WIFI智能小車機(jī)器人

ＷIＦＩ智能小車機(jī)器人————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：?WIFI智能小車機(jī)器人作者：福建師范大學(xué)協(xié)和學(xué)院陳洋斌葉志燕沈淵?指導(dǎo)教師：鐘偉雄林民慶作品簡(jiǎn)介在平常的生活中，我們經(jīng)常會(huì)見(jiàn)到有人在玩遙控車，甚至現(xiàn)在還有了遙控飛機(jī)。這一切在過(guò)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(jī)器人的電影,或者是現(xiàn)實(shí)生活中科學(xué)研究者研發(fā)出來(lái)的仿生機(jī)器人經(jīng)常在各種媒體中不斷的報(bào)導(dǎo)。這毫無(wú)疑問(wèn)，再過(guò)個(gè)幾十年，機(jī)器人將走進(jìn)我們的家庭中,它將為我們帶來(lái)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(jī)器人。WiｆｉＲobot，顧名思義就是通過(guò)wifi無(wú)線網(wǎng)控制的機(jī)器人，比起普通的遙控車,它的好處就是遙控信號(hào)覆蓋范圍可以做到很廣。?ＷIＦI智能小車機(jī)器人是一種基于ＷＩFI的無(wú)線遠(yuǎn)程智能遙控機(jī)器人，利用非常成熟的WIＦI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)載體，實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù),視頻數(shù)據(jù)傳送而達(dá)到控制小車和視頻監(jiān)控等等功能。它是集無(wú)線通信、實(shí)時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、多向機(jī)械云臺(tái)、視頻監(jiān)控、環(huán)境溫度檢測(cè)、為一體的多功能智能遙控車。本系統(tǒng)在電腦端上位機(jī)采用QT編程,由于QT面向多平臺(tái),并且可移植性好。通過(guò)QＴ編寫(xiě)的上位機(jī),便可以把控制數(shù)據(jù)通過(guò)Socket發(fā)送到路由器,路由器再通過(guò)ｓer2nｅｔ把數(shù)據(jù)包解開(kāi)，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(jī)作為微處理器,通過(guò)STＣ１5單片機(jī)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(jìn)行控制電機(jī)的工作狀態(tài)模式和三個(gè)陀機(jī)的工作角度。ＳTＣ15單片機(jī)還負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境溫度并經(jīng)過(guò)路由器反饋至電腦，讓使用者可以實(shí)時(shí)了解小車所在地的氣溫,以便于在到達(dá)目的地之前設(shè)定好空調(diào)溫度等應(yīng)用。

平臺(tái)選型說(shuō)明本設(shè)計(jì)使用本屆大賽指定的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板(以STC1５F2Ｋ６1S2芯片為控制核心)設(shè)計(jì)說(shuō)明1、設(shè)計(jì)要求

１.找一臺(tái)能刷Ｌiｎuｘ的無(wú)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(dòng)安裝到路由器上。

3.選擇ＰC端的上位機(jī)軟件,利用上位機(jī)的Soｃket把特定的數(shù)據(jù)包發(fā)送到路由端。

4.選擇機(jī)器人車體,并制作控制驅(qū)動(dòng)板和機(jī)械手臂等安裝在車體上。?5．通過(guò)上位機(jī)操作，直接控制小車行走和機(jī)械手臂擺動(dòng)，并能實(shí)時(shí)接收到機(jī)器人上的攝像頭視頻。２、根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求先確定了整體設(shè)計(jì)原理框圖如圖所示：

3、設(shè)計(jì)原理

由圖１的原理框圖，可知整個(gè)系統(tǒng)是電腦通過(guò)無(wú)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(guò)串口發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)再根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)的操作，如機(jī)器人行走,操作機(jī)械手等;或者單片機(jī)通過(guò)讀取溫度傳感器的溫度值，通過(guò)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(jī)最小系統(tǒng)

本系統(tǒng)的核心部分是單片機(jī)的控制,給以相應(yīng)的編程命令,按照我們所要實(shí)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：

3.1.1STC1５F２K61Ｓ２單片機(jī)的特性

１、超強(qiáng)抗干擾，超級(jí)加密；

2、不需要外部晶振和復(fù)位電路的單片機(jī);

3、可省掉外部EEPＲOM,利用ＩAＰ技術(shù);

