基于Arduino平臺的WIFI智能遙控小車設計

南京理工大學工程訓練中心 李彬彬 王建花 羅 津 陳國星 周 成

基于Arduino平臺的WIFI智能遙控小車設計

南京理工大學工程訓練中心 李彬彬 王建花 羅 津 陳國星 周 成

介紹了一款基于Arduino平臺的WIFI智能遙控小車設計與制作，小車由車體、驅動模塊、單片機控制模塊、迷你路由器、舵機以及HD高清攝像頭等構成。利用手機APP終端作為控制端，連接由小車上無線路由器發射的WIFI信號，實現手機APP對小車前進、后退、左右轉彎、攝像頭轉動的控制以及對周圍環境的視頻采集。

Arduino平臺；WIFI；單片機；視頻采集

0　引言

Arduino是源自意大利的一個開放源代碼的硬件項目平臺，該平臺包括一塊具備簡單I/O功能的電路板以及一套程序開發環境軟件。Arduino可以用來開發交互產品，比如它可以讀取大量的開關和傳感器信號，并且可以控制電燈、電機和其他各式各樣的物理設備；Arduino也可以開發出與PC相連的周邊裝置，能在運行時與PC上的軟件進行通信。WIFI信號傳輸具有傳輸精準、快速、覆蓋范圍大、操作簡單等優點。采用基于Arduino平臺的WIFI智能遙控小車的設計變得容易許多。

1　系統總體設計

1.1總體設計思路

智能小車主要由車體、驅動模塊、單片機控制模塊、迷你路由器、舵機以及HD高清攝像頭構成。車體由三塊自制不銹鋼板、兩個主動輪、兩個從動輪以及八個輔助輪組成。驅動模塊由兩個24V、400r/min、1/10減速比金屬電機構成，該電機具有起步快（扭力大）、速度快（轉速高）、動力強（不易堵轉）三大特點，能輕松翻越各種障礙。單片機控制模塊由Arduino（ATmega328P）主板，STM32系列STM32F103型號單片機構成，控制整車運動、舵機運動以及為無線迷你路由器供電。本設計采用TP-LINK 150M迷你型無線路由器，用于接收手機APP傳輸的數據，并將攝像頭采集的視頻信號反饋到控制模塊。舵機的轉動帶動HD高清攝像頭的轉動，用于采集周圍環境信息。

1.2整機工作原理

利用手機APP終端作為控制端，連接由小車上無線路由器發射的WIFI信號，實現手機APP對小車的控制。APP端將控制指令通過WIFI下達至小車的單片機上，單片機將指令翻譯、解碼，并傳送給小車上的驅動模塊，從而實現對小車以及舵機的運動控制。

圖1　STM32F103單片機引腳圖

2　主要模塊及其工作原理

2.1單片機系統

小車采用STM系列STM32F103型號單片機，屬于中低端的32位 ARM微控制器，其內核是Cortex-M3。其引腳圖如圖1所示。相比較傳統的51單片機，STM32單片機程序已實現模塊化，接口較為簡單，自帶功能較多，工作速度更快。

2.2電源電路

電源電路要同時為STM32F103單片機和直流電機供電。采用六節3.7V鋰電池供電，但在單片機與電源之間安裝降壓電源芯片MP2303，可同時保證24V電機驅動電壓和3.6V單片機驅動電壓。MP2303使用電路圖如圖2所示。

圖2　MP2303使用電路圖

圖3　L293D驅動器

圖4　L293D驅動器引腳圖

2.3電機驅動模塊

電機種類很多，出于使設計更加簡單、高效的考慮，采用24V直流電機。它具有扭矩大、動力強、轉速高的特點，并且該直流電機減速效率高達96%，具有很寬的高效率區。更為重要的是它結構緊湊，體積小，采用密封裝置，保護性能好，對環境適應性強。直流電機的驅動需要由電機驅動芯片控制，本車采用小型直流電機專屬驅動器L293D，其輸出電流為1000毫安，最高電流2A，最高工作電壓36V，可以驅動負載。其輸入端與單片機直接相連，控制較為便捷。其實物圖如圖3所示，引腳圖如圖4所示。

圖5　組裝完成后的小車

圖6　小車采集視頻的畫面

2.4舵機驅動模塊

舵機和HD高清攝像頭固定在一起，通過舵機的轉動控制攝像頭的轉動，達到視頻采集的目的。HD高清攝像頭采用市場上常見的BNT相影HD720P攝像頭，該攝像頭的一大特色是即插即用免驅動，非常便捷，并且其通用性強，損壞后便于更換。組裝完成后的小車如圖5所示，圖6為小車執行手機APP下達的運動指令后采集的視頻資料。

3　結束語

本文所提出是基于Arduino平臺的WIFI智能遙控小車設計。具有制作成本低、經濟適用的特點。在智能工業機器人領域能有一定的作用。但由于小車采用的是迷你路由器發射的WIFI信號進行控制，故仍存在控制范圍的限制，并且由于攝像頭安裝在小車正前方，故只能對正前方的環境進行監測，存在檢測盲區。這些問題的突破需要進一步的研究設計所解決。

[1]程晨.Arduino開發實戰指南AVR篇[M].機械工業出版社,2012(3).

[2]朱廣俊,尚春明,郭強,劉定楊.通過Android手機控制Arduino互動機器人[J].無線電,2012(12).

[3]魏亮.路由器原理與應用[M].人民郵電出版社,2005.

[4]蔡振江.單片機原理及應用[M].電子工業出版社,2011.

李彬彬（1993—），新疆喀什人，大學本科，現就讀于南京理工大學。