WIFI智能小車機(jī)器人

WIFI智能小車機(jī)器人WIFI智能小車機(jī)器人15/15膇PAGE15肅芁膀羇螇?mèng)罗读b袂蒂芀芅膈蕆芇袁裊螄莀螈蠆肇螅螁蚄羅蒀肆肀羀蒆蟻蒃羂薀莄膆蕿羄薁膁膃蝕袆薇膈蚆蒁芄莄蝕膄羈螇肄蒂羃莁螀螆荿莆螆莂螂薂衿羄螀腿芄節(jié)螅袃罿薆袇蝿羆膂薄肅聿襖羋莈蚈肂莃肂腿莇蠆羇膅羂肂芃艿蚅肀袀袇袂膄蒄艿膇芆葿蒞袂袃螅荿蒅蚇肈肇螃螞螞螃肇肈蚇蒅荿螅袃袂蒞葿芆膇艿蒄膄袂袇袀肀蚅艿芃肂羂膅羇蠆莇腿肂莃肂蚈莈羋襖聿肅薄膂羆蝿袇薆罿袃螅節(jié)芄腿螀羄衿薂螂莂螆莆荿螆螀莁羃蒂肄螇羈膄蝕莄芄蒁蚆膈薇袆蝕膃膁薁羄蕿?zāi)h莄薀羂蒃蟻蒆羀肀肆蒀羅蚄螁螅肇蠆螈莀螄裊袁芇蕆膈芅芀蒂袂羈薅袈螇羇膀芁肅肁膇艿莆蒞肁莄WIFI智能小車機(jī)器人WIFI智能小車機(jī)器人作者：福建師范大學(xué)協(xié)和學(xué)院

指導(dǎo)教師：鐘偉雄林民慶

陳洋斌葉志燕沈淵

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)。這所有

在過(guò)去那些年都還可是人們眼中孩子們的玩具而已，可是隨著科技的發(fā)展，關(guān)于機(jī)器人的電

影，也許是現(xiàn)實(shí)生活中科學(xué)研究者研發(fā)出來(lái)的仿活力器人經(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。現(xiàn)在，

很多電子發(fā)熱友DIY出了各種版本W(wǎng)IFI機(jī)器人。WifiRobot,顧名思義就是經(jīng)過(guò)wifi無(wú)線網(wǎng)

控制的機(jī)器人，比起一般的遙控車，它的好處就是遙控信號(hào)覆蓋范圍能夠做到很廣。

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，利用特別成熟的

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)傳達(dá)而達(dá)到控制小車和視頻監(jiān)控等等

功能。它是集無(wú)線通訊、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)，而且可

移植性好。經(jīng)過(guò)

QT編寫的上位機(jī)，便能夠把控制數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)

Socket

發(fā)送到路由器，路由器

再經(jīng)過(guò)

ser2net

把數(shù)據(jù)包解開(kāi)，爾后轉(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)作為微辦理器，經(jīng)過(guò)

STC15

單片機(jī)與路由器建立串口通訊，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)路由器反響至電腦，

讓使用者能夠?qū)崟r(shí)認(rèn)識(shí)小車所在地的氣溫，

以便于在到達(dá)目

的地從前設(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

、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。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。

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。

經(jīng)過(guò)上位機(jī)操作，直接控制小車行走和機(jī)械手臂搖動(dòng)，并能實(shí)時(shí)接收到機(jī)器人上的攝像頭視頻。

、依照本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求先確定了整體設(shè)計(jì)原理框圖以下列圖：

3、設(shè)計(jì)原理

由圖1的原理框圖，可知整個(gè)系統(tǒng)是電腦經(jīng)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)命令經(jīng)過(guò)串口發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)再依照命令執(zhí)行相應(yīng)的操作，如機(jī)器

人行走，操作機(jī)械手等;也許單片機(jī)經(jīng)過(guò)讀取溫度傳感器的溫度值，經(jīng)過(guò)串口傳給路由器，路由器再將數(shù)據(jù)傳給電腦。

本系統(tǒng)的核心部分是單片機(jī)的控制，賜予相應(yīng)的編程命令，依照我們所要實(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：?jiǎn)纹瑱C(jī)的特色

1、超強(qiáng)抗攪亂，超級(jí)加密;

2、不需要外面晶振和復(fù)位電路的單片機(jī);

3、可省卻外面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變換器，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，且抗攪亂能力強(qiáng)。

本模塊主要作用是進(jìn)行溫度采集，爾后經(jīng)采集的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)STC89C52RC里進(jìn)行