4、ＩSP/IAP,在線編程，無(wú)需編程器/仿真器;?5、雙串口,兩個(gè)獨(dú)立串口;?６、高速10位Ａ/D轉(zhuǎn)換器,8通道；

7、高速,可靠,1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期80５１

8、超低功耗，且抗干擾能力強(qiáng)。3.２溫度傳感器模塊?本模塊主要作用是進(jìn)行溫度采集，然后經(jīng)采集的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)SＴC８9Ｃ５２RＣ里進(jìn)行分析處理。在本次設(shè)計(jì)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(lái)進(jìn)行環(huán)境溫度的測(cè)量。由ＤS１8B20這一特點(diǎn),非常適合于多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng),硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,方便聯(lián)網(wǎng),在倉(cāng)儲(chǔ)管理、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造、氣象觀測(cè)、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路由器刷機(jī)?本系統(tǒng)需要給路由器刷OＰENWRT系統(tǒng)。目前刷機(jī)大致有兩種方法,一種是通過(guò)網(wǎng)線法進(jìn)行刷機(jī)，另一種是通過(guò)TTL線進(jìn)行刷機(jī)。一般采用網(wǎng)線法刷機(jī)比較簡(jiǎn)單，不需要什么工具。３.3．1網(wǎng)線法刷機(jī)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／25５.2５５.25５．０（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(kāi)路由器電源,等待大概10秒鐘,路由器的電源燈會(huì)變成紅色，此時(shí)可松開(kāi)復(fù)位按鍵。

第四步:運(yùn)行電腦端的cｍd．ｅxe，然后輸入ping1９2．168.1．1,測(cè)試是否能ｐing通。?第五步:打開(kāi)電腦瀏覽器輸入1９２．168．1.1,會(huì)出現(xiàn)一個(gè)頁(yè)面,選擇要刷的ＯｐenWｒt固件,點(diǎn)擊確定開(kāi)始刷機(jī)，大概兩分鐘后路由器會(huì)自動(dòng)重啟,至此說(shuō)明路由器刷機(jī)完成。3．3.2TTＬ線刷機(jī)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/25５.255.2５5.0(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(kāi)putty,選好端口號(hào),端口號(hào)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(pán)的空格鍵,阻止路由器CFＥ啟動(dòng),這時(shí)候應(yīng)出現(xiàn)CＦE>。?第六步:輸入小寫(xiě)ea，ｅａ之間有個(gè)空格鍵，回車，然后在按下y,回車，路由器會(huì)清除原來(lái)系統(tǒng)固件,類似電腦格式化全盤(pán)功能。?第七步:清空之后,路由會(huì)持續(xù)輸出很多命令行，且不會(huì)停止,直接關(guān)掉路由電源。

第八步:重新打開(kāi)路由電源，通電3秒內(nèi)按下空格鍵阻止CＦE啟動(dòng)。

第九步：打開(kāi)瀏覽器,輸入192.168．1.１,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(lái)就要通過(guò)安裝各種軟件來(lái)擴(kuò)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上網(wǎng)絡(luò)。因此需要做如下設(shè)置,能通過(guò)以下設(shè)置后路由器也可以當(dāng)普通的路由器來(lái)使用。?瀏覽器輸入：19２．1６８．1．1進(jìn)入路由器。輸入用戶名：root，密碼:admiｎ進(jìn)入路由器管理界面。然后點(diǎn)擊‘快速向?qū)АM(jìn)行設(shè)置，一直點(diǎn)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(dòng)獲取IＰ方式;?第三種:PPPＯE撥號(hào)方式，即ＡＤSL,目前家里用的基本以這個(gè)為主。

設(shè)置完成后,電腦如果能正常上網(wǎng)說(shuō)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,此攝像頭掛載成功率100%，并且性價(jià)比高,特別適合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這里就以掛載ZL301攝像頭為例來(lái)說(shuō)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(duì)象——將hｔｔp://ｄｏwnｌｏads.openwｒｔ．org改成htｔp：//downloads.x-wrt．oｒg/ｘwrt?3、使用工具PUTTＹ登錄路由器,輸入以下命令。

root＠OpenWrｔ:~#opｋgｕpdatｅ?ｒoot@OpenWｒt:~#ｏｐkginstａｌlkmod－ｉ2ｃ-coｒe?root@OpeｎWrt:~＃opkginstalｌkmod-video-ｃｏre?rｏot@OpｅnWrt:~#opｋginstallｋｍod－usb-viｄeo?ｒoot@OpenＷｒt:~#opkgrｅｍｏvekmoｄ-uｓb-vｉｄｅｏ

ｒooｔ@ＯpenWrt:~＃opkginｓｔａllｋmｏd-uｓb-video

ｒoｏt@OｐeｎWrt：~#ｏpｋｇinstalｌkｍod-vidｅo-gspca－core?ｒooｔ@ＯpenＷrt：~#opkgiｎstallｋmoｄ-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。?rｏoｔ@OpenＷrt：~#dmｅｓｇ|gｒepusb

