等高级飞行模式。
• 基于 FreeRTOS 编写，将复杂的无人机系统，分解成多个具有不同优先级的软件任务。
• 设计了功能完备的 cfclient 上位机和 CRTP 通信协议，便于实现调试、测量和控制。

图片介绍：多架无人机同时探索周围环境，灵活避开障碍物，同时避开其它无人机。A swarm of drones exploring the environment, avoiding obstacles and each other. (Guus Schoonewille, TU Delft)

详情可查阅 Crazyflie 官网。

准备工作

硬件组装

ESP32-S2-Drone V1.2：

硬件介绍和管脚资源分配可查阅：硬件参考。

安装 ESP-Drone APP

Android APP 扫码下载：

iOS APP 下载

苹果 App Store 搜索 ESPDrone，下载并安装。

iOS APP 源代码: ESP-Drone-iOS

Android APP 源代码: ESP-Drone-Android

安装 cfclient

安装 cfclient 为可选步骤，用于实现高级调试，非必须使用。

1. 安装 CRTP 协议支持包

1.1 下载源代码

git clone -b esp-drone  https://github.com/qljz1993/crazyflie-lib-python.git

1.2 进入源码目录，安装依赖

pip3 install -r requirements.txt

1.3 安装 CRTP 包

pip3 install -e .

2. 安装 cfclient

2.1 下载源代码

git clone -b esp-drone https://github.com/qljz1993/crazyflie-clients-python.git

2.2 进入源码目录，安装依赖

sudo apt-get install python3 python3-pip python3-pyqt5 python3-pyqt5.qtsvg

2.3 安装 cfclient 客户端

pip3 install -e .

2.4 启动客户端

python3 ./bin/cfclient

3. 配置遥控器

3.1 配置 4 个控制轴：Roll 、Pitch、Yaw、Thrust。

3.2 配置一个按键为 Assisted control，用于飞行模式切换。

手机 APP 使用指引

１. Wi-Fi 连接

SSID：ESPDRONE_XXXX（XXXX 根据 MAC 设置）PASSWORD：12345678

２. 个性化设置

```
默认配置：

Flight control settings 
	1. Mode: Mode2
	2. Deadzone: 0.2
	3. Roll trim: 0.0
	4. Pitch trim: 0.0
	5. Advanced flight control : true
	6. Advanced flight control preferences 
		1. max roll/pitch angle: 15
		2. max yaw angle: 90
		3. max thrust: 90
		4. min thrust: 25
		5. X-Mode: true
Controller settings 
	1. use full travel for thrust: false
	2. virtual joystick size: 100
App settings
	1. Screen rotation lock: true
	2. full screen mode:true
	3. show console: true   
```

３. 控制飞行

• 打开通信连接，小飞机绿灯将闪烁。
• 轻推油门，起飞。

PC cfclient 使用指南

cfclient 是 Crazeflie 源工程的上位机，完全实现了 CRTP 协议中定义的功能，可以加快飞机的调试过程。ESP-Drone 项目对该上位机进行裁剪和调整，满足功能设计需求。

项目中有很多相关的文件，例如配置文件和缓存文件，其中 JSON 文件用来存储配置信息。关于配置信息中内容的解读，可参考：User Configuration File。

飞行设置

基本飞行设置 (Basic Flight Control)

1. 飞行模式 (Flight mode)：基本模式和高级模式
   • 基本模式 (Normal mode)：初学者使用。
   • 高级模式 (Advanced mode)：设置解锁最大角度，设置最大油门。
2. 自动模式 (Assisted mode)
   • 定海拔模式 (Altitude-hold mode)：保持飞行海拔，需要气压计支持。
   • 定点模式 (Position-hold mode)：保持当前位置，需要光流和 TOF 支持。
   • 定高模式 (Height-hold mode)：保持相对高度，触发时保持高于地面 40 cm，需要 TOF 支持。
   • 悬停模式 (Hover mode)：触发时保持高于地面 40 cm，并悬停在起飞点，需要光流和 TOF 支持。
3. 角度修正 (Trim)
   • 翻滚角修正 (Roll Trim)：用于弥补传感器水平安装误差。
   • 俯仰角修正 (Pitch Trim)：用于弥补传感器水平安装误差。

注意，在自动模式下，油门摇杆变为高度控制摇杆。

高级飞行设置 (Advanced Flight Control)

1. 最大倾角 (Max angle)：设置最大允许的俯仰和翻滚角度：roll/pitch。
2. 最大自选速度 (Max yaw rate)：设置允许的偏航速度：yaw。
3. 最大油门 (Max thrust)：设置最大油门。
4. 最小油门 (Min thrust)：设置最小油门。
5. 回转极限 (Slew limit)：回转极限。防止油门骤降，油门低于该值时，将被平滑的接管。
6. 回转率 (Slew rate)：油门到回转极限时，最大的油门值。

遥控器设置 (Configure Input Device)

按照提示绑定遥控器摇杆与各个控制通道：

飞行数据 (Flight Data)

驾驶仪可以看到当前飞机姿态，右下方显示对应的详细数据。

1. 目标角度 (Target)
2. 测量角度 (Actual)
3. 当前油门值 (Thrust)
4. 电机实际输出 (M1/M2/M3/M4)

在线参数修改

注意事项

1. 修改的参数实时生效，避免了频繁烧录固件。
2. 可在代码中通过宏定义，配置哪些参数可被上位机实时修改。
3. 注意，参数在线修改仅用于调试，掉电不保存。

在线调整 PID 参数

飞行数据监控

配置要监控的参数

实时波形绘制

陀螺仪加速度计实时数据监测：

螺旋桨方向

• 按照下图所示位置，安装 A、B 螺旋桨。
• 飞行器上电自检时，检查螺旋桨转向是否正确。

起飞前检查

• 将飞机头部朝前放置，尾部天线朝向自己。
• 将飞机置于水平面上，待机身稳定时上电。
• 观察上位机水平面是否置平。
• 观察通信建立以后，小飞机尾部绿灯是否快速闪烁。
• 观察小飞机头部红灯是否熄灭，亮起代表电量不足。
• 轻推左手小油门，检查飞机是否能快速响应。
• 轻推右手方向，检查方向控制是否正确。
• 起飞吧！