解析辦理。在本次設(shè)計(jì)中采用了DS18B20作為數(shù)據(jù)采集器，它的精度最少能夠精確到

0.0625，完好能夠用來(lái)進(jìn)行環(huán)境溫度的測(cè)量。由DS18B20這一特色,特別適合于多點(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、氣象察看、科學(xué)研究以及平常生活中被寬泛應(yīng)用[8]。

溫度傳感器以下:

本系統(tǒng)需要給路由器刷OPENWRT系統(tǒng)。目前刷機(jī)大概有兩種方法，一種是經(jīng)過(guò)網(wǎng)線

法進(jìn)行刷機(jī)，另一種是經(jīng)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。

第一步：第一關(guān)閉路由器電源，網(wǎng)線連接電腦和路由器

第二步：電腦IP設(shè)置為192.168.1.X/(X

(DB120)

為2-255

的LAN4。

之間的任意數(shù)字

)，網(wǎng)

第三步：用針狀物按住路由器的RST鍵，爾后打開(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，測(cè)試可否能ping通。第五步：打開(kāi)電腦閱讀器輸入，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)頁(yè)面，選綱要刷的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。

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/(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)要查察電腦設(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)，按下鍵盤的空格鍵，阻攔路由器CFE啟動(dòng)，這時(shí)候應(yīng)出現(xiàn)CFE>。

第六步：輸入小寫ea，ea之間有個(gè)空格鍵，回車，爾后在按下y，回車，路由器會(huì)清

除原來(lái)系統(tǒng)固件，近似電腦格式化全盤功能。

第七步：清空此后，路由會(huì)連續(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)按下空格鍵阻攔CFE啟動(dòng)。

第九步：打開(kāi)閱讀器，輸入，按提示上傳固件文件即能夠了。

刷完路由器后，接下來(lái)就要經(jīng)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，能經(jīng)過(guò)以下設(shè)置后路由器也能夠當(dāng)一般的路由器來(lái)使用。

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。爾后點(diǎn)擊‘快速導(dǎo)游’進(jìn)行設(shè)置，素來(lái)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，電腦若是能正常上網(wǎng)說(shuō)明設(shè)置成功。

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%，而且性價(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、掛載攝像頭前第一要保證路由器能上網(wǎng);

2、登陸路由WEB管理：系統(tǒng)——軟件包——編寫軟件包列表和安裝對(duì)象——將

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，輸入以下命令看看可否掛上。

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。

MJPEG作為一個(gè)小型的視頻服務(wù)器軟件，對(duì)系統(tǒng)耗資特別小，也很適合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1、安裝MJPEG

使用以下命令安裝：

Opkginstallmjpg-strcamer

2、啟動(dòng)MJPEG

3、查察圖像

由于火狐閱讀器支持動(dòng)向刷新，因此需要下載安裝火狐閱讀器。在地址欄輸入：

:8080/?action-stream可查察到攝像頭的動(dòng)向視頻。

單片機(jī)與路由器的通訊是經(jīng)過(guò)串口進(jìn)行的，這個(gè)原理與單片機(jī)與電腦的通訊是相同的。

因此我們第一將路由器換成電腦，經(jīng)過(guò)串口調(diào)試助手來(lái)發(fā)喪命令。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，只要連接三根線即可(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)喪命令。而且測(cè)試單片機(jī)接收到不相同的命令時(shí)I/O口的電平可否有

發(fā)生變化。若是有按單片機(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。

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)。第一要保

證電腦能夠PING的通路由器。

第二步：打開(kāi)TCP&UDP-Debug軟件，右鍵選擇CreateConnection,并填寫參數(shù)。

第三步：填寫完參數(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)喪命令，查察串口調(diào)試助手可否收到相應(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。

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)械手臂組裝完成此后，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，也即能夠控制機(jī)械手臂的搖動(dòng)了。

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)控制收效是性能的重要影響因素。舵機(jī)能夠在微機(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)特別簡(jiǎn)單與之接

口。舵機(jī)是一種地址(角度)伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并能夠保持的控制

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

比較寬泛。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，其他一條是控制信號(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)覆蓋范圍能夠做到很廣。而且攝像頭能夠直接由掛載到路由器上，也就是能夠經(jīng)過(guò)路由器直接驅(qū)動(dòng)，特其他方便。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)，而且可移植性好，特別適合本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。該WIFI機(jī)器人選擇裝甲車作為車體，行走起來(lái)相當(dāng)?shù)姆€(wěn)，而且機(jī)械手臂能夠直接安裝在裝甲車體上，而完好不影響行走。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°，而且力矩能夠達(dá)到13KG/cm，力