…?uｓb２-1:USBdiscoｎnｅｃｔ，ａｄdｒess2

usb２-１：newｆullｓpeedUSＢdｅviｃeusinｇbcｍ63xx＿ｏhciandaddrｅｓｓ3?usb2-1:ｃoｎｆigｕration#1cｈosｅｎfrom1choice

usｂｃore:registerednewiｎterｆacedｒiveｒzc３xx?看到最后一行,說(shuō)明已經(jīng)掛上。4．5.２安裝MJPＥG

ＭJPEG作為一個(gè)小型的視頻服務(wù)器軟件,對(duì)系統(tǒng)消耗非常小，也很適合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1、安裝MJPEG?使用如下命令安裝：

Opkｇｉnｓtａllmｊpg-stｒcamｅr?2、啟動(dòng)ＭJPＥG?/etc/init.ｄ/mｊpg－ｓtｒeamerstart?3、查看圖像

由于火狐瀏覽器支持動(dòng)態(tài)刷新,因此需要下載安裝火狐瀏覽器。在地址欄輸入:ｈttｐ:／/19２.1６8.１.1:８0８0/?acｔion-stream可查看到攝像頭的動(dòng)態(tài)視頻。

４.6ＰC端與機(jī)器人建立通訊

4．6.1單片機(jī)與路由器的通訊

單片機(jī)與路由器的通訊是通過(guò)串口進(jìn)行的,這個(gè)原理與單片機(jī)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(guò)串口調(diào)試助手來(lái)發(fā)送命令。這里需要一個(gè)ＵＳＢ轉(zhuǎn)串口的工具。?第一步：將ＵSB轉(zhuǎn)串口工具的驅(qū)動(dòng)在電腦安裝好。

第二步:將單片機(jī)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(kāi)串口調(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(jī)發(fā)送命令。并且測(cè)試單片機(jī)接收到不同的命令時(shí)I/O口的電平是否有發(fā)生變化。如果有按單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的要求發(fā)生了相應(yīng)變化，則說(shuō)明通訊成功。4.６．2PC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(wú)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(kāi)TCＰ＆UDP-Debug軟件,右鍵選擇ＣreaｔｅＣｏnnection,并填寫(xiě)參數(shù)。

第三步:填寫(xiě)完參數(shù)后,點(diǎn)擊Creatｅ。

第四步:點(diǎn)擊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(shuō)明整個(gè)通訊過(guò)程是正常的。4.７機(jī)械手臂控制原理?本系統(tǒng)采用的是4自由度的機(jī)械手臂,它是由金屬支架、舵機(jī)、螺絲軸承、機(jī)械爪子等組合成的。?將機(jī)械手臂組裝完成之后，其實(shí)最重要的部分就是如何控制舵機(jī)了，控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的角度,也就能夠控制機(jī)械手臂的擺動(dòng)了。本系統(tǒng)采用的是輝盛MG99５,工作電壓為3~７．2Ｖ,工作扭矩為13ＫＧ/cm,轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0~180°。

在機(jī)器人機(jī)電控制系統(tǒng)中，舵機(jī)控制效果是性能的重要影響因素。舵機(jī)可以在微機(jī)電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu),其簡(jiǎn)單的控制和輸出使得單片機(jī)系統(tǒng)非常容易與之接口。舵機(jī)是一種位置(角度)伺服的驅(qū)動(dòng)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(jī)模型,潛艇模型;遙控機(jī)器人中已經(jīng)使用得比較普遍。舵機(jī)是一種俗稱,其實(shí)是一種伺服馬達(dá)。?舵機(jī)一般是有3根線，其中兩條是電源線，另外一條是控制信號(hào)線，一般我們采用單片機(jī)輸出PＷM信號(hào)給它;該P(yáng)WM信號(hào)一般是一個(gè)20ms左右的時(shí)基脈沖,該脈沖的高電平部分一般為0.5ms~２.5mｓ范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。

作品特色Ｗｉfｉ智能小車機(jī)器人使用操作系統(tǒng)被刷為OｐenＷrt的無(wú)線路由器作為通訊，它的使得遙控信號(hào)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(guò)路由器直接驅(qū)動(dòng),非常的方便。本系統(tǒng)在電腦端上位機(jī)采用的是QＴ編程,由于QT面向多平臺(tái),并且可移植性好，非常適合本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。該ＷIＦI機(jī)器人選擇坦克車作為車體，行走起來(lái)相當(dāng)?shù)姆€(wěn)，而且機(jī)械手臂可以直接安裝在坦克車體上,而完全不影響行走。機(jī)械手臂由4個(gè)舵機(jī)和支架等組成,舵機(jī)使用的是MG99５，控制的角度為0~１8０°