【歪门邪道】用ESP32替代尼康SnapBridge - 软件硬件篇

本来想软件和硬件分开写的，但软件到现在还没有完成，虽然80%的功能已经有了，happy path也都没问题了，但有些细枝末节的地方还是想要处理好，争取把固件做成finished software。也因为软件没完成，所以这篇文章把硬件和软件合起来写。

硬件

在前文中提到过，由于配对过程中需要使用传统蓝牙，所以必须用原版的ESP32，带有后缀的版本都是只有BLE的。最近ESP32好像出了个高性能的版本，针对边缘计算和AI的使用场景，这个也有后缀，但有经典蓝牙5.0来着，不过考虑到我们户外场景不要求高算力，并且希望成本尽可能的低，因此这里还是推荐大家选用原版的ESP32进行开发。

由于我在电路设计方面完全没有知识和经验，在不花费较长时间进行系统性学习的前提下，我决定使用模块化的器件进行制作，好处是只需要接线即可，坏处是设计要跟着模块走，并且模块的成本比较高，因为别人也要卖模块赚钱。

ESP32选用开发模块ESP32 DevKitc，我买到的是v4版本，模组是ESP32-WROOM-32E，淘宝价格大约60到70块吧。可以通过USB供电，或通过5V IO引脚供电，二者不能同时供电，因此刷程序的时候就要断开电池，外出使用时直接用5V电源模块接到5V和GND上供电。

出于对淘宝上零售软包锂电池的不信任，以及考虑到需要乘坐飞机出行的需求，我选择18650的锂电池模块，成本大约7元，可以通过USB TypeC充电，有独立的开关引脚，固定5V输出。

GNSS模块则是固定的ublox NEO-M10-0-10，这个好像是国内厂家买10代芯片自己封装的，ublox官方并没有所谓的NEO M10封装。

最初的版本是我买了4x6cm的洞洞板，决定在上面连线，但一方面手工焊接没法量产，再一个就是GNSS模块焊接过程中受热损坏，坏一块就损失40块钱，有点心疼。于是我紧急下载了KiCAD学习PCB板的绘制。有一说一，PCB确实比建模容易多了，从下载软件到嘉立创下单，一共耗时4小时22分钟。

因为之前没有在嘉立创消费过，也不愿意用他们提供的设计软件，因此我自掏腰包花了35元打样了10块板。板自上加了按钮和LED，按钮是为了触发配对的，LED则用来指示状态，当初为了好看选了RGB，结果引脚太密了，焊接麻烦，用助焊膏可以缓解，但助焊膏加热后的蒸气又会让我头疼，这10块板子最终焊接成功8块，结果我头疼了一晚上。

总之，PCB起到一个插接板的作用，电源什么的都是从这里焊接的，与模块之间的连接，要么是排母，要么是焊接一段导线，有效解决了我焊接水平一坨而导致元件/模块过热暴毙的问题。

但硬件的问题还没有结束，我总不能把他们装到塑料袋子里带出去吧，怎么也得有个外壳。一开始想买个原型PVC管子，两边一封就好了，但后来发现充电和开关都比较麻烦，要打孔，而且只能手工来。于是我又买了一台3D打印机，并紧急学习了建模。

这部分未来准备单独写，因为买Sparkx i7的时候商家宣传好打印，实际上到手后才发现，想要打印质量好，就不可避免地要用主流开源的OrcaSlicer重新校准至少回抽、流量比例、最大体积流量和压力提前（PA值）。虽然这个有自动PA值测量，但测不准，每次开始前还要浪费时间和材料。另外还走了一些弯路，例如因为PEI板用洗洁精清洗后首层仍然不沾，误打误撞调了z offset，发现创想三维自己魔改的固件和fluidd打架，最后发现不是z offset的原因，单纯是我的洗洁精内含护手成分，用香皂或肥皂洗一下就好了。最近还换了0.6mm的喷嘴意图加速打印速度。这些经历我觉得完全可以单独整理成文章，一方面挺有趣的，另一方面也是分享给其他入门的人，希望别人能少走一些弯路。3D打印确实有意思，但并没有商家宣传的那么好，并且自己不会建模，这玩意儿买回家还不如一个普通的打印机。

