用 ESP32-S3 造一辆遥控小车：BLE/WiFi 双模、自动寻迹、路线记忆

17 May 2026

基于 ESP32-S3 + L298N 电机驱动 + 4 个直流减速电机，打造一辆支持 BLE 蓝牙遥控、WiFi 仪表盘驾驶舱、五路红外自动寻迹、路线学习与回放的全功能遥控车。

测试先行
文档
为什么是 ESP32-S3
项目结构
硬件选型和接线
通信方式：不止 BLE
自动循迹：五路红外 + PD 控制器
路线记忆：让小车记住赛道
OLED 仪表盘
安全设计
总结

最近用 ESP32-S3 造了一辆遥控小车，前前后后花了几个周末。从最初简单地在手机上打指令，一路迭代到支持 WiFi 仪表盘、自动循迹跑赛道、甚至能记住路线自己跑一圈。这篇文章分享一下做了什么、怎么做的、以及为什么这么做。

测试先行

嵌入式项目测试起来很麻烦——每次改代码都要编译、烧录、上板跑。但核心逻辑完全可以脱离硬件测试。

我把所有控制逻辑提取成纯 C++ 头文件：没有硬件依赖，没有 Arduino 库调用，只有输入→输出的纯函数。包括：

手动驾驶指令解析（F/B/L/R → 左右轮速）
循迹 PD 控制器计算
路线记录与回放算法
仪表盘状态分类

然后用标准 C++ 编译器直接跑单元测试。像 routeBuildMapPoints 这种函数，输入几个 segment，输出一串路径点坐标，对不对一目了然：

RouteEvent events[] = {
  {RouteSegmentKind::Straight, 3},
  {RouteSegmentKind::Left, 1},
  {RouteSegmentKind::Straight, 2},
  {RouteSegmentKind::Right, 1},
  {RouteSegmentKind::Straight, 1},
};
RouteMapPoint points[16];
int count = routeBuildMapPoints(events, 5, points, 16);
// points = [(0,0,Straight,N), (0,-1,Straight,N), (0,-2,Straight,N),
//           (0,-2,Left,W), (1,-2,Straight,W), ...]

这种纯函数式的设计让测试变得简单，也迫使自己写出更模块化的代码。

文档

写了详细的接线说明和 App 使用指南，每个连接点、每条指令都有说明，算是为”下次再拿起这个项目”做点准备。

docs/WIRING.md 包含 28 个连接点的完整接线表、电源规划、上电顺序、以及常见踩坑点汇总。

docs/APP_GUIDE.md 涵盖了四种控制方式的操作步骤：WiFi 驾驶舱、nRF Connect App、Web Bluetooth 控制器、以及自定义 App 的协议说明。

代码在 github 上，欢迎拿去玩。

先上成品图——OLED 仪表盘亮起来的时候还是挺有成就感的：

为什么是 ESP32-S3

选芯片的时候纠结了一下。ESP32 是标准答案，但手头正好有一块 ESP32-S3 的开发板。踩了个坑才知道：ESP32-S3 没有经典蓝牙（SPP），只有 BLE（低功耗蓝牙）。

这意味着那些用蓝牙串口 App 连小车的教程全都不管用。没法直接用蓝牙当串口用，得走 BLE GATT 协议。

不过换个角度想，BLE 也有好处：不需要配对，不需要绑定，App 打开就能连。而且 ESP32-S3 的 WiFi 功能完全不受影响，可以同时跑 BLE 和 WiFi。

项目结构

├── firmware/
│   └── car_ble_remote/       # 主固件（Arduino C++）
│       ├── car_ble_remote.ino
│       ├── manual_drive_logic.h
│       ├── line_search_logic.h
│       ├── route_memory_logic.h
│       ├── dashboard_state.h
│       ├── oled_boot_animation.h
│       ├── wifi_control_config.h
│       └── wifi_control_page.h
├── controller/
│   ├── index.html            # Web Bluetooth 遥控器
│   └── wifi.html             # WiFi 驾驶舱页面（参考）
├── docs/
│   ├── WIRING.md             # 接线文档（28 根线逐条说明）
│   └── APP_GUIDE.md          # 控制方式指南
└── tests/                    # 纯 C++ 单元测试（无硬件依赖）
    ├── manual_drive_logic_test.cpp
    ├── line_search_logic_test.cpp
    ├── route_memory_logic_test.cpp
    └── ...

硬件选型和接线

小车用的是最经典的四驱底盘方案：

部件	型号	用途
主控	ESP32-S3	BLE + WiFi 通信，传感器处理，电机控制
电机驱动	L298N	双路 H 桥，驱动 4 个直流减速电机
电机	直流减速电机 × 4	前后轮独立驱动
循迹	TCRT5000 五路红外模块	检测地面黑线，支持 PID 循迹
显示	SH1106 1.3寸 OLED	128×64，I2C 接口，显示驾驶仪表盘
指示灯	WS2812 RGB LED	命令反馈，连接状态指示

接线方面有几个容易被忽略的关键点：

L298N 的 ENA/ENB 跳线帽必须拔掉，否则 PWM 调速无效
L298N 的 GND 必须和 ESP32-S3 的 GND 共地，否则控制信号乱飞
电机电源和 ESP32 电源最好分离，否则电机启动瞬间的压降会让 ESP32 重启
4 个电机分为左右两组并联：左前+左后接 OUT1/OUT2，右前+右后接 OUT3/OUT4

详细的 28 根接线表在 docs/WIRING.md 里，每个连接点都有说明。

通信方式：不止 BLE

一开始只做了 BLE 控制，用 nRF Connect App 或者 Web Bluetooth 页面发送指令。但用了一段时间觉得还是不够方便——手机每次都要打开 App、连接、发送指令。

