WiFi控制
前言
上一节使用蓝牙方式实现了 pyBalance 的无线遥控，适合设备之间近距离直接连接。本节将介绍 WiFi 控制方式，通过无线网络实现一定距离内的远程通信和控制，使 pyBalance 的控制方式更加灵活。
实验平台
pyDrone和pyController手柄。
实验目的
编程实现手柄通过pyController手柄WiFi方式控制pyBalance。
实验讲解
关于 01Studio pyController 遥控/游戏手柄的使用方法，可参考官方教程：
https://download.01studio.cc/zh_CN/latest/project/pyController/pyController.html
上一节已经介绍了蓝牙遥控方式，WiFi 遥控的整体控制逻辑基本相同，主要区别在于数据传输方式不同，传输的控制数据和小车控制原理保持不变。
本节主要介绍遥控过程中使用到的 Socket 对象及数据收发方法，同时回顾 pyBalance BALANCE 对象中相关的控制接口。更多 Socket 相关内容可参考Socket 通信教程，WiFi 连接方法可参考 连接无线路由器教程
下面先介绍 Socket 对象的创建方法。
socket对象
构造函数
s=usocket.socket(af=AF_INET, type=SOCK_STREAM,proto=IPPROTO_TCP)
构建socket对象。
af: IPV类型AF_INET: IPV4；AF_INET6: IPV6；
type:SCOK_STREAM: TCP；SOCK_DGRAM: UDP;
proto:IPPROTO_TCP: TCP协议;IPPROTO_UDP: UDP协议;
（如果要构建TCP连接，可以使用默认参数配置，即不输入任何参数。）
使用方法
addr=usocket.getaddrinfo('https://www.walnutpi.com', 80)[0][-1]
获取Socket通信格式地址。返回：('106.52.127.213', 80)
s.connect(address)
创建连接。
address:地址格式为IP+端口。例：('192.168.1.115',10000)
s.send(bytes)
发送数据。
bytes：发送内容格式为字节。
s.recv(bufsize)
接收数据。
bufsize：单次最大接收字节个数。
s.bind(address)
绑定，用于服务器角色。
s.listen([backlog])
监听，用于服务器角色。
backlog: 允许连接个数，必须大于0。
s.accept()
接受连接，用于服务器角色。
更多用法请阅读官方文档：
https://docs.micropython.org/en/latest/library/socket.html#module-socket
BALANC对象
构造函数
b = pyBalance.BALANCE()
构建pyBalance对象。
使用方法
b.start()
启动平衡控制，使能电机输出。调用后，小车进入自平衡工作状态。
b.stop()
停止平衡控制，关闭电机输出，用于突发情况停止或结束运行。
b.speed(value=5)
设置小车运动控制的输出档位，范围为 [1, 5]，默认为 5。数值越大，控制前进、后退和转向时的电机输出越大，小车运动速度越快；数值越小，输出越小，运动速度越慢。该参数只影响小车的运动控制，不影响直立平衡控制本身。
b.control(pit=0, yaw=0)
控制平衡小车的前后运动和左右转向，其实际运动输出会受到 b.speed() 设置的运动控制档位影响。
pit：前后运动控制量，范围为-100 ~ 100。正值控制小车前进，负值控制小车后退，绝对值越大，前后运动的目标输出越大。yaw：左右转向控制量，范围为-100 ~ 100。正值控制小车向右转动，负值控制小车向左转动，绝对值越大，转向的目标输出越大。
b.read_states()
读取平衡小车状态信息。返回8个数据的元组。
倾斜角：范围为
-1800 ~ 1800，实际角度放大10倍。实时速度：小车当前运动速度，单位为
mm/s。超声波距离：当前超声波测距值，单位为
mm，范围约为20 ~ 4500 mm。电池电压：当前电池电压，单位为
10 mV。平衡状态：当前平衡控制状态，对应
b.start()和b.stop()。1表示已启动并使能电机输出，0表示已停止并关闭电机输出。运动控制档位：当前运动控制输出档位，范围为
[1, 5]。PIT 控制量：当前前后运动控制量，对应
b.control()的pit参数，范围为-100 ~ 100。YAW 控制量：当前左右转向控制量，对应
b.control()的yaw参数，范围为-100 ~ 100。
更多用法请参阅 pyBalance API 手册。
ESP32-S3 固件集成了 WiFi 功能。本实验将平衡小车设置为 AP 模式，创建名称为 pyBalance 的 WiFi 热点，无需密码即可连接。pyController 手柄工作在 STA 模式，上电后自动搜索并连接 pyBalance 创建的热点。