至于为什么买创想三维？因为Prusa买不起，拓竹背刺社区，其他家的太贵。买Sparkx i7就是因为不想一次花太多钱，先尝尝咸淡，万一我不会建模，沉没成本也不会太大。和相机一样，等用Z502尝出咸淡了在考虑要不要买Z8。

当然，建模这一块我用的FreeCAD（因为我写代码日常用OpenSUSE，是Linux系统），虽然1.0版本有大进步，但各种小问题还是让我忍无可忍，尤其是考虑到生产力的时候。后来掏出笔记本安装了Autodesk Fusion并配置到sunshine和moonlight以便我在Linux上串流使用这个软件。学习并体验了Autodesk Fusion之后，我才知道原来外面根本没下雨，也理解了为什么Fusion这么多人骂，照样离不开它。商业软件设计的确实好用。至于个人版的限制什么的，和我淘宝十块钱买的教育版说去吧。

外壳设计比较方正，因此FreeCAD操作虽然繁琐，但能做。盒子采用了比较基础的snap设计，就是盒子本体有45度角的突起，盖子有对应的凹陷，安装时用力挤压就可以像卡扣一样卡进去，拆的时候沿着长边用力，也比较容易扣开。

为了固定电池模块和PCB，底部分别设计了凹槽，PCB竖向摆放，并设计的类似护栏的结构，可以直接用胶带贴上固定。电源模块则是平放，其上预留的空位不够宽裕，因此一头直接采用类似卡扣的结构，另一头给充电口留孔，并且顺便作为固定，效果还不错。装配起来是这个样子：

就我目前的能力来看，在不花时间学习电路设计而当前提下，这应该就是我能做到的比较好的程度了。因此接下来就是软件。

软件

由于我没正经写过C++，也没正经做过硬件项目，因此大部分代码都是GLM 5.2协助编写的（那个时候还没有GLM 5.3），相比Kimi K2.7 code， 我认为GLM 5.2在嵌入式方面更强一些。我只负责功能和结构设计，也算是自费当上项目经理了。

完整的代码已经开源在 https://github.com/hurui200320/nsg/tree/master/esp32

我用的pio-arduino，因为原版的PlatformIO对ESP32支持很差。在setup方面会遇到的问题主要是Flash不够用，好像是因为硬件bug还是什么原因，总之比较快的存储区域是有限的，所以需要排除掉一些东西才行。具体我也不太清楚，反正我让LLM搞定了，看起来就是排除掉了一些项目里用不上的函数什么的，总之就是想尽办法节省宝贵的空间。

关于程序的整体架构，我设计的两种模式，一种是正常模式，一种是配对模式。在启动的时候根据条件（例如按钮是否按下，或NVS里记录了要进入的模式）启动进入一个模式。

配对模式，正如名字所示，用来配对的。但因为硬件没有屏幕，因此只能闭着眼扫描，扫到谁是谁。进入配对模式后亮红灯，如果扫到了相机并发起了配对，蓝灯亮起。BLE握手完成，等待相机确认配对码时，蓝灯会闪烁。配对成功则自动重启（进入普通模式），任意一步配对失败，RGB三个颜色的灯同时亮起，此时需要手动断电重启。

正常模式则是默认的，进入正常模式后首先亮绿灯。如果有相机建立了BLE连接，蓝灯会亮起，连接断开（例如相机熄屏或关机）时蓝灯同步熄灭。在正常模式下长按按钮3秒钟，会在NVS写入指示，让下次启动进入配对模式，然后重启。

在设备刚刚启动的时候，RGB三个灯会轮流亮1秒，确保灯泡是好的，如果开机时按住按钮，这时不管NVS怎么写的，都要进入配对模式。如果没有按下按钮，检查NVS，并进入指定模式，并清除NVS。如果NVS没说，那默认进入正常模式。

