KC10110109-i05WIFI智能小車機器人(樣例)

1、WIFI智能小車機器人作品簡介在平常的生活中，我們經(jīng)常會見到有人在玩遙控車，甚至現(xiàn)在還有了遙控飛機。這一切在過去那些年都還只是人們眼中孩子們的玩具而已，然而隨著科技的發(fā)展，關(guān)于機器人的電影，或者是現(xiàn)實生活中科學(xué)研究者研發(fā)出來的仿生機器人經(jīng)常在各種媒體中不斷的報導(dǎo)。這毫無疑問，再過個幾十年，機器人將走進我們的家庭中，它將為我們帶來更多的便利。如今，很多電子發(fā)燒友DIY出了各種版本W(wǎng)IFI機器人。Wifi Robot,顧名思義就是通過wifi無線網(wǎng)控制的機器人，比起普通的遙控車，它的好處就是遙控信號覆蓋范圍可以做到很廣。WIFI智能小車機器人是一種基于WIFI的無線遠(yuǎn)程智能遙控機器人，利用非常成熟

2、的WIFI無線網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)載體，實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)傳送而達到控制小車和視頻監(jiān)控等等功能。它是集無線通信、實時電機驅(qū)動、多向機械云臺、視頻監(jiān)控、環(huán)境溫度檢測、為一體的多功能智能遙控車。本系統(tǒng)在電腦端上位機采用QT編程，由于QT面向多平臺，并且可移植性好。通過QT編寫的上位機，便可以把控制數(shù)據(jù)通過Socket發(fā)送到路由器，路由器再通過ser2net把數(shù)據(jù)包解開，然后轉(zhuǎn)發(fā)到路由器的串口; 該系統(tǒng)的控制端采用STC15單片機作為微處理器，通過STC15單片機與路由器建立串口通信，便能利用路由器的串口數(shù)據(jù)進行控制電機的工作狀態(tài)模式和三個陀機的工作角度。STC15單片機還負(fù)責(zé)實時監(jiān)控環(huán)境溫度并經(jīng)過路由器

3、反饋至電腦，讓使用者可以實時了解小車所在地的氣溫，以便于在到達目的地之前設(shè)定好空調(diào)溫度等應(yīng)用。 平臺選型說明本設(shè)計使用本屆大賽指定的單片機開發(fā)板(以STC15F2K61S2芯片為控制核心)設(shè)計說明1、設(shè)計要求1.找一臺能刷Linux的無線路由器，將其操作系統(tǒng)刷成OpenWrt。2.將Linux下的攝像頭驅(qū)動安裝到路由器上。3.選擇PC端的上位機軟件，利用上位機的Socket把特定的數(shù)據(jù)包發(fā)送到路由端。4.選擇機器人車體，并制作控制驅(qū)動板和機械手臂等安裝在車體上。5.通過上位機操作，直接控制小車行走和機械手臂擺動，并能實時接收到機器人上的攝像頭視頻。2、根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計要求先確定了整體設(shè)計原理框

4、圖如圖所示：3、設(shè)計原理由圖1 的原理框圖，可知整個系統(tǒng)是電腦通過無線WIFI網(wǎng)絡(luò)與路由器通訊，當(dāng)路由器收到命令后將相應(yīng)命令通過串口發(fā)送給單片機，單片機再根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)的操作，如機器人行走，操作機械手等;或者單片機通過讀取溫度傳感器的溫度值，通過串口傳給路由器，路由器再將數(shù)據(jù)傳給電腦。3.1單片機最小系統(tǒng)本系統(tǒng)的核心部分是單片機的控制，給以相應(yīng)的編程命令，按照我們所要實現(xiàn)的功能意愿執(zhí)行相應(yīng)的操作，STC15F2K61S2的管腳圖如圖2所示： 3.1.1 STC15F2K61S2單片機的特性1、超強抗干擾，超級加密;2、不需要外部晶振和復(fù)位電路的單片機;3、可省掉外部EEPROM，利用IAP技

5、術(shù);4、ISP/IAP，在線編程，無需編程器/仿真器;5、雙串口，兩個獨立串口;6、高速10位A/D轉(zhuǎn)換器，8通道;7、高速，可靠，1個時鐘/機器周期80518、超低功耗，且抗干擾能力強。3.2溫度傳感器模塊本模塊主要作用是進行溫度采集，然后經(jīng)采集的數(shù)據(jù)送入單片機STC89C52RC里進行分析處理。在本次設(shè)計中采用了DS18B20作為數(shù)據(jù)采集器，它的精度最少可以精確到0.0625，完全可以用來進行環(huán)境溫度的測量。由DS18B20 這一特點,非常適合于多點溫度檢測系統(tǒng),硬件結(jié)構(gòu)簡單,方便聯(lián)網(wǎng),在倉儲管理、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造、氣象觀測、科學(xué)研究以及日常生活中被廣泛應(yīng)用8。溫度傳感器如下 : 3.3 路