WiFi 连接成功后，手柄通过 Socket 定时发送遥控数据，pyBalance 接收控制指令并控制小车运动，同时将自身的状态数据回传给手柄。
结合上述讲解，总结出代码编写流程图如下：
参考代码
pyBalance（AP）代码
'''
实验名称：WiFi遥控平衡小车（pyBalance代码）
版本：v1.0
日期：2026.8
作者：01Studio
说明：通过Socket UDP连接，周期接收手柄发来的控制信息，并回传自身状态信息。
'''
#导入相关模块
from neopixel import NeoPixel
import network,socket,time
from machine import Timer,Pin
import _thread
from tftlcd import LCD15
import pyBalance
b = pyBalance.BALANCE() #构建平衡小车对象
speed_value = 4 #速度值,范围[1,5] ,5最快
b.speed(speed_value) #设置小车速度
########################
# 构建1.5寸LCD对象并初始化
########################
d = LCD15(portrait=2) #默认方向竖屏
#定义红、绿、蓝、白、黑五种颜色
RED=(255,0,0)
GREEN=(0,255,0)
BLUE=(0,0,255)
WHITE=(255,255,255)
BLACK=(0,0,0)
#定义RGB灯珠
pin = Pin(45, Pin.OUT)
NUM_LEDS = 4
np = NeoPixel(pin, NUM_LEDS)
#普通车灯模式，车头灯白色，车尾灯红色。
def rgb_normal():
np[0]=WHITE
np[1]=WHITE
np[2]=RED
np[3]=RED
np.write()
rgb_normal()
# ---------------- 全局控制 ----------------
running = True # 线程运行标志
# ---------------- 工具函数 ----------------
def hsv_to_rgb(h, s=1.0, v=1.0):
"""HSV转RGB，h范围0~1，返回0~255的(r,g,b)元组"""
i = int(h * 6.0)
f = h * 6.0 - i
p = v * (1.0 - s)
q = v * (1.0 - s * f)
t = v * (1.0 - s * (1.0 - f))
i = i % 6
if i == 0: r, g, b = v, t, p
elif i == 1: r, g, b = q, v, p
elif i == 2: r, g, b = p, v, t
elif i == 3: r, g, b = p, q, v
elif i == 4: r, g, b = t, p, v
else: r, g, b = v, p, q
return (int(r * 255), int(g * 255), int(b * 255))
# ---------------- 彩虹线程函数 ----------------
def rainbow_thread():
speed = 0.01
offset = 0.0
while running: # 检查标志位
for i in range(NUM_LEDS):
hue = ((i / NUM_LEDS) + offset) % 1.0
np[i] = hsv_to_rgb(hue, 1.0, 1.0)
np.write()
offset = (offset + 1.0 / 256) % 1.0
time.sleep(speed)
# 线程退出前熄灭灯珠
np.fill((0, 0, 0))
np.write()
# ---------------- 线程启停控制函数 ----------------
def start_rainbow():
"""启动彩虹线程"""
global running
running = True
_thread.start_new_thread(rainbow_thread, ())
print("彩虹线程已启动")
def stop_rainbow():
"""终止彩虹线程（等其自行退出）"""
global running
running = False # 置标志位
time.sleep(0.1) # 等待线程检测到并退出
print("彩虹线程已停止")
fl_node = 0
bl_node = 0
no_key = 0
rgb_node = 0
#开启AP热点
def startAP():
wlan_ap = network.WLAN(network.AP_IF)
print('Connect pyBalance AP to Config WiFi.')