我认为以上流程在只有一个按钮，一个RGB LED的情况下，应该算是功能相对完备的交互设计了吧。而且每次重启避免了切换模式时资源泄露，简单方便又可靠。

另外由于BLE握手时间可能会比较长，尤其Z502这类不太高端的相机在熄屏状态下完成一次BLE握手可能要45秒，因此需要利用多核来防止BLE操作阻塞整个固件。因为GNSS模块等不了45秒，串口来的数据必须及时读取并处理，否则缓冲区满了就会丢数据。好在ESP32有两个核心，通常Core 0是运行ESP-IDF的东西，可以理解为系统进程之类的东西，而Core 1则是运行用户的代码。而通过将BLE操作移动到Core 0上，我们的核心代码只需要处理按钮输入、LED等和处理GNSS即可。核心代码和BLE Worker通过队列传输信息（例如有BLE连接的时候亮蓝灯，没有就熄灭，以及核心代码定时更新位置和时间信息）。虽然一个相机熄屏了，会阻塞整个BLE最长1分钟，但至少不会阻塞核心代码。

目前软件中剩下的边边角角就是一些细节了，比如遇到错误如何恢复，蓝牙协议的部分断电重启就好了。但如果NVS存放的数据损坏了，或者发生bit rot，整体还是有效数据，但内容可能发生了位反转，这该如何解决。毕竟在树林里拍小鸟的时候，总不能掏出笔记本现场给ESP32改bug吧，因此至少需要一种能够从错误状态下改出的流程，而这需要不断的实际测试。另外蓝牙和GNSS的通讯也都比较粗糙（例如我措了一个ublox协议的状态机，但没搓完整，happy path没问题，但出错的情况下就难说了），最近有人在GitHub给我提issue说相机出现问题会硬直一段时间，这期间ESP32会不停地尝试重连，导致蓝牙射频信号让GNSS模块丢失位置fix（不知道真的假的，但蓝牙重连确实需要增加一个重试时间）。这些都必须在不断的测试中发现并改正。

关于盈利

其实一开始是想靠这个盈利来着，毕竟现在没有收入了。但尽管我非常爱钱，在审慎思考下还是决定暂时推迟这个计划。因为自己做着玩儿和真的拿出去卖是两套完全不同的标准。如果只是做着玩的话，我觉得做到这种程度就完全可以了。但如果要卖的话，首先要考虑成品的外观、质感，如果以现在的成本按照50%的盈利来看，定价要来到二百三百，如果给人家寄出去一个形似中东特产的硬件，大概卖家是不会买账的。另外售卖还要有一套自己的流程，例如打包、发货、售后、客服这些环节。如果是博客的老读者，那应该都知道我做不来服务业，所以原本的打算是卖硬件，不提供软件售后。至于固件使用或调试，考虑付费咨询，一小时100元。但后来想想，能买我这个东西的，不就是图个省事，花钱就完了。人家要是自己懂得软件硬件这些，那想要复刻我这一套也并不难，甚至可以说没什么门槛。我自己觉得弄这一套硬件麻烦，是因为我不会，要是有专业对口的在校大学生或者从业人员，我觉得人家用不了一个月就能复刻出比我这个更好、成本更低、一体化程度更好的产品。所以想来想去，除非日后实在没钱了，不然暂时还不打算开店售卖。

后记

以上就是关于用ESP32替代尼康SnapBridge的系列了。最近一直在忙别的side project，所以这个项目的开发就有点懈怠了。不过好在破鼓万人捶，尼康的SnapBridge确实不受人待见，因此这个repo也喜迎多个来自社区的PR，这确实让我有些受宠若惊。不过这也确实说明我这个项目有用，也算是回馈上开源社区了。

之后可能会写一写3D打印的事情，也可能写写最近在搞的项目，比如daapu（名字是随机生成的），专注于LLM记忆的一个harness，主打一个RDF风味。再就是llm-ops，因为昆明最近开始降温了，说明冬天快要到了，这样就可以肆无忌惮地运行本地LLM来充当取暖器了。或者也可能发一下国庆期间拍的照片，如果出去玩了的话。

以上就是本文的全部内容了，感觉有点水，但想来想去总觉得不能把repo里的代码再复制粘贴一下吧，那样就更水了。总之，祝大伙假期快乐。

-全文完-

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