6、由器刷機本系統(tǒng)需要給路由器刷OPENWRT系統(tǒng)。目前刷機大致有兩種方法，一種是通過網(wǎng)線法進行刷機，另一種是通過TTL線進行刷機。一般采用網(wǎng)線法刷機比較簡單，不需要什么工具。3.3.1網(wǎng)線法刷機法第一步：首先關(guān)閉路由器電源，網(wǎng)線連接電腦和路由器(DB120)的LAN4。第二步：電腦IP設(shè)置為192.168.1.X/(X為2-255之間的任意數(shù)字)，網(wǎng)關(guān)不用設(shè)置。第三步：用針狀物按住路由器的RST鍵，然后打開路由器電源，等待大概10秒鐘，路由器的電源燈會變成紅色，此時可松開復(fù)位按鍵。第四步：運行電腦端的cmd.exe，然后輸入ping ，測試是否能p

7、ing通。第五步：打開電腦瀏覽器輸入，會出現(xiàn)一個頁面，選擇要刷的OpenWrt固件，點擊確定開始刷機，大概兩分鐘后路由器會自動重啟，至此說明路由器刷機完成。3.3.2 TTL線刷機法第一步：1.網(wǎng)線連接電腦和路由器(DB120)的LAN4，電腦IP設(shè)置為192.168.1.X/(X為2-255之間的任意數(shù)字)，網(wǎng)關(guān)不用設(shè)置;第二步：用USB-TTL線接好路由的GND、RXD、TXD三條線(VCC不要接)。第三步：打開putty，選好端口號，端口號要查看電腦設(shè)備管理器，波特率設(shè)置成115200。第四步：路由器通電，接線且設(shè)置正確的話，putty窗口

8、應(yīng)該出現(xiàn)路由器的信息。第五步：在通電3秒內(nèi)，按下鍵盤的空格鍵，阻止路由器CFE啟動，這時候應(yīng)出現(xiàn)CFE。第六步：輸入小寫e a，e a之間有個空格鍵，回車，然后在按下y，回車，路由器會清除原來系統(tǒng)固件，類似電腦格式化全盤功能。第七步：清空之后，路由會持續(xù)輸出很多命令行，且不會停止，直接關(guān)掉路由電源。第八步：重新打開路由電源，通電3秒內(nèi)按下空格鍵阻止CFE啟動。第九步：打開瀏覽器，輸入，按提示上傳固件文件就可以了。3.4 讓路由器上網(wǎng)刷完路由器后，接下來就要通過安裝各種軟件來擴展功能，而OpenWrt系統(tǒng)安裝程序采用的是OPKG方式安裝，也即在線安裝，因此要保證路由器能連接

9、上網(wǎng)絡(luò)。因此需要做如下設(shè)置，能通過以下設(shè)置后路由器也可以當(dāng)普通的路由器來使用。瀏覽器輸入： 進入路由器。輸入用戶名：root ，密碼：admin 進入路由器管理界面。然后點擊快速向?qū)нM行設(shè)置，一直點擊下一步，直到出現(xiàn)-配置WAN口。首先選擇好接入?yún)f(xié)議的方式：第一種：靜態(tài)IP方式;第二種：DHCP，即自動獲取IP方式;第三種：PPPOE撥號方式，即ADSL，目前家里用的基本以這個為主。設(shè)置完成后，電腦如果能正常上網(wǎng)說明設(shè)置成功。4.5 在路由器上安裝程序4.5.1路由器掛載攝像頭目前常用的USB攝像頭分兩種：有驅(qū)的和免驅(qū)的。在本系統(tǒng)中使用的是有驅(qū)的，主控芯片為中星微301，

10、此攝像頭掛載成功率100%，并且性價比高，特別適合本系統(tǒng)的設(shè)計。這里就以掛載ZL301攝像頭為例來說明如何掛載攝像頭。1、 掛載攝像頭前首先要保證路由器能上網(wǎng);2、 登陸路由WEB管理：系統(tǒng)軟件包編輯軟件包列表和安裝對象將改成/xwrt3、 使用工具PUTTY登錄路由器，輸入以下命令。rootOpenWrt:# opkg updaterootOpenWrt:# opkg install kmod-i2c-corerootOpenWrt:# opkg install kmod-video-co