#启动热点，名称为pyBalance，不加密。
wlan_ap.active(True)
wlan_ap.config(essid='pyBalance',authmode=0)
while not wlan_ap.isconnected(): #等待AP接入
pass
#启动AP
startAP()
#创建socket UDP接口。
s=socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.bind(('0.0.0.0', 2390)) #本地IP：192.168.4.1;端口:2390
#等待设备Socket接入，获取对方IP地址和端口
data,addr = s.recvfrom(128)
print(addr)
#连接对方IP地址和端口
s.connect(addr)
s.setblocking(False) #非阻塞模式
#Socket接收数据
def Socket_fun(tim):
try:
global fl_node,bl_node,speed_value,no_key,rgb_node
text=s.recv(128) #单次最多接收128字节
control_data = [None]*2
#接收的wifi数据
print("RX:", text)
#对收到的手柄8字节数据进行判断
for i in range(len(text)):
print(i,text[i])
#将摇杆值转化为飞控控制值。
for i in range(2):
if 100 < text[i+2] < 155 :
control_data[i] = 0
elif text[i+2] <= 100 :
control_data[i] = text[i+2] - 100
else:
control_data[i] = text[i+2] - 155
print('control:',control_data)
#rol:[-100:100],rol:[-100:100],yaw:[-100:100],thr:[-100:100]
b.control(pit = control_data[0], yaw = control_data[1])
#控制速度调试
if text[5] == 0: #上键按下
if no_key == 1:
no_key = 0
speed_value = speed_value + 1
if speed_value > 5:
speed_value = 5
b.speed(speed_value) #调速
#控制速度调试
if text[5] == 4: #下键按下
if no_key == 1:
no_key = 0
speed_value = speed_value - 1
if speed_value < 1:
speed_value = 1
b.speed(speed_value) #调速
#检测X/Y/A/B按键
if text[5] == 24: #Y键按下
print('Y')
b.start() #启动
if text[5] == 72: #A键按下
print('A')
if no_key == 1:
no_key = 0
bl_node = not bl_node #灯光取反变化
if bl_node:
np[2]=RED
np[3]=RED
np.write()
else:
np[2]=BLACK
np[3]=BLACK
np.write()
if text[5] == 40: #B键按下，可以自己添加功能。
print('B')
if no_key == 1:
no_key = 0
rgb_node = rgb_node + 1
if rgb_node > 2:
rgb_node = 0
if rgb_node == 0:
rgb_normal()
elif rgb_node == 1:
start_rainbow()
elif rgb_node == 2:
stop_rainbow()
if text[5] == 136: #X键按下,紧急停止
print('X')
#降落，不允许control
b.stop()
if text[5] == 8: #无按键按下
no_key = 1
#读取平衡小车状态信息
states = b.read_states()
print('states: ',states)
state_buf = [None]*16
for i in range(8):
for j in range(2):
if j == 0:
state_buf[i*2+j] = int((states[i]+32768)/256)
else:
state_buf[i*2+j] = int((states[i]+32768)%256)
s.send(bytes(state_buf)) #WiFi回传数据
except OSError:
pass
#开启定时器,周期50ms，执行socket通信接收任务
tim = Timer(1)
tim.init(period=50, mode=Timer.PERIODIC,callback=Socket_fun)
d.fill(WHITE) #设置屏幕的背景是白色
b.start() #启动
while True:
data = b.read_states()
#print(data)
d.printStr('Control Mode', 25, 10, BLACK, size=3)
d.printStr('Angle:', 10, 60, BLUE, size=2)
d.printStr(str(data[0]/10)+ ' '*5, 90, 60, RED, size=2)
