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江苏快三专家推选—基于Wi-Fi技术的智能控制小车设计与实现

作者:梁 妍,张天一时间:2019-09-25来源:电子产品世界收藏

  梁 妍,张天一(郑州工商学院,郑州 450000)

本文引用地址:http://167ku.com/article/201909/405223.htm

  摘 要:本文是对智能电动的设计,采用硬件和软件结合的方式实现,主要由控制模块、信号模块、、摄像模块等多个模块组成。摄像模块获取的视频或图片信息可以通过信号传送给手机或电脑PC机,而手机或电脑PC端也可以通过Wi-Fi发送指令给控制模块,从而控制来驱使动作,最终实现实时监控及精确控制江苏快三专家推选运行的目的。

  关键词:Wi-Fi;;小车

  0 引言

  目前在学生电子设计竞赛中,有关智能电动小车设计和研究项目非常火热。现在电子市场上的智能小车,很多是儿童玩具小车、红外遥控小车,或是带自动寻迹、避障功能的小车,往往存在一些缺陷和漏洞。江苏快三专家推选随着无线网络的不断兴起和发展, Wi-Fi技术应用愈加广泛,它是一种无线技术和网络传输标准,将普通智能小车加上Wi-Fi技术是一种综合性很强的设计。

  本文是江苏快三专家推选—基于Wi-Fi技术的智能小车设计,以STM32单片机为控制核心,加装有摄像头,可以实现对小车的位置、速度、运动状况的实时检测,将检测的信息通过Wi-Fi模块传送至手机或个人电脑,可以利用Wi-Fi对小车控制模块发送控制指令,从而控制小车的运动,实现小车的智能监测及控制。

  1 系统总体设计

  1.1总体设计结构框图

  总体设计由嵌入式单片机控制模块、直流电机驱动模块、路由器模块、免驱摄像头模块等组成,系统结构框图如图1所示。

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  Wi-Fi是路由器模块发射出的信号,选用wr703n迷你路由器,用于接收手机或电脑发送的指令,同时把摄像头采集的视频信号传送到手机或电脑屏幕上;选用嵌入式单片机STM32F103作为控制模块,是整个系统的控制核心;4个直流电机由L298N芯片驱动转动,驱动芯片可以使直流电机正转、反转,进而驱动智能小车进行前进、后退、左转、右转等动作;摄像头的安装为智能小车提供了视野角度,摄像头采集的视频通过Wi-Fi信号发送到手机或电脑屏幕上,从而让智能小车在复杂的环境下来去自如;L江西快三app下载 —主页|D的设计可以用于提示作用,当电源通电以后,L江西快三app下载 —主页|D灯发出亮光并进行花样闪烁;智能小车进行不同的运动,L江西快三app下载 —主页|D灯都有对应的提示,使得小车的运动更加完善;电源模块为整个系统提供能量。

  1.2 整机工作原理

江苏快三专家推选  智能电动小车的工作原理是手机或电脑上的APP软件发布指令控制小车运动。当路由器正常工作并发射出Wi-Fi信号时,手机或电脑连接Wi-Fi信号,使得手机或电脑和路由器的IP地址在同一网段并进行正常的通信;打开手机或电脑上的小车APP软件发送控制指令,控制指令通过Wi-Fi信号发给路由器;路由器接收到手机或电脑的控制指令后,通过串口将信号传送至单片机,由单片机进行分析、处理,而单片机处理后的电平信号转化成控制指令传递给驱动模块,驱动模块做出相应的指令来驱动直流电机的转动,以完成智能电动小车的前进、后退、转弯的功能;当智能小车转动时,L江西快三app下载 —主页|D灯根据小车运动的方向做出相应的提示。江苏快三专家推选摄像头的作用是为小车运动采集信息,摄像头采集视频之后通过Wi-Fi信号发送到手机或电脑的屏幕上,通过观察屏幕上的视频让智能小车运动自如。

  2 硬件电路设计

  2.1 主控制模块

  主控制模块选用的芯片为STM32F103C8T6,是一款低功耗的控制器。本次设计用路由器的串口和单片机的串口之间相互通信,路由器将接收到的控制指令通过串口通信发送到单片机上,让单片机做出相应的指令反馈从而实现智能小车的运动。