于是加上了 WiFi 热点模式。ESP32-S3 启动后自动创建一个 WiFi 热点（ESP32-S3-Car），连上后打开浏览器就能看到一个完整的驾驶舱页面：

虚拟摇杆，支持触摸拖拽和键盘 WASD
五路红外传感器的实时雷达图
路线时间轴，每个 segment 用颜色标注
速度、模式、连接状态等诊断信息
醒目的红色紧急停止按钮

WiFi 和 BLE 可以同时工作，互不干扰。平时用手机连 WiFi 热点开驾驶舱，BLE 作为低延迟备选通道。

Web Bluetooth 那个 HTML 页面可以直接在 Chrome/Edge 里打开，不需要装任何 App，点一下连接按钮就能遥控。完整的 JavaScript 实现不到 300 行。

自动循迹：五路红外 + PD 控制器

TCRT5000 是红外反射式传感器，检测到黑线时输出低电平。五个传感器一字排开，覆盖约 8cm 宽的检测范围。

循迹的核心逻辑在 line_search_logic.h 里，思路不复杂：

读取五路传感器的二进制掩码
计算加权位置误差（左边传感器权重负值，右边正值）
用 PD 控制器（P=42，D=24）计算左右轮速差
根据误差大小和活跃传感器数量动态限制速度

lineTrackingPositionError: 加权位置误差
lineTrackingMotorCommand: PD 控制器输出左右轮速

比较有意思的是丢线处理。当小车冲出赛道（所有传感器都检测不到黑线）时，会启动一个多阶段搜索算法：

回退：先倒退一段，回到丢线前的位置
记忆方向：根据丢线前最后一次有效误差，判断线偏向哪一侧
旋转搜索：向记忆方向旋转，同时逐步增加转速
交替搜索：如果转了几步还没找到，自动交替方向防止卡死

搜索过程中还有一个超时机制：超过 3.2 秒还没找到线就停车，避免原地打转到电池耗尽。

宽线处理也单独做了逻辑。当四个或更多传感器同时检测到黑线（说明到了终点粗线或者 T 型路口），会切换到宽线搜索模式，速度和搜索步长都降下来。

路线记忆：让小车记住赛道

这是我觉得最有意思的功能。按 E 键开始学习模式，手动驾驶小车跑一圈，固件会记录途中每个路段的类型和持续时间。再按 P 键，小车就能自己跑一遍。

路线存储在 ESP32 的 NVS（非易失性存储）里，掉电不丢。

路段分类

每 120ms 采样一次传感器状态，分类为：

Straight：直线路段
Left/Right：左弯/右弯
Wide：宽线区域（十字路口、粗线终点）
Lost：丢线（理论上是路段，实际很少出现）

运行长度编码

连续相同类型的路段会合并成一条记录，带上持续时间（tick 数）。最多存储 96 条 segment，对于普通赛道绰绰有余。

回放与纠错

回放时不是死板地重放电机指令，而是结合实时传感器数据进行修正：

根据时间进度，计算当前应该在第几个 segment
对比期望路段类型和实际传感器观测到的类型
如果有偏差，降低速度进入安全模式
用 PD 循迹算法实时修正路线，而非盲跑

这种”期望 + 实时修正”的方式让路线记忆变得很鲁棒——地面摩擦变化、电池电压变化都不会让小车跑偏。

地图重建

固件里还内置了一个简单的路径重建算法：根据 segment 序列（Straight 前进，Left/Right 转向），在地图上模拟行走路径。虽然在 128×64 的 OLED 上看地图不太现实，但这个结构为后续在 WiFi 驾驶舱里显示路线图做好了准备。

OLED 仪表盘

SH1106 是 128×64 单色 OLED，I2C 接口，只用两根线（SDA、SCL）。要做的事情不少，但屏幕小，得精打细算。

仪表盘布局分几个区域：

顶部：BLE 连接状态 + 当前速度值
中部：驾驶模式（REMOTE/AUTO/LEARN/MAP）+ 当前指令 + 方向箭头
底部：五路传感器迷你条 + 运行时间或路线进度

方向箭头是用像素画出来的：前进是向上的箭头，后退向下，左转/右转分别对应左右箭头。停止状态显示一个微笑表情，算是给用户的一点小趣味。

开机时有一段 8 帧的启动动画，逐帧显示传感器初始化进度条和 “READY” 状态。

安全设计

遥控车跑起来还是挺快的（PWM 255 全速时目测约 1.5m/s），所以安全设计从一开始就考虑在内：

断连自动停车：BLE 客户端断开后，小车立即停车
500ms 超时保护：超过 500ms 未收到新指令，自动停车。防止客户端卡死导致失控
速度约束：所有 PWM 值限制在 0-255 范围，初始化速度不会超过 200
紧急停止按钮：WiFi 驾驶舱页面上有一个醒目的红色按钮，任何时候点击立即停车
RGB LED 指示：未连接客户端时 LED 闪烁，连接后根据指令显示不同颜色

总结

这个项目从”让小车动起来”开始，到”让它记住路线自己跑”结束，中间陆陆续续加了 WiFi 驾驶舱、OLED 仪表盘、自动循迹、路线记忆这些功能。

回头来看，最值得分享的几个设计决策：

用 BLE 而不是经典蓝牙：虽然踩了 S3 没有 SPP 的坑，但 BLE 带来的是更好的跨平台兼容性和不需要配对的体验
纯函数式核心逻辑：把控制算法提取成无硬件依赖的纯函数，大大降低了测试和调试的复杂度
期望+修正的回放机制：路线记忆不死板记录电机指令，而是记录路段语义 + 实时传感器修正，适应性强很多

原文链接：用 ESP32-S3 造一辆遥控小车：BLE/WiFi 双模、自动寻迹、路线记忆，转载请注明来源！

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