11、rerootOpenWrt:# opkg install kmod-usb-videorootOpenWrt:# opkg remove kmod-usb-videorootOpenWrt:# opkg install kmod-usb-videorootOpenWrt:# opkg install kmod-video-gspca-corerootOpenWrt:# opkg install kmod-video-gspca-zc3xx到此攝像頭已經(jīng)掛完，輸入以下命令看看是否掛上。rootOpenWrt:# dmesg | grep usbusb 2-1: USB disconnect, a

12、ddress 2usb 2-1: new full speed USB device using bcm63xx_ohci and address 3usb 2-1: configuration #1 chosen from 1 choiceusbcore: registered new interface driver zc3xx看到最后一行，說明已經(jīng)掛上。4.5.2安裝MJPEGMJPEG作為一個小型的視頻服務(wù)器軟件，對系統(tǒng)消耗非常小，也很適合本系統(tǒng)設(shè)計。1、 安裝MJPEG使用如下命令安裝：Opkg install mjpg-strcamer2、 啟動MJPEG/etc/init.d/m

13、jpg-streamer start3、 查看圖像由于火狐瀏覽器支持動態(tài)刷新，因此需要下載安裝火狐瀏覽器。在地址欄輸入：:8080/?action-stream 可查看到攝像頭的動態(tài)視頻。4.6 PC端與機器人建立通訊4.6.1單片機與路由器的通訊單片機與路由器的通訊是通過串口進行的，這個原理與單片機與電腦的通訊是一樣的。因此我們首先將路由器換成電腦，通過串口調(diào)試助手來發(fā)送命令。這里需要一個USB轉(zhuǎn)串口的工具。第一步：將USB轉(zhuǎn)串口工具的驅(qū)動在電腦安裝好。第二步：將單片機的串口與USB轉(zhuǎn)串口工具連接好，只需連接三根線即可(RX、TX、GND)。第三步：打開串口

14、調(diào)試助手，設(shè)置好串口配置，一般有端口、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等。第四步：向單片機發(fā)送命令。并且測試單片機接收到不同的命令時I/O口的電平是否有發(fā)生變化。如果有按單片機程序設(shè)計的要求發(fā)生了相應(yīng)變化，則說明通訊成功。4.6.2 PC端與路由器的通訊本次使用的工具是網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工具TCP&UDP-Debug。主要用于與路由器建立Sockey通訊。第一步：保持4.3.1的連接不變，將電腦與路由器建立連接(無線或是網(wǎng)線)。首先要保證電腦可以PING的通路由器。第二步：打開TCP&UDP-Debug軟件，右鍵選擇CreateConnection,并填寫參數(shù)。第三步：填寫完參數(shù)后，點擊Create。第四步：點擊

15、connect，與路由器建立連接。第五步：向路由器發(fā)送命令，查看串口調(diào)試助手是否收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。若能成功接收，說明整個通訊過程是正常的。4.7 機械手臂控制原理本系統(tǒng)采用的是4自由度的機械手臂，它是由金屬支架、舵機、螺絲軸承、機械爪子等組合成的。將機械手臂組裝完成之后，其實最重要的部分就是如何控制舵機了，控制舵機的轉(zhuǎn)動的角度，也就能夠控制機械手臂的擺動了。本系統(tǒng)采用的是輝盛MG995，工作電壓為37.2V，工作扭矩為13KG/cm，轉(zhuǎn)動角度為0180。在機器人機電控制系統(tǒng)中，舵機控制效果是性能的重要影響因素。舵機可以在微機電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機構(gòu)，其簡單的控制和輸出使得單片機系統(tǒng)非

16、常容易與之接口。舵機是一種位置(角度)伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。目前在高檔遙控玩具，如航模，包括飛機模型，潛艇模型;遙控機器人中已經(jīng)使用得比較普遍。舵機是一種俗稱，其實是一種伺服馬達。舵機一般是有3根線，其中兩條是電源線，另外一條是控制信號線，一般我們采用單片機輸出PWM信號給它;該PWM信號一般是一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms2.5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。 作品特色Wifi智能小車機器人使用操作系統(tǒng)被刷為OpenWrt的無線路由器作為通訊，它的使得遙控信號覆蓋范圍可以做到很廣。并且攝像頭可以直接由掛載到路由器上，也就是可以通過路由器直接驅(qū)動，非常的方便。本系統(tǒng)在電腦端上位機采用的是QT編程，由于QT面向多平臺，并且可移植性好，非常適合本設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)。該WIFI機器人選擇坦克車作為車體，行走起來相當(dāng)?shù)姆€(wěn)，而且機械手臂可以直接安裝在坦克車體上，而完全不影響行走。機械手臂由4個舵機和支架等組成，舵機使用的是MG995，控制的角度為0180，并且力矩可以達到13KG/cm，力氣非常的大