  最小系统是基本的功能单元,由微控制芯片、时钟电路、复位电路、电源电路、启动配置电路和程序下载电路组成。电源电路是必不可少的部分。时钟电路是单片机必须具备的电路设计,它影响着单片机是否正常运行。时钟电路为单片机提供时钟信号,配合单片机程序,使得单片机有节奏地控制各个电路部件。江苏快三专家推选单片机的复位就是让电路恢复到一个初始状态,并确保单片机的稳定性和可靠性。启动模式由BOOT0和BOOT1来选择,有3种不同启动模式。程序下载主要用于芯片测试。

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  时钟电路采用的是内部时钟方式,需要在XTAL1引脚和XTAL2引脚两端连接一个8 MHz的晶振和两个20pF的电容组成时钟电路,为整个系统提供了稳定的时钟信号源。复位电路中,使用10 kΩ的电阻、104 F的电容和一个按键来实现。

  2.2 供电电源模块

江苏快三专家推选  电源模块为整个设计提供能源。本文设计中控制电路部分使用+3.3 V直流供电,电机驱动模块使用的有+5V和+12 V的直流电源,+12 V的电压可以由电池组获得,而+3.3 V和+5 V电源可以由电路转换得到,设计中的5 V供电电源模块电路图如图2所示,3.3 V电源电路如图3所示。

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  2.3 路由器Wi-Fi设定模块

  本设计应用的Wi-Fi信号是由体积非常小的wr703n迷你路由器提供的。江苏快三专家推选选用的是迷你型3G无线路由器TL-WR703N,可以轻松将3G网络转为Wi-Fi信号,使笔记本电脑以及智能手机用户通过Wi-Fi共享3G网络,使用时只需将3G上网卡插上TL-WR703N的USB接口,Wi-Fi上网就可以变得轻松自如。

  本设计无需使用上网卡,只是借助于无线路由器的Wi-Fi功能,让手机或电脑通过无线网络控制小车;使用方便,只需要进行简单的路由器刷机和网络配置,就可以将一个稳定视频信号通过Wi-Fi传送到控制终端上。

  2.3.1 路由器刷机

  wr703n迷你路由器可以支持Linux操作系统。它的系统就是嵌入在Linux系统上开发的,可以说它的底层就是Linux操作系统,而Linux操作系统是一个开源的操作系统,从而使路由器的功能更加强大。本次的设计需要挂载摄像头,所以wr703n迷你路由器原有的系统要升级为开源的、可编译的操作系统,这样才能使达到本次设计的可扩展性。

  2.3.2 刷机过程

  wr703n迷你路由器刷机是需要有网络和Linux操作系统基础的。首先,在openwrt官网上下载openwrt-ar71xx-generic-tl-wr703n-v1-squashfs-factory.bin文件;下一步,进入路由器管理界面,出厂配置为http://192.168.1.1,用户名和密码均为admin,然后进入固件更新,选择下载的文件,然后更新;升级完之后,对路由器进行初始配置,OpenWrt官方的固件是不带网页界面的,所以初始的网络设定需要在命令行下完成;网络配置完之后,需要在路由器上安装摄像头的驱动,从而进行挂载摄像头。插上免驱摄像头,用手机或电脑连上路由器的Wi-Fi,打开控制小车的APP软件,然后打开视频,这时可以看到一个稳定视频信号通过Wi-Fi传送到了控制终端上,至此说明路由器刷机及其配置完成。

  2.3.3 路由器的串口通信

  串口通信设计部分是通过路由器的串口和单片机的串口相互通信,进而实现路由器和单片机的数据传输。路由器需要引出GND、TX、RX三条串口线,路由器电路板上的TP-IN接到串口线的TX,TP-OUT接到串口线的RX,从USB焊点处引出一条GND线。连接图如图4所示。

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  2.4 摄像模块

  本设计中需要在路由器上挂载摄像头,以判断路况,实时检测小车的行驶状态。

  摄像头有数字式的和模拟式的,本次设计选用的是数字摄像头,重要组成部分是镜头、图像传感器和DSP控制芯片。它支持OP江西快三app下载 —主页|NWRT系统,为YUV/MJPG动态格式输出,是一种免驱动摄像头,可以将其连接到所支持的操作系统平台上。摄像头在系统上自动配置驱动,且具有30万像素,640×480分辨率,能够满足本设计需要。