d.printStr('Speed:', 10, 90, BLUE, size=2)
d.printStr(str('%.2f'%(data[1]/1000))+' m/s'+' '*3, 90, 90, RED, size=2)
d.printStr('Distance:', 10, 120, BLUE, size=2)
d.printStr(str(data[2])+' mm'+' '*3, 130, 120, RED, size=2)
d.printStr('VBAT:', 10, 150, BLUE, size=2)
d.printStr(str('%.2f'%(data[3]/100))+' V'+' '*3, 80, 150, RED, size=2)
d.printStr('States:', 10, 180, BLUE, size=2)
d.printStr(str(data[4]), 100, 180, RED, size=2)
d.printStr('Contrl_Speed:', 10, 210, BLUE, size=2)
d.printStr(str(data[5]), 170, 210, RED, size=2)
time.sleep_ms(100)
pyController遥控手柄（sta）代码
'''
实验名称：WiFi遥控四轴飞行器（pyController手柄代码）
版本：v1.0
日期：2022.6
作者：01Studio
说明：通过Socket UDP连接四轴，周期发送控制信息，将接收到四轴的姿态信息显示在LCD屏。
'''
#导入相关模块
import network,usocket,time,controller
from machine import Pin,Timer
import tftlcd
# # 公司WiFi热点、IP和端口信息。
SSID = 'pyDrone'
PASSWORD = ''
addr=('192.168.4.1',2390) #服务器IP和端口
#自身IP
ip_local = ''
#构建手柄对象
gamepad = controller.CONTROLLER()
#LCD初始化
l = tftlcd.LCD15()
#定义常用颜色
RED = (255,0,0)
GREEN = (0,255,0)
BLUE = (0,0,255)
BLACK = (0,0,0)
WHITE = (255,255,255)
DEEPGREEN = (0,139,0)
#清屏，白色
l.fill(WHITE)
#WIFI连接函数
def WIFI_Connect():
global ip_local
WIFI_LED=Pin(46, Pin.OUT) #初始化WIFI指示灯
wlan = network.WLAN(network.STA_IF) #STA模式
wlan.active(True) #激活接口
start_time=time.time() #记录时间做超时判断
if not wlan.isconnected():
print('Connecting to network...')
l.printStr('Connecting WiFi...',10,10,color=BLUE,size=2)
l.printStr('SSID: pyDrone',10,60,color=BLACK,size=2)
l.printStr('KEY: None',10,100,color=BLACK,size=2)
wlan.connect(SSID,PASSWORD) #输入WIFI账号密码
while not wlan.isconnected():
#LED闪烁提示
WIFI_LED.value(1)
time.sleep_ms(300)
WIFI_LED.value(0)
time.sleep_ms(300)
#超时判断,15秒没连接成功判定为超时
if time.time()-start_time > 15 :
print('WIFI Connected Timeout!')
wlan.active(False)
break
if wlan.isconnected():
#LED点亮
WIFI_LED.value(1)
#串口打印信息
print('network information:', wlan.ifconfig())
ip_local = wlan.ifconfig()[0]
return True
else:
return False
#判断WIFI是否连接成功
while not WIFI_Connect():
pass
#清屏，白色
l.fill(WHITE)
#创建socket UDP接口。
s=usocket.socket(usocket.AF_INET, usocket.SOCK_DGRAM)
s.bind((ip_local, 2390)) #本地端口2390
s.setblocking(False) #非阻塞模式
s.connect(addr)
#Socket接收数据
def Socket_fun(tim):
try:
text = s.recv(128) #单次最多接收128字节
# print(text)
state_buf = [None]*9
#解码接收到的9个数据
for i in range(9):
state_buf[i] = text[i*2]*256+text[i*2+1] - 32768
print(state_buf)
#飞控姿态 ROL、PIT、YAW数据显示。
l.printStr('ROL: '+str('%.2f'%(state_buf[0]/100))+' ',10,10,color=BLACK,size=2)