  本设计将摄像头挂载到路由器上,通过摄像头的USB接口连接在路由器上,在路由器上安装摄像头所需要的驱动软件,让摄像头正常工作,将其采集到的数字图像信号通过路由器传送给单片机进行处理,处理后的视频信号通过路由器Wi-Fi信号发送出去,而手机或电脑连上智能小车的专属Wi-Fi,并打开小车APP软件,从而接收到视频信号,实现实时状况监测。

  2.5 电机驱动模块

  电机驱动模块中的电机选用的是直流电机,采用L298N驱动芯片作为电机驱动模块的核心部件。L298N内部有两个全双桥的H型驱动电路,是一种二相和四相电机的专用驱动集成电路,该芯片驱动电流大,抗噪能力强,完全满足本设计需要。

  本次设计采用直流电机并联的方式,用一个L298N芯片驱动4台直流电机,其输入端可以直接和单片机的I/O口相连,实现对电机转动的方向的控制。驱动芯片L298N的使能端江西快三app下载 —主页|NA和江西快三app下载 —主页|NB接5 V电源,由IN1~IN4组合控制电机的正转、反转和停止。电路中使用8只整流二极管构成保护电路。电机驱动电路原理如图5所示。

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  电机的驱动状态通过单片机输出信号,即L298N的输入信号来控制。由使能端江西快三app下载 —主页|NA、输入信号IN1和IN2控制电机M1/M3;使能端江西快三app下载 —主页|NB、IN3和IN4控制电机M2/M4。在设计中江西快三app下载 —主页|NA和江西快三app下载 —主页|NB接5 V电源,为高电平,因此只需控制IN1~IN4控制电机的状态即可。具体的电机驱动状态如表1所示。

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  当两个控制信号同时为低电平或同时为高电平时,电机都不能转动;只有一个为高电平,一个为低电平时,电机才能转动,并且输入的低电平和高电平顺序不一样转动的方向也就不一样,从而实现小车的转向控制。

  2.6 L江西快三app下载 —主页|D指示电路

  L江西快三app下载 —主页|D指示电路图如图6所示。本次设计L江西快三app下载 —主页|D的作用是当电源通电以后,L江西快三app下载 —主页|D先闪烁3次,然后四排灯依次流水式亮起,既起到电源通电提示作用,又可以实现流水灯的效果,还可以作为小车运动的指示灯,使得相应的前后左右排灯亮起。

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  3 软件设计

  3.1 软件设计的结构

  本设计的系统程序包括显示程序、电机驱动程序、串口中断程序、主程序和小车运动控制程序等。控制及显示程序流程图如图7所示。软件编程是在Keil平台应用C语言来实现的。

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  3.2 智能小车APP软件

  本设计是用手机控制小车运动,因此在手机端需有APP软件,设计中采用已有的软件,通过手机的控制,最终可以实现小车的前后左右的运动功能,还可以实时查看视频。手机APP软件设置如图8所示,手机APP软件控制如图9所示。

  4 结论

  本设计是基于STM32单片机的智能电动小车,项目上增加了Wi-Fi模块,使得智能小车的控制更加完善。通过迷你路由器,Wi-Fi的覆盖面积增大,使得手机或电脑控制性能增强。安装摄像头让小车的运动具有实时监控性,让小车运动更加灵活。摄像头的使用更有利于小车避障、寻轨等。经过软硬件相结合的设计,最终实现了预计的功能。该系统设计简单,控制精度高,并且扩展性好,可以应用于车间、路面的实际情况监控等场合,也可以作为智能小车进一步研究的平台,具有一定的实际意义。

  参考文献

  [1]郑大明.基于单片机的智能玩具小车的设计[D].成都:电子科技大学,2014.

  [2]赵新颖,罗坤.基于80C51控制的智能电动小车系统的设计与实现[J].微型机与应用,2011.

  [3]向楠,邹华东.基于STC89C52RC单片机智能搬运电动小车设计[J].湖南工程学院学报(自然科学版),2014.

  [4]韩宗延,钱伟康,何福玉.基于无线路由器Wi-Fi技术的遥控智能小车设计[C].2015航空试验测试技术学术交流会论文集,2015.

  本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第10期第77页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。



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