l.printStr('PIT: '+str('%.2f'%(state_buf[1]/100))+' ',10,40,color=BLACK,size=2)
l.printStr('YAW: '+str('%.2f'%(state_buf[2]/100))+' ',10,70,color=BLACK,size=2)
#遥控器控制量显示 ROL、PIT、YAW、THRUST
l.printStr('ROL: '+str(int(state_buf[3]/10))+' ',10,110,color=BLUE,size=2)
l.printStr('PIT: '+str(int(state_buf[4]/10))+' ',130,110,color=BLUE,size=2)
l.printStr('YAW: '+str(int(state_buf[5]/200))+' ',10,140,color=BLUE,size=2)
l.printStr('THR: '+str(state_buf[6]*2-100)+' ',130,140,color=BLUE,size=2)
#四轴相对高度
l.printStr('ALT: ' + str('%.2f'%(state_buf[8]/100))+' M ',10,180,color=DEEPGREEN,size=2)
#电池电量显示，低于3.1V表示低电量，红色字体显示。
if state_buf[7] > 310 :
l.printStr('BAT: '+str('%.2f'%(state_buf[7]/100))+' V ',10,210,color=DEEPGREEN,size=2)
else: #低电量
l.printStr('BAT: '+str('%.2f'%(state_buf[7]/100))+' V (LOW)',10,210,color=RED,size=2)
except OSError:
pass
#开启定时器，周期50ms，执行socket通信接收任务
tim = Timer(1)
tim.init(period=50, mode=Timer.PERIODIC,callback=Socket_fun)
while True:
v = gamepad.read() #获取手柄数据
s.send(bytes(v)) #Socket发送数据
time.sleep_ms(50) #发送间隔
实验结果
离线运行参考代码前，要先完成小车上 QMI8658A 六轴传感器校准。未校准的传感器误差会影响姿态计算，从而导致小车无法稳定保持平衡。
将上述代码改成main.py文件分别发送到pyController和pyBalance。
接着将平衡小车扶正，打开电池供电开关。
然后启动 pyController 手柄，可以看到手柄正在搜索并连接 pyBalance 创建的 WiFi 热点。
WiFi 连接成功后，pyBalance 启动直立平衡控制，LCD实时显示小车当前的运行状态同时点亮前后灯珠，表示手柄与小车已成功建立通信。LCD 实时显示小车当前的运行状态，各项数据含义如下：
- 倾斜角：表示小车当前的前后倾斜姿态。
- 实时速度：表示小车当前的运动速度。
- 超声波距离：表示小车与前方目标物体之间的距离。
- 电池电压：表示当前电池电压。
- 平衡状态：
1表示平衡控制已启动，0表示平衡控制已停止。 - 运动控制档位：表示当前运动输出档位，范围为
[1, 5]。
此时，pyController 显示屏会显示由 pyBalance 回传的实时状态信息。
LCD 从上到下依次显示标题及小车当前状态，包括倾斜角、实时速度、超声波测距值、电池电压、PIT 前后控制量和 YAW 转向控制量。右下侧边框中的数值表示当前小车的运动控制输出档位。
这时即可通过手柄遥控平衡小车。WiFi 遥控的按键功能和摇杆控制方式与蓝牙遥控一致，具体说明如下图所示：
启动平衡：启动平衡控制并使能电机输出。正常情况下，小车扶正后上电即可自动进入平衡状态，因此一般无需手动启动。该功能主要用于小车已停止平衡控制后重新启动，例如将小车斜靠放置且倾斜角度未超过 60° 时，可通过该按键重新进入平衡控制状态。
注意： 当小车倾斜角度超过 60° 触发保护机制后，电机输出会被关闭，此时启动平衡按键不能绕过该保护。需要先将小车扶回允许的倾斜范围内，再重新启动平衡控制。
停止平衡：停止平衡控制，同时关闭电机输出。
氛围灯切换：循环切换前后灯珠颜色及关闭状态。
警示尾灯：开启或关闭车尾红色警示灯，用于提醒后方。由于警示尾灯与氛围灯共用车尾灯珠，使用警示尾灯时建议先将氛围灯切换至关闭状态，避免灯光显示冲突。
控制输出档位加一：每按一次，运动控制输出档位增加 1，最高为 5。
控制输出档位减一：每按一次，运动控制输出档位减少 1，最低为 1。
注意： 控制输出档位对应
b.speed()的设置值，用于调整小车运动控制的输出比例，并不表示小车的实际速度。
左摇杆：向前推动控制小车前进，向后推动控制小车后退；左右推动不参与控制。
右摇杆：向左推动控制小车左转，向右推动控制小车右转；前后推动不参与控制
注意： 当小车的 Pitch（俯仰角）绝对值超过
60°时，系统会判断小车已经失去平衡，并立即关闭电机输出。此时启动平衡按键无法绕过保护，需要先将小车扶回允许的倾斜范围内，再重新启动平衡控制。
总结： 平衡小车对控制实时性要求较高，pyBalance 将核心控制功能集成在固件底层，并通过 MicroPython 提供简单的控制接口。使用 WiFi 可以实现无线遥控以及小车状态数据的实时回传，相比蓝牙提供了另一种网络通信方式，但通信功耗相对较高。